紅水河特大橋鋼梁頂推施工關鍵技術

李莘哲，陳云輝

(廣西路橋工程集團有限公司，南寧　廣西　530011)

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紅水河特大橋鋼梁頂推施工關鍵技術

李莘哲，陳云輝

(廣西路橋工程集團有限公司，南寧廣西530011)

文章結合紅水河特大橋工程實例，介紹了鋼梁頂推總體施工方案，并針對其施工難點，分析了該橋鋼梁拖拉式頂推施工關鍵技術，為類似橋梁頂推施工提供借鑒。

橋梁；頂推；鋼梁；施工；技術

0　引言

隨著我國橋梁建設的快速發(fā)展，橋梁設計不斷朝著大跨徑、大噸位、高墩塔挺進，頂推法已經逐漸成為橋梁主梁架設的重要發(fā)展方向。頂推法于1959年第一次在奧地利的阿格爾橋上使用，直到1974年我國才開始在狄家河鐵路橋上采用頂推施工工藝。目前頂推法主要有兩種形式，一種為拖拉式，另一種為步履式，當然也有兩者結合使用的頂推工藝，但使用較少。拖拉式和步履式頂推各有特點，實際運用可根據橋梁結構形式、現場實際情況、經濟指標等擇優(yōu)選用。本文主要針對紅水河特大橋拖拉式頂推關鍵技術進行研究。

1　工程概況

紅水河特大橋上部結構為：引橋(2×20)m預應力混凝土現澆箱梁+主橋(213+508+185)m雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋。疊合梁由橋面板、邊主梁、鋼橫梁、小縱梁組成，其中橋面板為混凝土結構，橋面板以下的邊主梁、橫梁和小縱梁均為工字型鋼梁。鋼梁材質為Q370 qD，全橋主縱梁按順序劃分為ZL1～ZL65共計65個節(jié)段。邊跨貴州岸及主塔上梁段ZL1～ZL22采用頂推法施工，總長為236.78 m，其中：ZL1為6.375 m一個節(jié)段，ZL2～ZL7為11.25一個節(jié)段，ZL8為11.4 m一個節(jié)段，ZL9～ZL18為11.55 m一個節(jié)段，ZL19和ZL21為7.7 m一個節(jié)段，ZL20為9.05 m一個節(jié)段，ZL22為11.55 m一個節(jié)段。

2　鋼梁頂推總體施工方案

紅水河特大橋邊跨貴州岸鋼梁安裝采用多點同步頂推工藝，其原理是：利用多個支墩作為施力點，安裝水平千斤頂，每墩上水平千斤頂施力的大小根據橋墩上所受梁體滑動摩擦阻力大小而確定，千斤頂施力與摩擦阻力基本平衡，梁體能在滑板和滑道組成的滑道裝置上以較小的摩擦系數向前移動，柔性橋墩基本不承受或承受較小水平力。水平頂推力分散到各個橋墩、橋臺上，各千斤頂出力大小按摩擦阻力大小變化幅度，逐級升壓，緩慢對梁體施力，所有的千斤頂同步[1]工作。

3　施工難點

(1)在頂推長度內除需利用永久結構的永久墩臺，還需設置4個臨時墩滿足頂推過程的支撐作用，為此，需設計滿足頂推施工需要且具有足夠強度、剛度及穩(wěn)定性的臨時墩。

(2)鋼梁底部存在拼接板及螺栓，要滿足拼裝和頂推要求，需設計3種滑塊和3類滑道。每墩均有滑道，且滑道有0.8%的縱坡，施工精度要求高。

(3)每墩有4臺連續(xù)千斤頂，同時工作的千斤頂最多時有34臺，保證所有千斤頂同步工作難度大。

(4)臨時墩和鋼梁的剛度有限，頂推過程既要控制臨時墩8個點的墩頂位移，還要控制鋼梁的左右行程差、橫向偏位及線型等，點多、面廣，監(jiān)控、控制難度大。

4　關鍵技術

4.1臨時墩設計

(1)鋼管桁架結構支墩

頂推臨時支墩采取裝配式設計，桁架結構兩側主支墩對應主梁的兩側邊主梁腹板位置布置，在頂推過程中主要承受頂推施工荷載，立柱采用4×φ610×14鋼管，鋼管間用萬能桿件及非萬能桿件連接成整體桁架結構，保證臨時墩具有足夠的強度、剛度及穩(wěn)定性。墩頂橫向采用2HN800×300型鋼作為分配梁，縱向采用4HN900×300型鋼和Ⅰ32工鋼作為承重滑道梁。

(2)臨時墩基礎

臨時墩基礎采用4×φ150cm樁基小承臺[2]設計，承臺尺寸(650×650×200)cm，樁基按嵌巖樁[3]設計，承臺與臨時墩鋼管底法蘭采用地腳螺栓[4]連接。

4.2滑道設計

滑道梁是頂推施工時布置在各支承墩頂(永久墩和臨時墩)上具有承重及滑動功能的支承裝置。

滑道的縱向坡度與橋縱坡一致，本橋鋼梁有0.8%的縱坡，因此滑道也應設計成0.8%的縱坡。根據不同的支撐墩結構，滑道梁分為拼裝頂推平臺滑道梁、永久墩滑道梁和臨時墩滑道梁。

(1)拼裝頂推平臺滑道梁

拼裝頂推平臺滑道梁采用鋼筋混凝土澆筑條形基礎作為滑道梁的基梁，基梁斷面尺寸寬80cm，之上預埋2cm厚滑道鋼板，并于兩側焊接橫向限位方鋼條，中間則采用不銹鋼板作為滑道面板。

(2)永久墩滑道梁

過渡墩、輔助墩及主塔滑道梁設置于永久支座和加長滑道基梁之上，為防止頂推過程中支座承受水平力，采取在加長滑道頂面兩側預埋鋼板或型鋼，鋼板或型鋼下焊接足夠強度鋼筋，支座安裝完后，其底部滿塞型鋼，同時采用型鋼包裹框住支座。在加長滑道基梁上滿鋪型鋼，型鋼底面與鋼板焊接，之后焊接調縱坡型鋼板使頂面平整并連成整體，中間則滿鋪MGE板作為滑道。

滑道面選用MGE滑板，表面有凹槽，涂抹潤滑劑減小摩擦系數。安裝時將MGE滑板帶凹槽面朝上放置在滑道梁上，并用內六角螺栓固定。

(3)臨時墩滑道梁

臨時墩滑道采用4HN900×300型鋼和Ⅰ32工鋼作為滑道梁基梁，滑道梁尺寸1.2m。滑道面也是選用MGE滑板，在滑道梁頂面先鋪設20mm調平鋼板，再鋪設MGE滑板。

4.3滑板(走板)設計

鋼梁在滑道上移動時，為保證其在滑道上平穩(wěn)前進，需要在滑道梁與鋼梁之間安放滑板(走板)，滑板與鋼梁一起前移，與滑道梁上的滑面形成摩擦副。因每節(jié)段間接頭處梁底有拼接板及高強螺栓，整個鋼梁底面縱向不是一條直線，而是連續(xù)交替的凹凸折線，為保證鋼梁連續(xù)平穩(wěn)前移，鋼梁頂推縱向軌跡為連續(xù)直線，即鋼梁的工字梁底面相對軌跡標高保持不變，滑道梁滑板設計為可組合厚度，根據有無拼接板區(qū)域分別采用不同的厚度。

梁底有拼接板區(qū)域的滑板采用帶孔鋼板+不銹鋼板，總厚度31mm，略大于高強螺栓外露高度(螺帽+墊片，約25mm)，則鋼梁的工字梁底面與滑道面的相對高度=拼接板的厚度48mm+滑板厚度31mm=79mm。鋼板一側(與梁底接觸那面)帶有直徑60mm的凹槽，與拼接板上螺栓位置相適應，且凹槽深度大于螺帽及墊片高度，使之在梁段下拼接板區(qū)域喂入滑板時螺栓不突出滑板表面，頂推時將滑板不銹鋼板一側朝下喂入滑道與滑道梁上的滑板(MGE)形成摩擦副?；宄叽鐬?480×480×31)mm，稱為A型滑板見圖1(a)。不銹鋼板與MGE滑板的靜摩擦系數按0.07～0.08選用，動摩擦系數按0.04～0.05選用。所需最少的滑板數量根據每個臨時墩上可能發(fā)生的最大反力和滑道表面的容許承壓應力計算決定，滑道表面上的MGE滑板按容許應力8MPa計算，主梁底板拼接板處喂入4塊帶孔鋼板，承壓受力計算滿足MGE滑板的容許應力要求。

梁底無拼接板的區(qū)域即鋼梁的工字梁底面與滑道面的相對高度為79mm，則滑板的總厚度亦為79mm，滑板采用墊板加滑塊的組合方式，即在無拼接板區(qū)域的滑板=A型滑板31mm+橡膠墊板25mm兩層(預計壓縮后為48mm)=79mm。喂板時橡膠板在上，與鋼梁底面接觸，A型滑板在下，與滑道面接觸滑。橡膠墊板尺寸為(480×480×25)mm，組合后的滑板稱為B型滑板見圖1(b)。

拼接頂推平臺滑道梁滑面為不銹鋼板，摩擦副形式為不銹鋼板在下、MGE滑板在上，滑動方式為連續(xù)不間斷，考慮鋼梁節(jié)段拼裝需要穿螺栓，采用型鋼和MGE組成滑塊作為滑板(走板)，根據實際情況安放在鋼梁的底面無拼接板區(qū)，跟隨鋼梁一起沿著滑道梁連續(xù)前移，此滑板稱為C型滑板見圖1(c)。

(a)A型滑塊

(b)B型滑塊

(c)C型滑塊

4.4同步頂推控制系統(tǒng)

同步頂推控制系統(tǒng)采用分布式計算機網絡主控系統(tǒng)，由1個主控臺、8個泵站啟起箱、8個現場分控器、16套傳感器組成。每個頂推墩各布置1個控制器，可控制2臺連續(xù)千斤頂及泵站。在遠程狀態(tài)下，所有控制由主控臺完成。

本裝置主控單元采用PLC控制，系統(tǒng)的所有操作均受PLC控制，它根據檢測到的信號按照連續(xù)頂推的工法，控制千斤頂油缸的伸與縮，同時還要控制每個動作持續(xù)時間的長短，保證前后頂之間受力平穩(wěn)轉換。主控單元發(fā)出的邏輯控制信號驅動相應的電磁閥動作，實現多臺千斤頂協(xié)調動作，即千斤頂集群控制。見圖2。

圖2　頂推控制系統(tǒng)連線示意圖

4.5頂推過程控制

(1)鋼梁頂推過程的軸線控制

鋼梁頂推分多個輪次逐次頂推，由于鋼梁中線在主橋軸線上，線型方面的計算較簡單，線型的控制也較容易。可以在控制點上直接采用全站儀放樣主梁的軸線點和邊線點。

為保證成橋的線形，頂推過程中必須保證鋼梁的軸線偏位在設計及規(guī)范要求之內，因此在每個階段的頂推過程中必須實施跟蹤測量，在每個階段的頂推前和頂推完成后進行復測一次軸線偏位，如果軸線偏位超出規(guī)范要求之內就必須進行調整，待調整好之后方可再進行頂推施工。測點采用小棱鏡安置在導梁和鋼梁的軸線點或邊線點上。軸線測點布設如圖3所示。

圖3　測點布設示意圖

(2)鋼梁頂推過程的高程控制

鋼梁標高控制是非常重要和關鍵的環(huán)節(jié)，它的測量精度直接影響到成橋線型的美觀，因此對鋼梁的控制標高要綜合考慮設計標高、設計預抬值、支架撓度變形值及基礎沉降值等因素。使用全站儀結合水準儀觀測，縮小測量誤差到規(guī)范范圍之內。

考慮到頂推施工中不允許人站到鋼梁上立塔尺，所以在頂推施工過程中的高程控制采用全站儀三角高程觀測法。三角高程觀測的算式為：Hb=Ha+S×tanα+i-v+f，Hb為待求點高程；Ha為已知點高程；S為兩點間距離；α為豎角值；i為儀器高；V為目標高；f為不同間距時的地球曲率與大氣折射的影響；豎角α=1/2((R-L)-180°)，為豎盤讀數：盤左為L度，盤右為R度；f=(0.42×S2)÷R(取R=6 370 km)。

測點采用小棱鏡安置在鋼梁上，固定好不得前后左右擺動，高程測點具體布設如圖3所示。

(3)變形、位移及沉降觀測

在頂推施工過程中，永久墩和臨時墩除了承受頂推時的豎直荷載，還承受由頂推力和水平摩擦阻力之差的不平衡力，所以在頂進過程中，不僅要觀測鋼梁位移，也要觀測臨時墩在承受豎向荷載和水平推力所產生的沉降和水平位移，同時還要觀測鋼梁和導梁的控制截面的撓度。為此在臨時墩和永久墩的頂部左右側各布置了一個棱鏡觀測點，每個點作為水平位移和沉降觀測共用點。利用兩個控制點同時可以對各墩的沉降和水平位移，鋼梁、導梁的軸線偏位和變形進行監(jiān)測。

5　結語

紅水河特大橋邊跨貴州岸鋼梁頂推關鍵技術的應用，有效解決了大噸位鋼梁在復雜山區(qū)陡峭地形頂推的施工控制難點，現場頂推過程，鋼梁及臨時墩監(jiān)測應力數據≤100 MPa，頂推過程鋼梁軸線偏位能控制在2 cm以內，臨時墩墩頂位移≤5 cm，基礎沉降幾乎沒有，現場管理、監(jiān)測、監(jiān)控工作細致嚴謹。頂推到位，鋼梁縱、橫向偏位均≤10 mm。頂推方案實施效果好，頂推施工過程中未出現任何質量安全問題?，F場鋼梁頂推情況有利驗證了該橋頂推關鍵技術的可行性，為今后類似橋梁頂推施工提供了有益借鑒。

[1]周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[3]JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范[S].

[4]GB 799-1988，地腳螺栓標準[S].

Steel-girder Pushing Construction Key Technology of Hongshui River Bridge

LI Xin-zhe，CHEN Yun-hui

(Guangxi Road and Bridge Engineering Group Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530011)

Combining the engineering practice of Hongshui River Bridge，this article introduced the overall steel-girder pushing construction program，and regarding its construction difficulties，it analyzed the drag-and-drop steel-girder pushing construction key technologies of this bridge，thereby providing the reference for the pushing construction of similar bridges.

Bridge；Pushing；Steel girder；Construction；Technology

U445.462

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.07.011

1673-4874(2016)07-0041-04

2016-05-25

李莘哲(1987—)，助理工程師，研究方向：公路與橋梁施工技術；

陳云輝(1984—)，工程師，主要從事公路橋梁隧道施工管理工作。