新型复合材料自浮式船撞防护装置安装施工工法.pdf

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1、1 新型复合材料自浮式船撞防护装置安装施工工法1 前言 桥梁作为跨越河流的重要工程构筑物，也是沟通河流两岸之间陆路交通运输的枢纽，其在陆路交通系中的作用是不言而喻的。但对于水上运输的船舶而言，桥梁却是人工构筑的障碍物。因此，桥与船就成为对立的矛盾体。从某种意义上讲，自在通航河流上建设桥梁起，就有了桥梁船撞事故发生的可能性，而且在桥梁全寿命过程中这种可能性都是客观存在的。水路运输作为综合运输体系的重要组成部分，近年来在我国也得到长足的发展，通航船舶趋于大型化、快速化和高密度化。在我国通航水域桥梁结构越来越多，而通航密度不断提高的背景下，船桥矛盾必将日益突出，发生恶性船撞桥事故的可能性也将越来越高

2、。因此对通航密度大且通航要求高的桥梁设置必要的防撞装置，且进行防撞装置性能与优化研究是十分必要的。通过工程实践总结出新型复合材料自浮式船撞防护装置安装施工工法，进行分节段安装，入水后注入压载水，通过拼装合拢形成自浮式封闭稳定的系统，能自动根据水位调整装置位置，使装置始终处于使得防撞设施始终处于船舶的撞击高度，并可以通过自身形变产生外推力，保护桥梁2 免受损伤的同时降低船舶的损伤，保证安全。2 工法特点 2.0.1 该工法施工简单，实施操作容易，充分利用自浮式防撞设施的特点，使之形成自稳定系统，进行节段组装和合拢组装，加快了施工进度，提高了施工效率。2.0.2 该工法通过分节段安装，入水后注入压

3、载水，通过拼装合拢形成自浮式封闭稳定的系统，能随水位起伏，保持相同的吃水深度，确保装置能始终处于船舶的撞击高度，并可以通过自身形变产生外推力，保护桥梁免受损伤的同时降低船舶的损伤，保证安全。2.0.3 该工法采用新型混杂纤维复合材料船撞防护装置，由多个单元组成，装置重量轻，运输、安装、更换方便，采用插销式连接方式，可拆装，运输和安装便捷、高效，各单元损坏后维修更换方便。2.0.4 该工法采用新型混杂纤维复合材料船撞防护装置，这种材料和结构的组合既可以最大效能地发挥吸能作用，又可以避免结构受冲击而引起大规模破坏，具有强耐腐蚀性、耐久性、耐撞性和耐疲劳性。3 适用范围 3.0.1 适用于具有通航要

4、求的水中桥梁自浮式防撞装置安装施工。4 工艺原理 防撞装置在工厂加工制作完成，经过预拼装合格后，将防撞材料运输至施工现场，进行材料验收，在桥岸将防撞设施单个节段组成成 1/2大节段（以下均称为大节段）后，将其用浮吊船和汽车吊相互配合吊入河流中，通过水泵向舱室内部注入压载水进行调平，让大节段处于自浮3 式稳定状态，利用浮吊船定位，使得大节段其“凹”形中线与桥墩中轴线对齐，利用拖轮定位+顶推靠近的方式使大节段移至桥墩，两大节段精准定位后，进行整体拼装，形成完整封闭的自浮式复合材料防撞设施系统。图 4 新型混杂纤维复合材料船撞防护装置平面图 5 工艺流程及操作方法 5.1 施工工艺流程 具体施工流程

5、如图 5.1 所示。图 5.1 施工工艺流程图 4 5.2 施工操作要点 5.2.1 防撞装置工厂加工制作及运输 1 钢结构加工 防撞设施钢结构采用 Q235 钢材，主要施工工序为：材质复验放样下料零件加工板梁单元制作钢结构胎架制作分段制作与组拼装置预拼完成后，需对焊缝进行焊接检查。1）防撞设施钢结构预制：所有板件下料前必须进行矫平处理，矫平采用机械矫平，矫平后确保钢板的平整度在 1.5mm/m 范围内。对钢板进行切割，其长度方向需两端各余 10mm；其宽度方向，当主体焊缝为熔透焊缝时，要求腹板宽度减去两侧焊接间隙之和 14mm，即实际下料宽度为 H-14。牛腿、节点板件下料切割完成后，利用机

6、械剖口机进行坡口加工，之后进行牛腿组立，端头加工，主体焊缝焊接，形成梁板单元。2）胎架制作：平台上划出相关的投影线，如主体端口、牛腿端口、下翼板等重要控制部位的轮廓线或投影线，并对重要的打上样冲眼；根据投影线及地样线的位置以及设计提供了各尺寸控制点坐标放置胎架，在保证装配及焊接可操作性的前提下，尽量降低胎架高度；且胎架的高度采用水准仪找平，误差在 1mm 内。3）预拼装：钢基在出厂前应进行自由状态预拼装，预拼装应在平整干净的平台上进行。构件预拼装以安装单元为单位，根据设计图纸搭设相应胎模，使其构件处于安装就位状态，采用同等规格螺栓连接。检查构件组建间相对位置是否与设计安装位置相符，间隙是否规范

7、。检查安装单元 5 的几何尺寸和变形误差，以及螺栓联接贴合面间隙误差。检查验收合格后，应在构件两端打上标签，标明重量、重心位置，安装中心线，控制基准线等标记，并做好预拼装记录。2 复合材料制作工艺流程图 图 5.2.1-1 复合材料制作工艺流程图 对钢质主体表面进行清理，核对钢质主体具完好无缺陷后，开始施工。在钢质主体外表面喷涂一层过渡树脂，喷涂的树脂在钢质主体面上厚薄要均匀，覆盖钢质主体外表面的每一个角落，不可积胶,厚度为 0.3毫米左右，胶衣面不能有其它杂物。复合材料由树脂和纤维布通过真空导入工艺而成，钢质主体外表面上铺“干”增强材料（玻璃纤维，碳纤维，夹心材料等），然后铺真空袋，并抽出体

8、系中的真空，在钢质主体型腔中形成一个负压，利用真空产生的压力把不饱和树脂通过预铺的管路压入纤维层中，让树脂浸润增强材料最后充满整个模具，制品固化后，揭去真空袋材料，得到所需的制品。3 防撞设施运输 6 复合材料防撞设施在工厂分段制造完成后进行预拼装，检查无误后运输至现场进行组装；采用陆运运到项目施工地。运输线路进行认真勘察，保证运输构件安全、准时到达施工现场。根据现场安装实际情况，合理安排从制作厂到安装现场及临时停放点的防撞设施节段运输，以便按安装顺序运输构件。防撞设施节段运输时绑扎必须牢固，防止松动。节段构件在运输车上的支点、两端伸出的长度及绑扎方法均能保证构件不产生变形、不损伤表面且保证运

9、输安全。根据现场安装实际情况合理安排防撞设施运送位置。5.2.2 防撞装置进场验收 防撞设施施工之前必须对其进行检查及验收：检查外表面复合材料是否有破损，发现破损，及时修复；检查防撞设施分段外观尺度；检查防撞设施平整度；质检及验收文件是否齐全。新型混杂纤维自浮式船撞防护装置单个节段总长偏差10mm,总宽偏差10mm,型深偏差5mm，面板、底板、壁板不平整度均3mm。5.2.3 防撞装置水密性试验 由于本设施制作生产中所采用的是焊接工艺规程，在进场后，必须对防撞设施的水密舱按照设计要求进行水密性试验。考虑到现场的条件和工期的要求，采用煤油渗透试验方式检查焊缝抗渗性。试验前，检验部分不允许刷油漆和

10、搪水泥，需要试验的箱体表面和焊缝必须打扫清洁，对采用煤油渗透试验的，尚需对检视面刷一层石灰浆（晾干），以便观察，通过看石灰浆是否被浸透变色来检查焊缝是否有穿透性小孔。试验中，如发现有水流或渗水（渗油）现象时，需进行修补，修补后必须重新试验。7 5.2.4 防撞装置节段拼装 安装施工前，先进行桥墩的实际外形尺寸差的测量，并作为后续施工准备依据。现场施工尽量选择在晴天、风力较小的天气进行安装施工；施工时桥位处水流速度不宜高于 2.5m/s。为方便快捷安装，缩短占用航道时间，减小施工周期，预先在桥位附近码头水域将防撞设施单个节段通过螺栓连接进行拼装，组装出半个防撞设施，以便对接成整个防撞设施。单个段

11、重量为 0.5t-2t，采用 50t 汽车吊装，中部分段有 3 个吊点，尾部分段有 6 个吊点，人工配合多个吊点进行拼装。其中将中部一、四节段和尾部节段拼接成一个大节段，中部二、三节段和首部节段拼接成另一个大节段。图 5.2.4-1 大节段拼装示意图 5.2.5 大节段吊装入水 大节段入水前需观察水面情况，若出现大风天气、水面波浪过大、流速过大时，需停止施工，禁止在退水或涨水期间入水。各个大节段拼接完成后，大节段重量为 6t,采用 80t 浮吊吊装，浮吊作为现场工作船，人工配合多吊点进行下放，为保证每根钢丝绳均匀受力，8 起吊钢丝绳下端用夹子连接，以便调整其长度。起吊钢丝绳调整好后，浮吊将其整

12、体吊起，下放过程中期间需缓慢进行，严格控制其倾斜、扭转、偏移。避免因下放速度过快导致防撞主体振幅过大而产生结构变形。大节段入水调平后重量控制在 10t 以内。新型混杂纤维自浮式船撞防护装置将在浮力的作用下漂浮在水面，此时处于非均匀吃水状态。5.2.6 大节段压载调平 大节段水中调平采用水泵向浮箱内部注入压载水进行调平，注水期间需精准测量，技术人员注意使用全站仪和水准仪进行监控，严格控制防撞设施的垂直度。调整大节段的吃水和大节段纵、横向的平稳及安全的稳心高度,平整度不大于 3mm；避免压载不平衡，导致防撞设施主体结构的变形，引起过大的弯曲力矩与剪切力。注入压载水时需注意水量不能过多，注入的压载水

13、体积不能多于舱室内部空间的 2/3。注入压载水调平后处于吃水平衡状态，防撞主体吃水深度控制在 2m-2.5m 以内。5.2.7 大节段托运至桥墩处 把浮吊船开到桥墩上游船和桥墩中轴线一致，沿桥墩左前方两边 45度方向抛 20 米锚链，尾部沿后方两边 30 度抛 40 米锚链；用浮吊船吊起防撞主体至桥墩正前方位置，使其“凹”形中线与桥墩中轴线对齐。9 图 5.2.7-1 固定大节段 浮吊船移走，达到下一浮体安装地点。用两辆拖轮分别固定防撞设施上、下侧，防撞主体正面用顶推船顶推靠进,两侧用拖船进行辅助拖拉定位，在拖轮拖动时，两艘拖轮速度和方向需一致，保证防撞设施的平衡性。图 5.2.7-2 拖轮拖

14、动防撞设施示意图 5.2.8 防撞装置精确定位拼装 将防撞设施大节段围绕桥墩固定，并进行另一大节段的拼装、入水及定位，调节两大节段整体平衡，将之实现对接。对接时，技术人员使用全站仪和水准仪进行监控,两个单元体如有高低、错位、晃动等，通过加载压载水调节整体平衡，加载压载水的过程中,须控制注水速度和水量,应缓慢注水,注水期间配合测量实时监控两个单元体的相对位移，加载压载水完成后，两个单元体的相对位移尽量控制在“0”,确保锁口顺利衔接，最后将螺栓插入螺孔，拧紧螺栓后便拼接成一个完整封闭的自浮式复合材料防撞设施系统。10 6 材料与设备 6.1 材料 主要材料见表 6.1。表 6.1 主要材料表（单个

15、桥墩）序号 名称 材料 备注 1 自浮式钢基复合材料防撞设施 钢基复合材料，首长3.1m,侧宽 1m,高 2.5m 防撞装置基本组成 2 高分子阻尼原件V3L20 高分子材料 防撞装置与桥墩间阻尼件 3 高分子阻尼原件D3L15 高分子材料 防撞装置与桥墩间阻尼件 4 M42 高强螺栓 不锈钢 防撞装置连接 5 人孔盖 标准船用人孔盖 压载水盖板 6.2 设备 主要机械设备见表 6.2。表 6.2-1 主要机械设备表 序号 设备名称 型号 机具用途 1 汽车吊 50T 大节段吊运入水 2 起重船 80T 大节段吊运 3 拖船/大节段托运 11 7 质量控制 7.1 应遵循的国家行业标准 公路桥

16、涵施工技术规范JTG/T F50-2011 钢结构设计规范GB 50017-2017 钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2018 玻璃纤维增强塑料老化性能实验方法GB 2573-2008 纤维增强塑料拉伸性能实验方法GB/T 1447-2016 7.2 质量控制要求 表 7.2-1 防撞设施分段尺度精度表 项目 标准（mm）总长或型长偏差 10 总宽或型宽偏差 10 型深偏差 5 表 7.2-2 防撞设施分段主体结构不平度标准表 项目 标准（mm）面板 3 底板 3 壁板 3 7.3 质量控制要点 7.3.1 防撞装置入场时检查其质检验收文件是否齐全，分段拼装前，对其平整度、精度进行测

17、量确认，检查外表面的新型混杂纤维自浮式是否有破损，如有破损，及时修复。12 7.3.2 节段安装时，节段间相对位移为“0”方可进行螺栓连接，螺栓连接后检查是否拧紧。7.3.3 大节段压载调平后，需观测浮体静态吃水状态，允许偏差为0.2m，若发生异常时，检查各舱的水量与安装状态的区别，并检查浮体的水密性及进水情况，必要时更换浮体。7.3.4 浮体搬运、浮吊运输、测量放样及安装，各工序都应对涂层表面进行保护，防腐涂层表面的局部损伤、脱落不可避免，必须及时派人进行表面修补。7.3.5 浮箱具备水密舱和非水密舱，水密舱需要涂防水涂料以适应注入压载水后的水压环境，舱室涂装厚度也较非水密舱厚。7.3.6

18、防撞设施拼装到最后大节段精准合拢都需测量配合。施工前在工程师的协助下对控制网进行全面复测，保证施工要求和施工精度；采用最优的测量方法进行施工放样，在进行注入压载水调平及最后精准定位合拢时，需同时做好施工测量记录。对测量成果进行正确分析，采取相应措施，确保测量精度；施工测量时严格按照操作规程进行操作、观测，降低观测误差，避免操作错误。所有的测量仪器均要定期进行维护与检校，未检校的仪器不得用于施工测量。8 安全措施 8.0.1 加强施工船舶的管理，所有船舶须证照齐全，配足船员，不得使用“三无”船舶。8.0.2 确定施工水域与范围，提前与海事部门联系，必要时在桥墩的周围设立警示或航标。现场吊装作业时

19、，在桥墩的上、下游方向各安排一 13 艘交通艇进行值班巡逻，对过往船舶进行交通疏导及告诫，确保作业区域的安全。8.0.3 船舶消防安全、救生设施完好，各种灯、号、旗、通讯设备完好适用，所有水上作业人员必须正确穿戴救生衣。8.0.4 规范现场施工用电，保证各种机械设备的用电安全，防止触电。8.0.5 严格遵守航行、停泊及船舶调迁规定，船舶作业时，尽量少占用通行航道，减少对航运的干扰。8.0.6 规范现场施工人员，做到施工人员持证上岗。9 环保措施 9.0.1 认真调查周边环境，制定相应的环保措施，并遵照执行。9.0.2 根据施工进度、库存情况等合理安排材料的采购、进场时间和批次，减少库存。9.0

20、.3 现场材料堆放有序。储存环境适宜，措施得当。保管制度健全，责任落实。9.0.4 妥善处理施工期间产生的各类污染物，对施工产生的固体废物和生活垃圾集中处理，不得随便遗弃。对有害物质（如染料、油料、废旧材料和生产、生活垃圾等）经处理后运至当地环保部门所指定的地点进行卫生掩埋，防止泄露、腐蚀对生态资源造成破坏。9.0.6 施工中多余的杂物不准随意丢弃，应在指定的地点堆放，再将其转移到地面，禁止向湘江中丢弃废弃物、排放污水等。10 效益分析 10.0.1 该工法采用新型混杂纤维自浮式船撞防护装置，分节段组装，14 重量轻，安装运输方便。10.0.2 该工法施工简单，实施操作容易，充分利用自浮式防撞

21、设施的特点，使之形成自稳定系统，进行节段组装和合拢组装，加快了施工进度，提高了施工效率。10.0.3 该工法在岸上进行防撞装置节段拼装，施工过程中，不影响航道的使用，且在施工中不产生噪音和粉尘，绿色环保。10.0.4 该工法在施工中经过多次测试，防撞装置依靠自身的浮力沿着桥墩轴线上下升降，使得防撞设施始终处于船舶的撞击高度。防撞性能好，在保护桥梁免受损伤的同时，降低船舶的损伤，受到了业主单位及社会各界的广泛认可，具有良好的社会效益。11 应用实例 11.1 工程概况 东洲湘江大桥作为二环路的重要组成部分，直接连接起湘江西岸的雁峰区和湘江东岸的珠晖区，是城市南部的又一重要过江通道，也是高铁衡阳东

22、站通往市区的一条快速干道。大桥位于湘江东洲岛上游 380米处，起于雁峰区湘江乡东洲村，终于珠晖区衡阳轧钢厂，距离湘江一桥约 4 公里。大桥桥梁全长 1081 米，其中主桥桥长 660 米，湘江西岸引桥 313 米，接线 107 米。该项目的建成将有效疏散中心城区交通流量、缓解中心城区交通压力。本项目共有防撞设施 3 套，位于桥墩主塔下塔柱处，防撞设施围绕着桥墩一圈。主墩防撞主尺度为 20.64m8.8m2.5m。防撞设施大桥新型混杂纤维自浮式船撞防护装置，由多个板梁结构 15 的密封舱室、桁架支撑结构组成的多舱室浮式防撞体，防撞体侧向内外表面安设有高分子阻尼元件，并涂覆有防腐涂层。防撞设施首部

23、采用 Y型特制复合材料结构，该结构具有良好的耐撞性指标即单位质量防撞体与所能吸收能量的比值），其内部填充有高饱和度闭孔缓冲芯材，饱和度高达 80，该材料能在破舱状态下提供浮力。防撞体分为 6 个节段，节段之间通过螺栓连接成一个整体。11.2 施工情况 衡阳市东洲湘江大桥船撞防护装置采用本工法施工。将防撞装置各个节段在工厂内加工完成后，运输到桥岸，将各个节段，组装成大节段后，吊装入水，通过注入压载水形成自平衡状态，浮于水面，并用拖船拖动+顶进的方式使大节段位于桥墩处，两个大节段位置准确后，用螺栓合拢，并检查整个新型混杂纤维自浮式船撞防护装置整体平衡状态，若未平衡，加入压载水进行调整。在施工中经过

24、多次测试，防撞装置可以通过自身形变对船体的产生外推力，使船舶偏离原航行方向并沿着防撞装置外围滑走，在保护桥梁免受损伤的同时，降低船舶的损伤。16 图 11.2-1 钢基加工 图 11.2-2 钢基加工完成 图 11.2-3 材料进场吊装 图 11.2-4 节段拼装 图 11.2-5 单个大节段入水定位 图 11.2-6左右大节段压载调平 17 图 11.2-7 大节段精准合拢 图 11.2-8 单个防撞设施安装完成（1）图 11.2-9 单个防撞设施安装完成（2）图 11.2-10 桥梁防撞设施安装完成 图 11.2-11 防撞设施安装完成整体效果 11.3 工程效果 11.3.1 本工法与传统施工方法相比，节约工期 15 天，节约成本 50 万元。本工法实用性强，装置自重轻，吊运、安装快捷高效，具有广阔的应用前景和推广应用价值。18 11.3.2 本工法采用新型混杂纤维自浮式船撞防护装置，分节段安装，入水后注入压载水，通过拼装合拢形成自浮式封闭稳定的系统，能自动根据水位调整装置位置，使装置始终处于使得防撞设施始终处于船舶的撞击高度，并可以通过自身形变产生外推力，保护桥梁免受损伤的同时降低船舶的损伤，保证安全。