某城市景观桥梁采用简支钢桁架结构体系, 桥面采用叠合梁。主桥全长85m, 桥宽30m, 共设置2榀桁架, 桁架横向间距 (中心距) 为17m。桁架最高点距离桥面高度为13.26m (跨中位置) 。桁架共分为11个节间, 节点处设置横梁以及风撑结构, 节间间距为7.66m, 横梁跨中高度为2m (包括25cm混凝土桥面板厚度) , 横梁间设置小纵梁。钢桁架桥需在原旧桥拆除后再施工。钢桁架桥建筑效果如图1所示, 结构效果如图2所示。

钢桁架桥来往船只较多, 施工时无法封航。由于南岸存在高压走廊, 要求在施工过程中构件与高压线必须保证5~6m净距离。为确保施工时的安全, 选择在南岸整体拼装再浮托顶推^[1,2,3]的施工方案。

滑移轨道体系由钢管桩、轨道梁、轨道3大部分组成 (见图3) , 其中钢管桩采用ф609×10, 轨道梁采用□900×520×22×40的箱形梁, 轨道采用43kg/m级的钢轨, 共设置4条轨道。滑移轨道体系同时作为钢桥拼装平台。本工程滑移结构总重按1 200t计算, 滑靴与钢轨之间的滑动摩擦系数取0.2, 则总水平推力为2 400k N。主桁架滑移施工共设置8个顶推点 (每条轨道2个顶推点) , 每个顶推点布置1台100t顶推器, 如图4所示。

根据滑移工况计算, 浮托点的反力约为7 000k N, 此外考虑浮托支架质量为150t, 船体内保留的压舱水荷载以及其他不利因素浮船产生的荷载, 驳船选用1 200t级, 船长66.4m, 船宽14.8m, 驳船容水量1 597m³, 容水的船底面积为888m², 驳船空载排水量为401m³ (驳船自重) , 满载排水量为1 611m³, 浮托架自重150t。

压舱水包括:反力压舱水、浮托架压缩相当压舱水、驳船调节平衡压舱水、驳船高程升降压舱水等, 各压舱水组成如下。

1) 反力压舱水。反力压舱水等于驳船所承受的浮托支点的反力, W₁=708m³。

2) 浮托支架压缩相当压舱水。按最大压缩量0.01m计算, W₂=8.88m³。

3) 调节平衡压舱水。按100t计算, W₃=100m³。

4) 将桁架桥抬高0.15m相当压舱水。W₄=133.2m³。

驳船所需最大压舱水:W_舱max=∑W=950m³;驳船所需最大排水量:W_排max=W_舱max+W_船+W_托=1 500m³;1 200t驳船舱内可容水:W_容=1 579m³>950m³;驳船最大排水量为:W_排max=1 611m³>1 500m³;驳船舱内容积、排水量均能满足浮托的技术要求。

驳船倾覆力矩主要由风荷载和船上荷载的偏心所致。在布置浮托支架等船体内荷载时应沿着船体中心对称布置。风荷载依据规范^[4]按浮托时最大风荷载5级考虑, 考虑可能受到突发风, 取冲击系数2。在浮托时确保船体干舷高度大于干舷警戒高度, 驳船横向稳定系数>2.0, 纵向稳心半径大于驳船重心与浮心间距。

浮托支架底部铺设路基箱以确保驳船均载受力, 在路基箱上设置格构式浮托支架, 支架立柱及斜撑主杆采用ф351×12钢管, 腹杆采用ф133×6钢管, 格构式立柱顶部设置钢平台 (HW400×400×13×21) 用于支撑钢桁架控制稳定, 如图5所示。

根据现场条件, 驳船在移动过程中采用卷扬机锚固和调节。在驳船上设置4台5t的卷扬机, 利用两岸设置4个定位桩, 每台卷扬机钢丝绳的自由端固定在1根定位桩上, 通过控制卷扬调节控制驳船行进方向。驳船在浮运过程中, 船四角的卷扬机钢丝绳与河面跨水平夹角从浮运初始状态至河中心状态时分别为17°和30°, 其中船头或船尾一端的2根钢丝绳在水流作用下受拉, 另一端的2根钢丝绳不受拉力 (见图6) 。

卷扬机钢丝绳所受拉力主要为水流作用于船的水流力, 其水流力计算如式 (1) 所示^[5]:

式中:f为摩擦因数 (铁驳0.17) ;S为驳船浸水面积约为L (2T+0.85B) ;L为船长, 取66.4m;B为船宽, 取14.8m;T为吃水深度, 取1.58m (驳运时) ;V为船和水相对移动速度, 取2m/s;φ为阻力系数 (流线型船为5, 方头船为10) ;F为驳船入水部分垂直水流方向的投影面积。

经计算t=16.5k N。则单个卷扬机钢丝绳受最大拉力为:t_max=16.5/ (2×sin17°) =28.2k N。

考虑卷扬机使用过程中的不同步性, 需放大1.5倍系数, 即:t_max=28.2×1.5=42.3k N。

选择5t卷扬机可满足要求。

由于钢桁架桥滑移时需跨过南侧桥墩的混凝土盖梁, 桁架桥两端支座标高需高于设计标高1.35m, 即钢桁架桥纵向滑移到位后还需落梁1.35m。每侧落架梁上布置2台400t的油缸, 共4台油缸, 全桥共设置8台油缸, 油缸顶与钢桁架下弦底面垫1块30mm厚的橡胶垫, 油缸底与落架梁间设置落架调节墩 (采用H型钢和钢板叠放) , 将主桥抗震支座垫块顶面垫上调节墩和调节钢板, 调节墩采用H200×200的拼接H型钢制作而成, 调节钢板采用10, 20mm厚的钢板, 布置如图7所示。

落架梁和抗震支座上均布置有落架调节墩和调节钢板, 所有调节钢板高度总和必须大于单个调节墩的高度。通过油缸升降交替抽出落架梁和调节墩上的垫板逐步落架, 油缸升降最大行程为110mm, 每次落架高度为80mm。

钢桁架桥施工流程如图8所示。

浮托前需对岸边水深进行测量以确定驳船注水后满足吃水深度要求, 必要时需对岸边进行清淤。正式浮托前, 驳船需进行注水、抽水试验以验证压舱水容量、驳船吃水深度、水泵抽水速度等指标, 为后续正式浮托时航道的封航时间提供参数。对钢桁架桥滑移至悬挑最大位置时进行抗倾覆验算以确保滑移安全, 局部滑靴支点位置需做适当加强以确保局部节点受力安全。现场需协调好从岸上滑移到水上浮托驳运至最后落架的指挥控制。如遇5级以上大风天气应暂停浮托。本座桥梁从浮托开始至滑移至对岸共耗时8h, 极大地节约了封航时间, 减少了对来往船只通行影响。

本桥采用浮托顶推法极大地减少了航道封航时间以及高压线停电时间, 减少了经济损失, 创造了社会和经济效益。