九堡大橋步履式平移頂推與傳統(tǒng)拖拉式施工對比分析

孫玉祥，舒大勇，楊紹斌，周光強(qiáng)，何勇

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 400042）

1 工程簡介

杭州九堡大橋（錢江八橋）屬于錢塘江上規(guī)劃建設(shè)的十座大橋之一，位于彭埠大橋（原錢江二橋）下游5 km，下沙大橋（原錢江六橋）上游8 km處。九堡大橋北岸橋位位于江干區(qū)七堡六號丁壩以東，與規(guī)劃東湖路相連，南岸橋位位于錢塘江南大堤GPS24-2控制點(diǎn)，與蕭山錢江科技城的科園大道相連。橋位處江面寬1.7 km。主橋上部結(jié)構(gòu)為3×210m三孔連續(xù)結(jié)合梁－鋼拱組合體系拱橋。主拱肋外傾12°，立面矢高43.784m。副拱肋軸線為空間曲線，立面矢高33m。主拱采用矩形截面，寬2.2m，高3.2m；副拱采用方形截面，邊長1.5m，主副拱肋之間的橫向連桿采用圓鋼管，間距8.5m。拱橋主梁為等截面鋼－混凝土結(jié)合梁結(jié)構(gòu)。全高4.5m，全寬37.7m。在主橋橋跨中間僅設(shè)置1座臨時墩，頂推跨度達(dá)到94m；三跨整體頂推重量約15000 t，頂推距離約1000m。采用自主研發(fā)的“步履式平移頂推裝置”（專利號ZL 200920230240.5）整體頂推施工，主橋于2010年11月8日頂推到位。見圖1、圖2。

圖1 鋼拱梁結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 使用中的步履式平移頂推裝置

2 設(shè)計(jì)性能的比較

方案一為步履式平移頂推施工，方案二為拖拉式施工，進(jìn)行對比分析。

方案一集頂升、平移、橫向糾偏于一體，采用總控與分控相結(jié)合的計(jì)算機(jī)控制方式，有效保證了各個頂推設(shè)備的頂推同步性；采用液壓千斤頂，可有效監(jiān)測各個頂推墩的支反力，如頂推過程出現(xiàn)支反力過大，可以實(shí)時調(diào)整，遇意外情況，也可以及時檢查；由于滑動面不在主梁底部，可有效保證頂推結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的接觸，改善主體結(jié)構(gòu)受力，對主體結(jié)構(gòu)幾乎零損傷。步履式頂推裝置自成一體，可以適應(yīng)不同橋型不同線形變化的頂推施工要求，采用全液壓系統(tǒng)驅(qū)動，整機(jī)體積小、重量輕，控制比較平穩(wěn)，液壓保護(hù)齊全，有可靠的安全性。

方案二采用穿心千斤頂，頂推同步性較難達(dá)到，易出現(xiàn)“蛙跳”現(xiàn)象；頂推過程中各個臨時墩的頂推力較難觀測控制；如頂推過程中出現(xiàn)較大支反力，幾乎無法調(diào)整，這對主體結(jié)構(gòu)受力較為不利；由于滑動面在主梁底部，對主梁底面的損傷較大。

綜合比較，方案一無論從施工控制調(diào)整，還是從改善主體結(jié)構(gòu)的受力狀況，都明顯優(yōu)于方案二，無疑也將大大提高施工進(jìn)度，兩種方案設(shè)計(jì)性能比較結(jié)果列于表1。

表1 兩種方案設(shè)計(jì)性能比較

3 施工靈活性的比較

通過施工過程中的敏感性分析可以看出：

1）單跨升溫20℃結(jié)構(gòu)的順橋向變形為8.3 cm；兩跨升溫20℃結(jié)構(gòu)的順橋向變形為14.0 cm；三跨升溫20℃結(jié)構(gòu)的順橋向變形為20.9 cm。

2）風(fēng)荷載作用下的側(cè)向變形較大，最大達(dá)到10.8 cm。主拱弱軸彎應(yīng)力在橫向風(fēng)載作用下為20MPa左右。

無論變形還是應(yīng)力，溫度和風(fēng)荷載對主體結(jié)構(gòu)的影響均較大，在頂推過程中如何有效地規(guī)避這些不利情況的發(fā)生對頂推的順利完成較為重要。

方案一結(jié)構(gòu)不僅可以向前頂推，而且可以向后頂推，這就可規(guī)避在頂推不利工況下遇大風(fēng)的情況；對于溫度荷載的影響，必要時可采用“頂升”方式使其為自由長度，達(dá)到完全釋放溫度應(yīng)力的目的，且不影響后續(xù)拱梁的拼裝。

方案二對溫度荷載和風(fēng)荷載等引起的附加荷載無法有效克服，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的能力較差。

4 偏位調(diào)節(jié)能力的比較

方案一采用橫向主動調(diào)節(jié)液壓限位裝置，控制平穩(wěn)，有效地減少了頂推過程中的橫向偏位，頂推過程中調(diào)節(jié)次數(shù)少；而采用方案二，橫向偏位主要為被動調(diào)節(jié)設(shè)備，調(diào)節(jié)效果較差，橫向偏位控制能力低，需調(diào)節(jié)次數(shù)也較多。

44 Prevalence and risk factors of chronic kidney disease in high-risk population in Minhang District of Shanghai

5 對支座沉降的自適應(yīng)能力的比較

通過頂推過程施工敏感性分析結(jié)果可以看出，支座的不均勻沉降對主體結(jié)構(gòu)的受力影響較大，沉降3 cm，主梁最大應(yīng)力將增加33.8MPa，支反力增加121 t，對結(jié)構(gòu)受力極為不利，支座沉降的施工敏感性分析結(jié)果如表2所示。

表2 支座沉降的施工敏感性分析

方案一采用三相調(diào)位系統(tǒng)進(jìn)行頂推，頂推過程可以控制各個頂推墩的支反力，通過頂升高度不一致來實(shí)現(xiàn)頂推墩之間內(nèi)力的分配調(diào)節(jié)，因而對不均勻沉降的適應(yīng)能力較強(qiáng)；而采用方案二，支座的標(biāo)高隨支座的沉降而改變，無法完成自適應(yīng)調(diào)節(jié)的過程，對主體結(jié)構(gòu)受力較為不利。

6 主體結(jié)構(gòu)受力比較

方案二對橫向偏位的調(diào)節(jié)能力較差，故考慮方案二主梁與滑移面橫向偏位10 cm（根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際很有可能超過10 cm）進(jìn)行計(jì)算，方案一考慮5 cm的橫向偏位（實(shí)際均控制在1 cm以內(nèi)），從計(jì)算比較分析結(jié)果可以看出，在考慮偏位的影響下，采用方案二計(jì)算的的結(jié)果比方案一大50%，去除局部應(yīng)力集中點(diǎn)后，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力達(dá)到428MPa，方案一為323MPa。由此可見，在考慮橫向偏位的情況下采用方案二基本不可行，必須增加主體結(jié)構(gòu)的材料用量。

通過頂推過程采用有限元分析進(jìn)行仿真分析，頂推施工中軸線偏位誤差必須控制在±10mm。此要求采用拖拉式頂推根本無法實(shí)現(xiàn)，而采用步履式平移頂推方法可以實(shí)現(xiàn)。

7 頂推墩受力情況的比較

通過頂推過程的分析計(jì)算看出，頂推過程中頂推墩支反力變化較大，變化幅度1000 t以上，且各個頂推墩的頂推力均不相同，考慮最大懸臂工況和導(dǎo)梁上墩工況，如采用方案二，考慮10%的摩擦系數(shù)，頂推墩需要的水平力達(dá)到120 t，這對頂推墩的縱向剛度要求太高，對頂推墩很不利，且必須重新驗(yàn)算結(jié)構(gòu)墩受力是否滿足要求，如不滿足必須采取加強(qiáng)措施；而方案一為自平衡式頂推，頂推墩水平力只需要考慮啟動時的摩擦力，經(jīng)過設(shè)備前期的頂推模擬實(shí)驗(yàn)以及實(shí)際過程的頂推監(jiān)控，這個啟動力最大在50 t以下，這將大大改善頂推墩的受力。見圖3。

圖3 頂推過程頂推墩支反力變化示意圖

另外從橫向偏位調(diào)節(jié)來看，方案二采用被動調(diào)節(jié)，因此需要的橫向調(diào)節(jié)力也較大，對頂推墩的橫向剛度同樣要求較高，與縱向類似，橫向剛度的要求也對結(jié)構(gòu)墩提出了更高的要求，必須重新驗(yàn)算結(jié)構(gòu)墩受力是否滿足要求，如不滿足需采取加強(qiáng)措施。

8 結(jié)論

1）采用方案一在使用性能上明顯優(yōu)于方案二；

2）從加快施工進(jìn)度及實(shí)時監(jiān)測控制的角度來看，方案一也存在著較大優(yōu)勢；

3）采用方案一的避險(xiǎn)能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于方案二；

4）從工程造價來看，采用方案一的設(shè)備投入高于方案二，但采用方案一將大大減小主體結(jié)構(gòu)用鋼量，綜合造價方案一優(yōu)于方案二；

5）從永久結(jié)構(gòu)的受力情況來看，采用方案一對主體結(jié)構(gòu)施工幾乎是零損傷，而方案二對底板的損傷較大，考慮偏位影響的情況下，主體結(jié)構(gòu)頂推過程受力無法滿足要求，這將增加主體結(jié)構(gòu)的材料用量，進(jìn)一步增加工程造價。

因此，采用方案一無論從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)還是安全性能方面都優(yōu)于方案二。杭州九堡大橋采用“步履式平移頂推裝置”頂推到位后，軸線和高程誤差≤10mm，確保了九堡大橋頂推施工質(zhì)量和施工工期，獲得了國內(nèi)外專家的高度贊揚(yáng)。新型步履式平移頂推施工的成功運(yùn)用，必將為我國復(fù)雜地形地區(qū)的大跨度橋梁的建設(shè)提供技術(shù)儲備，在今后的西部地區(qū)及市政橋梁建設(shè)中將會有巨大的市場潛力。

[1] JTGF80/1—2004，公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 陳義鑫.橋涵[M].北京：人民交通出版社，2010.