淺談橋梁鋼箱梁頂推施工技術(shù)控制措施

李航運

(廣西桂通工程咨詢有限公司，廣西　南寧　530021)

淺談橋梁鋼箱梁頂推施工技術(shù)控制措施

李航運

(廣西桂通工程咨詢有限公司，廣西南寧530021)

關(guān)鍵詞：橋梁；鋼箱梁頂推；施工技術(shù)；控制措施

0引言

近幾年來，隨著我國鋼結(jié)構(gòu)橋梁越來越多，鋼結(jié)構(gòu)橋梁安裝施工工藝也越來越成熟，步履式頂推施工就是其中之一，在我國鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)中也應(yīng)用得最為廣泛。廣西南寧市英華大橋工程主橋鋼箱梁安裝采用步履式頂推施工工藝，不僅打破了廣西鋼結(jié)構(gòu)橋梁普遍采用的支架法、纜索吊裝或吊機吊裝等傳統(tǒng)施工工藝，為廣西鋼結(jié)構(gòu)橋梁發(fā)展起到很大的推動作用，而且安全順利地完成主梁安裝任務(wù)，實現(xiàn)了當(dāng)初質(zhì)量、進度和造價的控制目標(biāo)。南寧市英華大橋工程主橋鋼箱梁步履式頂推工藝的成功實踐，為今后鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安裝施工積累了豐富的經(jīng)驗，其施工技術(shù)控制措施和對難點的妥善解決值得借鑒，可為類似鋼結(jié)構(gòu)橋梁頂推施工提供參考。

1工程概況

南寧市英華大橋起于西岸鳳江路，上跨亭江路，向東跨越邕江后，在柳沙半島接英華路與半島環(huán)線交叉口，是連接江南片區(qū)和柳沙、埌東片區(qū)的一條交通要道。該橋的建設(shè)對推進城市基礎(chǔ)設(shè)施總體規(guī)劃的實施、拓展城市空間具有十分重要的意義。南寧市英華大橋主線起點里程為：K0+61.809，終點里程為：K1+079.512，主線全長1 017.763 m，橋面寬37.7 m。該橋橋型設(shè)計獨具特色，主橋橋型采用雙塔單索面懸索橋，是南寧市首座跨江懸索橋，大橋造型靈感來源于廣西浦北出土的漢代文物——羊角鈕編鐘?！把蚪氢o編鐘”造型索塔高100 m，橋塔既有古典韻味，又有現(xiàn)代美感，寓意樂舞邕江、音繞八桂，充分展示了廣西豐富的文化底蘊。主橋主梁采用單箱四室扁平流線形全焊鋼箱梁，橋跨布置為：(45+410+45)m，鋼箱梁中間設(shè)置縱隔板，箱梁全寬為37.7 m，中心高3.5 m。全橋鋼箱梁共分為51個吊裝節(jié)段，共重9 488.7 t。南寧市英華大橋起點采用3.5%縱坡順接鳳江路，在主橋段設(shè)置2.49%的雙向縱坡，最后以3.376%的縱坡接至英華路與柳沙半島環(huán)線交叉路口。

2頂推方案

結(jié)合南寧市英華大橋工程主橋鋼箱梁結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)特點、現(xiàn)場施工環(huán)境、道路交通狀況等因素，為達到工程施工安全、質(zhì)量、進度、費用等方面預(yù)期控制目標(biāo)，對比柳州市雙擁大橋主橋鋼箱梁頂推施工工藝，最終決定主橋鋼箱梁采用步履式頂推施工方案進行安裝施工。

根據(jù)英華大橋現(xiàn)場施工的實際情況，鋼箱梁在工廠內(nèi)集中加工成板單元后，采用平板車運輸至現(xiàn)場進行總拼，總拼、存梁場地及頂推平臺等設(shè)施均設(shè)置在英華大橋北岸14#交界墩后面的空曠場地。在北岸邊跨14#～16#墩之間搭設(shè)頂推平臺，在主跨搭設(shè)6個臨時墩，并在其上布置頂推設(shè)備。鋼箱梁在拼裝場地拼裝、涂裝完成以后，通過運梁臺車將成品鋼箱梁運至橋位處，采用提升吊機對鋼箱梁進行提升、吊運至頂推平臺，并將平面位置和高程調(diào)整到施工線形后焊接，采用步履式頂推系統(tǒng)同步使鋼箱梁逐段向前滑移，循環(huán)作業(yè)使鋼箱梁到達設(shè)計位置。待鋼箱梁全部頂推到位，最后采用千斤頂落梁方式將鋼箱梁線形調(diào)整到設(shè)計線形[1]。

3鋼箱梁頂推施工工藝及方法

3.1大型臨時設(shè)施和主要設(shè)備

3.1.1頂推平臺

不僅是鋼箱梁頂推作用平臺還是鋼箱梁開始頂推前的拼裝焊接平臺，包括鋼箱梁節(jié)段焊接、線形調(diào)整等均在頂推平臺上完成。因此，在設(shè)計頂推平臺時，既要考慮其能承受頂推時的最大豎向荷載和最大水平力，又要考慮滿足鋼箱梁在拼裝中縱向坡度的控制和頂推過程中平面圓曲線的要求[2]。同時，還要考慮頂推系統(tǒng)和施焊、檢測人員的作業(yè)平臺等因素。

根據(jù)現(xiàn)場地形和橋梁結(jié)構(gòu)需要，英華大橋頂推平臺布置在北岸邊跨14#～16#墩之間，長度為32 m，寬度23.9 m。頂推平臺主要由主體承重結(jié)構(gòu)和平臺頂部結(jié)構(gòu)組成。頂推平臺支承結(jié)構(gòu)采用φ630mm×10mm鋼管樁，利用DZ120振動錘將鋼管樁直接插打至巖層面，再將鋼管樁接高至設(shè)計標(biāo)高，鋼管樁之間利用由φ245mm×8mm鋼管組成的聯(lián)結(jié)系，把鋼管樁連成整體以增加其穩(wěn)定性。承重結(jié)構(gòu)還充分利用了引橋15#墩作為支承點，保證支承結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。鋼管樁上設(shè)有橫向分配梁，分配梁上安裝兩條連續(xù)的箱型輔助滑道梁，作為鋼箱梁線形調(diào)整用輔助支承。輔助滑道梁頂部放置鋼墊塊作為鋼箱梁拼裝的支承點，在15#墩上方的輔助滑道梁上，設(shè)置有步履式頂推裝置。

3.1.2臨時支墩

英華大橋中跨跨度達到410m，為滿足頂推過程中結(jié)構(gòu)受力和變形要求，在中跨12#～13#墩主塔之間搭設(shè)鋼管樁臨時墩，全橋共設(shè)6個臨時墩，臨時墩跨距為55m+5×60m+55m，支墩頂面標(biāo)高按半徑R=6 269 m圓曲線設(shè)置。臨時墩支承結(jié)構(gòu)采用24根φ630mm×10mm鋼管樁，利用DZ120振動錘將鋼管樁直接插打至巖層面，再將鋼管樁接高至設(shè)計標(biāo)高，鋼管樁之間利用由φ245mm×8mm鋼管組成的聯(lián)結(jié)系，把鋼管樁連成整體以增加其穩(wěn)定性。

臨時支墩上安裝三層分配梁、高度調(diào)整墊座、頂推裝置等，各層之間的連接均為螺栓連接。三層分配梁將墩頂所受壓力均勻分配到下部管樁承重結(jié)構(gòu)，高度調(diào)整墊座用于頂推過程中的墩頂標(biāo)高調(diào)整及落梁作業(yè)。步履式頂推裝置可實現(xiàn)鋼箱梁步履式平移前進。

3.1.3提梁機

英華大橋主橋鋼箱梁分為51節(jié)梁段，單節(jié)梁段重量均在190t左右，因此需在頂推平臺兩側(cè)各設(shè)置一臺200t的提梁機，用于鋼箱梁起吊、縱移、拼裝。提梁機主要由下部承重結(jié)構(gòu)和起重小車組成。承重結(jié)構(gòu)由鋼管樁立柱、分配梁、走行軌道梁等部分組成。立柱采用φ820mm×10mm鋼管樁，利用DZ120振動錘直接插打至巖層面，再將鋼管樁接高至設(shè)計標(biāo)高，鋼管樁之間利用由φ273mm×8mm鋼管組成的聯(lián)結(jié)系，把鋼管樁連成整體以增加其穩(wěn)定性。鋼管樁立柱頂部設(shè)置分配梁，分配梁上采用兩片三角形桁架作為起重小車走行軌道梁，桁架之間設(shè)置橫梁聯(lián)系，桁架梁頂部鋪設(shè)兩條70×40方鋼軌作為走行軌道，軌距1.4m。起重小車共兩臺，由主梁、提升系統(tǒng)、走行機構(gòu)組成。主梁由兩片三角形桁架組成，桁架之間設(shè)置橫梁聯(lián)系，桁架梁頂部鋪設(shè)兩條70×40方鋼軌作為提升系統(tǒng)的走行軌道，軌距2.4m。每臺起重小車主梁上設(shè)置兩套提升系統(tǒng)，對稱布置在主梁上，間距20.5m。

3.1.4導(dǎo)梁

導(dǎo)梁是鋼箱梁頂推大懸壁過墩的保證措施，英華大橋臨時墩最大跨度為60m，為避免鋼箱梁頂推過程產(chǎn)生的撓度過大，必須設(shè)置導(dǎo)梁。根據(jù)現(xiàn)場臨時墩跨度布置情況和鋼箱梁構(gòu)造特點，導(dǎo)梁設(shè)計長度為40m，分4個節(jié)段，總重約125t。導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)形式采用工型梁桁架形式，為抵消大懸壁時撓度[3]，導(dǎo)梁由尾端向前端逐漸減小，尾端梁高4.064m，前端梁高1.193m，節(jié)間間距為(2.5+2×14+9.5)m，縱向布置兩片桁架，桁架間間距與主橋鋼箱梁邊縱隔板一致，兩片桁架之間采用桁架式橫梁連接形成整體。因?qū)Я涸陧斖七^程中會受力產(chǎn)生撓度，所以其尾端必須與第一節(jié)段鋼箱梁前端焊接牢固，確保頂推施工安全。

3.1.5頂推設(shè)備

英華大橋鋼箱梁頂推總重量達9 488.7t，頂推距離達500m，根據(jù)設(shè)計要求，頂推施工時設(shè)備應(yīng)滿足最大豎向承載力675t，鋼箱梁順橋向均勻擴散長度≥4m，頂推施工過程中具有一定的豎向調(diào)節(jié)能力及水平糾偏能力。綜合考慮設(shè)計要求，結(jié)合本橋結(jié)構(gòu)形式，鋼箱梁安裝施工時采用步履式頂推方式進行施工，沿橋方向布置頂推設(shè)備。每兩套步履式頂推裝置為一個點，對稱布置于橫橋向箱梁底部。頂推平臺、14#交界墩、兩個主塔各設(shè)一個點，L1#～L6#臨時墩，每個墩上均設(shè)置一點，共10個點同時頂推，共需20套頂推裝置。頂推裝置系統(tǒng)通過計算機操作和液壓驅(qū)動來實現(xiàn)控制，以實現(xiàn)頂推施工目標(biāo)。頂推液壓系統(tǒng)為油缸提供動力，根據(jù)主控計算機的指令，執(zhí)行規(guī)定動作[4]。該系統(tǒng)的特點是采用先進的電液比例控制技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的統(tǒng)一性和同步性，且控制精度非常高。南寧市英華大橋液壓系統(tǒng)還采用專門模塊設(shè)置了對每臺油缸的荷載保護，使整體同步頂升和同步下降更加安全可靠。

3.1.6頂推控制系統(tǒng)

步履式頂推施工過程中，頂推施工的統(tǒng)一性和同步性非常關(guān)鍵，所以必須嚴(yán)格控制操作過程，考慮到英華大橋頂推控制點較多，鋼箱梁又設(shè)有縱坡，施工難度特別大，為保證各點的同步性，英華大橋采用計算機集中控制系統(tǒng)。集中控制系統(tǒng)在每個橋墩上設(shè)有一個分控制器，分控制器的主要作用是采集傳感器的反饋數(shù)據(jù)，接收主控制器的指令驅(qū)動液壓電磁閥，所有采集的傳感器信息通過總線傳送及時地反饋給主控制器，主控制器在進行分析和處理后，輸出驅(qū)動信息，從而實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的集中控制[4]。

3.2鋼箱梁就位及橋位焊接

3.2.1鋼箱梁運輸、提升

鋼箱梁在拼裝場地拼裝、涂裝完成后，通過2臺運梁臺車將成品鋼箱梁運輸至頂推橋位區(qū)。采用提梁機對鋼箱梁進行提升、吊運至頂推平臺，并將平面位置和高程調(diào)整到設(shè)計位置。

3.2.2鋼箱梁橋位焊接

鋼箱梁吊裝就位前，按照節(jié)段位置在頂推平臺兩條滑道上放置調(diào)節(jié)支點。待所有鋼箱梁節(jié)段吊裝至頂推平臺后，連接鋼箱梁頂板和底板匹配件。鋼箱梁制造時已按主橋豎曲線線形進行加工和匹配，在進行橋位焊接時將匹配件連接到位后，僅需對個別點位進行微調(diào)即可達到設(shè)計線形。線形調(diào)整到位后，先焊接鋼箱梁對接環(huán)縫，再安裝鋼箱梁內(nèi)肋板、縱隔板嵌補段，每一步焊接完成后均須對焊縫進行超聲波、磁粉和射線探傷檢測。

3.3鋼箱梁頂推

英華大橋鋼箱梁頂推施工過程中最多頂推點達到20套，為保證頂推標(biāo)高和線形達到預(yù)期目標(biāo)，頂推施工過程中的統(tǒng)一性和同步性尤為重要，所以頂推設(shè)備是否安裝到位、系統(tǒng)的油路及電路是否連接好都必須進行調(diào)試。頂推系統(tǒng)調(diào)試好后，在液壓泵站的驅(qū)動下，可以實現(xiàn)豎向的頂升下降，順橋向的前進后退，以及橫橋向糾偏。利用頂推系統(tǒng)和臨時擱置墊梁的交替作用，通過步履式頂推系統(tǒng)的頂、推、降、縮四個步驟，可以實現(xiàn)鋼箱梁的間歇式前移。具體操作步驟為：啟動各墩上的頂推設(shè)備，頂升千斤頂通過控制系統(tǒng)伸缸到設(shè)定活塞行程，將整個頂推裝置和鋼箱梁頂起，離開墊梁一段距離，通過控制系統(tǒng)同步控制頂推千斤頂伸缸，推動上滑塊帶動鋼箱梁向前移動至設(shè)定好的活塞行程位置，鋼箱梁前移，當(dāng)鋼箱梁移動到系統(tǒng)設(shè)定的位移量后(500mm)，頂升千斤頂活塞縮缸回程，使鋼箱梁落在墊梁上，進行力系轉(zhuǎn)換，水平千斤頂回行程到原始狀態(tài)，完成一個行程頂推[1]。以此四步步驟動作為一個循環(huán)，反復(fù)此循環(huán)，就可以實現(xiàn)鋼箱梁的頂推前移就位。

3.4落梁

英華大橋在主橋段設(shè)置2.49%的雙向縱坡，鋼箱梁在頂推過程中的線形與成橋時的線形完全不同，整個頂推過程的監(jiān)控也是以支反力控制為主，標(biāo)高控制為輔的原則進行。因此，主橋鋼箱梁在頂推過程中需根據(jù)主橋鋼箱梁線形不斷調(diào)整各臨時墩墩頂標(biāo)高，這也是英華大橋頂推施工需要克服的一個難題。落梁作業(yè)是利用臨時支墩、主塔、交界墩上預(yù)先布置的高度調(diào)節(jié)墊座及步履式頂推系統(tǒng)配合進行。以臨時支墩墩頂布置為例，內(nèi)側(cè)支墩為主支墩，頂推裝置設(shè)置在主支墩上，作為鋼箱梁頂推施工過程中的主支承點，外側(cè)支墩為副支墩，副支墩頂部設(shè)置墊梁，作為鋼箱梁頂推施工過程中的臨時支承點，主、副支墩均由40cm、20cm或10cm的高度調(diào)整墊座組成。落梁時先將2#、3#、4#、5#臨時支墩處鋼箱梁統(tǒng)一頂起至比設(shè)計線型高1.8m位置，之后按從中跨到邊跨的順序?qū)⒔唤缍仗帲魉帲?#、6#臨時支墩處逐點多次落梁至比設(shè)計線型高1.8m位置，待懸索吊桿全部張拉完畢后，再按從中跨到邊跨的順序，將所有支墩落梁至監(jiān)控要求標(biāo)高。

落梁過程為：首先在墊梁四周焊接4個吊耳板。頂推裝置上的頂升千斤頂在主支墩上頂起鋼箱梁，利用導(dǎo)鏈葫蘆將墊梁吊起，從墊梁底部抽取墊座，導(dǎo)鏈葫蘆下落，將抽取的墊座置于墊梁上部；頂升千斤頂落下，鋼箱梁置于落梁墊座上，利用導(dǎo)鏈葫蘆將頂推裝置吊起，抽取底部墊座，導(dǎo)鏈葫蘆下落，將抽取的墊座置于墊梁上部；頂升設(shè)備頂升抽取落梁墊座上墊座，頂升設(shè)備下降，抽取落梁墊座。如此反復(fù)循環(huán)，直至鋼梁落到設(shè)計要求。

主塔、交界墩上的頂落梁操作方法與臨時支墩類似，不同點在于，落梁時當(dāng)高度調(diào)節(jié)墊座全部拆除后，還需要將步履式頂推系統(tǒng)拆除，利用額外的頂升千斤頂才能將鋼箱梁降至設(shè)計標(biāo)高。

根據(jù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，起頂點作用在支座或滑道位置，通過逐步調(diào)減高度調(diào)整墊塊達到落梁的目的。起頂及落梁時，為保證安全，利用鋼箱梁的彈性變形，一次只起落一個墩頂支點，逐墩起頂落梁，同墩頂支點同步起落，每次落梁的高度控制在5cm左右。

4施工難點及解決措施

4.1難點分析

頂推施工法以其自身的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種類型的連續(xù)梁、簡支梁施工。但在大跨度、大坡度橋梁的施工中，因跨中設(shè)有多個臨時墩輔助支承，受橋梁自身線形影響，頂推時需多次調(diào)節(jié)臨時墩高度，且坡度越大，調(diào)節(jié)高度越大，施工難度大且安全性差，因此頂推法較少應(yīng)用于大坡度橋梁施工，技術(shù)上具有相當(dāng)大的難度。南寧市英華大橋鋼箱梁頂推施工經(jīng)過分析，頂推施工過程主要難點在于鋼箱梁的重量太重，且跨度大、坡度大，頂推過程中鋼箱梁線形控制的難度也很大，同時因鋼箱梁成橋線形設(shè)有豎曲線，頂推到位后落梁高度也很大，這些都是需要克服的難題。

4.2解決措施

針對南寧市英華大橋鋼箱梁頂推施工存在的難點，根據(jù)頂推施工過程中的不同工況在頂推施工前采用MIDAS/Civil建立模型，模擬計算鋼箱梁頂推過程中受力特征和撓度變化狀況，并對受力特征和撓度變化狀況給施工帶來的難度進行分析。最終為解決南寧市英華大橋頂推施工面臨的難題，采取對應(yīng)措施：(1)需要設(shè)計合理的頂推施工平臺。頂推施工平臺的縱向長度、橫向?qū)挾葷M足鋼箱梁拼裝和頂推施工的要求，頂推平臺的基礎(chǔ)、立柱支架及上部縱橫梁都要有足夠的強度、剛度、整體穩(wěn)定性。(2)要認(rèn)真設(shè)計并處理好臨時支墩、所有頂推系統(tǒng)、橫向?qū)蚣m偏裝置、保證有足夠的安全儲備，設(shè)置調(diào)節(jié)系統(tǒng)保證滑道頂面與梁底面接觸良好，均勻受力。(3)要制定詳細(xì)的施工觀測及控制方案，對拼裝平臺、臨時支架、臨時墩、鋼箱梁各部位、鋼導(dǎo)梁等都需要進行詳細(xì)的觀測及內(nèi)力測試，確保結(jié)構(gòu)的安全。(4)在每次頂推起動時不平衡，是否存在著水平推力，要驗證各結(jié)構(gòu)墩的水平抗推力。(5)因頂推過程中涉及工況多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力變化快，施工過程要嚴(yán)格根據(jù)監(jiān)控計算結(jié)果，對結(jié)構(gòu)(包括臨時結(jié)構(gòu))進行優(yōu)化設(shè)計。(6)設(shè)置合理的墩頂落梁裝置，每次落梁高度均按監(jiān)控指令實施。

5結(jié)語

南寧市英華大橋采用雙塔單索面懸索橋的橋型結(jié)構(gòu)，為主橋鋼箱梁安裝施工出了一道技術(shù)難題，對于懸索橋而言，主橋鋼箱梁安裝都是采用成熟的纜索吊裝和騎纜吊裝，但英華大橋甩掉傳統(tǒng)的施工工藝，大膽采用步履式多點連續(xù)頂推施工工藝，通過增加頂推平臺、臨時墩、導(dǎo)梁等臨時措施，在頂推過程中對臨時墩支反力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、主梁線形以及撓度進行控制，完成了60 m大跨度鋼箱梁頂推施工任務(wù)，且在不影響邕江航道通行的情況下，不僅保證了施工安全，減少了施工成本，還大大縮短了工期。同時，通過最后成橋荷載試驗檢測結(jié)果表明，主橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力和成橋線形均滿足設(shè)計要求，采用步履式頂推施工既克服了單主纜吊裝難題，又保證了結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。南寧市英華大橋主橋鋼箱梁頂推施工經(jīng)驗，是通過新技術(shù)與多年從事橋梁施工積累總結(jié)相結(jié)合逐步摸索形成的，為今后類似鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工提供了寶貴的經(jīng)驗。

參考文獻

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摘要：文章結(jié)合南寧市英華大橋主橋鋼箱梁頂推施工實踐，介紹鋼箱梁頂推施工各個節(jié)點中的控制措施，并分析頂推施工過程存在的困難及其解決措施，為類似橋梁頂推施工提供借鑒。

Discussions on Incremental Launching Construction Technology Control Measures of Bridge Steel Box-girder

LI Hang-yun

(Guangxi Guitong Engineering Consulting Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530021)

Abstract：Combined with steel box-girder incremental launching construction practice of main bridge of Nanning Yinghua Bridge，this article described the control measures in each incremental launching con-struction node of steel box-girder，and analyzed the difficulties during incremental launching construction as well as their solutions，thereby providing the reference for similar bridge incremental launching con-struction.

Keywords：Bridges；Steel box-girder incremental launching；Construction technology；Control measures

作者簡介

中圖分類號：U445

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.015

文章編號：1673-4874(2016)04-0050-04

收稿日期：2016-03-25

李航運(1982—)，研究方向：道路橋梁施工監(jiān)理工作。