公路鋼箱梁頂推施工現(xiàn)場測試分析

陳天艷

(北京鐵路局， 北京 100860)

[定稿日期]2017-09-07

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種橋梁施工方法也不斷發(fā)展。頂推施工法的基本原理是梁體通過滑塊作用于支撐墩上，通過連續(xù)作用千斤頂拽拉牽引鋼絞線，克服滑塊與滑道板之間的摩擦來達(dá)到梁體向前頂進(jìn)。頂推法最早是1959年在奧地利的阿格爾橋上使用，之后頂推施工法在世界各國得到廣泛發(fā)展。頂推施工法是一種安全經(jīng)濟(jì)的施工方法，避免高空作業(yè)，使施工作業(yè)更加安全，其設(shè)備機(jī)具能重復(fù)使用，降低施工成本，施工時對地面環(huán)境影響較小，特別在有交通線穿越的區(qū)域，施工時可以不必阻斷交通。

本文主要結(jié)合某公路鋼箱梁橋上跨鐵路采用頂推施工、開展現(xiàn)場監(jiān)測，分析鋼箱梁橋在頂推施工過程中的應(yīng)力大小及分布規(guī)律，為后續(xù)類似工程的施工監(jiān)測提供依據(jù)。

1 工程概況

某公路鋼箱梁橋上跨鐵路橋梁段主線為雙向六車道。鐵路為非電氣化線路，路基形式為有砟軌道，鋼筋混凝土枕，鐵路兩側(cè)無防護(hù)圍欄。公路與鐵路的交叉角度49.8°，軌頂高程4.768 m，鐵路位于直線段上。

公路橋跨越鐵路位置采用42 m跨度，梁體高2.1 m，寬13 m，重達(dá)670.4 t。上部結(jié)構(gòu)采用單箱三室結(jié)構(gòu)形式的鋼箱梁，頂板厚20 cm。頂?shù)装彘g設(shè)置四道腹板，箱梁間隔3 m布置一道橫隔板，兩側(cè)懸臂挑梁長度均為1.8 m，順橋向間隔1.5 m布置挑梁腹板及挑梁底板，形成T梁懸挑形式。

為確保梁體受力安全，在梁前端及后端均設(shè)置鋼導(dǎo)梁，前導(dǎo)梁長28 m，后導(dǎo)梁長20 m，下部結(jié)構(gòu)采用蓋梁接樁柱形式，墩柱直徑1.5 m，鉆孔灌注樁直徑1.8 m；樁柱漸變段設(shè)置橫系梁，系梁截面尺寸為8.3 m×1.2 m×1.6 m。橋梁與鐵路的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 跨線橋上行與鐵路的位置關(guān)系

2 現(xiàn)場監(jiān)測

頂推法施工過程具有如下特點(diǎn)：采用頂推法施工時，由于梁體的位置在不斷地變化，導(dǎo)致每一個截面在施工中的內(nèi)力也不斷地變化，且每一個截面的正、負(fù)彎矩交替出現(xiàn)。因此，非常有必要實時監(jiān)測橋梁關(guān)鍵位置在頂推過程中的線形變化、應(yīng)力大小及分布規(guī)律。通過監(jiān)測，掌握橋梁施工過程的線形狀態(tài)及受力情況，為精確控制施工過程、確保施工安全提供依據(jù)。

2.1 監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)工程概況及試驗?zāi)康模饕M(jìn)行如下內(nèi)容監(jiān)測：

(1)鋼箱梁頂推過程關(guān)鍵部位的應(yīng)力。

(2)鋼箱梁頂推過程中的線形控制監(jiān)測。

2.2 監(jiān)測方法

通過試算分析，在鋼箱梁上選取典型截面進(jìn)行應(yīng)力及變形監(jiān)測布點(diǎn)。為了判斷鋼箱梁在頂推過程中任意時刻的狀態(tài)是否安全，在頂推施工過程中采用計算機(jī)連續(xù)采樣、自動記錄應(yīng)變數(shù)據(jù)，及時了解大橋的應(yīng)力變化情況，為評估橋梁結(jié)構(gòu)的安全和施工過程的安全提供指導(dǎo)。應(yīng)力監(jiān)測的過程如圖2所示。變形監(jiān)測采用全站儀自動監(jiān)控。

圖2 應(yīng)力的測試方法

2.3 梁體監(jiān)測測點(diǎn)布置

根據(jù)橋梁頂推施工的受力特點(diǎn)及前期的計算分析結(jié)果，并結(jié)合具體的頂推施工方案，重點(diǎn)進(jìn)行如下截面測試：(1)前導(dǎo)梁與鋼箱梁連接處；(2)鋼箱梁最大下?lián)蠣顟B(tài)時；(3)箱梁跨中截面；(4)箱梁距后導(dǎo)梁10 m；(5)鋼箱梁與后導(dǎo)梁連接處，具體測試截面如圖3所示。以截面②為例，鋼箱梁測點(diǎn)布設(shè)如圖4所示。

圖3 鋼箱梁布置截面示意

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 箱梁的應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果分析

將頂推施工中的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果繪制為曲線，可以直觀地看出各個截面的應(yīng)力變化情況及應(yīng)變最大、最小值，通過與限值對比判斷結(jié)構(gòu)物是否安全。

3.1.1 第①斷面

在鋼箱梁頂推過程中，鋼箱梁第①斷面位置處梁體應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，箱梁第①斷面梁頂面的應(yīng)力在橋梁頂推過程中有波動，應(yīng)變曲線說明在頂推的初始階段前導(dǎo)梁懸空時鋼箱梁第①斷面上表面受拉應(yīng)力，頂推后半程當(dāng)前導(dǎo)梁搭接上對面的橋墩上時，第①斷面上表面受壓應(yīng)力，變化規(guī)律與實際工況相吻合。從測試數(shù)據(jù)來看，在整個頂推過程中，該斷面梁頂?shù)氖芰ψ畲笾禐?71MPa，小于Q345鋼材的強(qiáng)度預(yù)警值，故結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

圖4 鋼箱梁第②橫截面布點(diǎn)(注：●代表布點(diǎn)位置)

圖5 第①斷面應(yīng)變監(jiān)測值

3.1.2 第②斷面

在鋼箱梁頂推過程中，鋼箱梁第②斷面位置處梁體應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果如圖6所示。

圖6 第②斷面應(yīng)變監(jiān)測值

由圖6可以看出，與①斷面類似，箱梁第②斷面梁頂面的應(yīng)力在橋梁頂推過程中亦有波動。數(shù)值與①斷面相比,在頂推的初始階段及結(jié)束階段鋼箱梁第②斷面上表面受力較小，頂推中間階段第②斷面上表面受拉應(yīng)力相對大。從測試數(shù)據(jù)來看，在整個頂推過程中，該斷面梁頂?shù)氖芰ψ畲笾禐?5.6 MPa，小于Q345鋼材的強(qiáng)度預(yù)警值，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

3.1.3 第③斷面

在鋼箱梁頂推過程中，鋼箱梁第③斷面位置處梁體應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果如下圖7所示。

圖7 第③斷面應(yīng)變監(jiān)測值

由圖7可以看出，在頂推的初始階段鋼箱梁第③斷面上表面受力較小，頂推中間階段鋼箱梁第②斷面上表面受拉應(yīng)力，在頂推的結(jié)束階段鋼箱梁第③斷面上表面受一定程度的壓應(yīng)力，這與正常工作狀態(tài)下跨中梁體上表面受壓應(yīng)力的現(xiàn)象相吻合。從測試數(shù)據(jù)來看，在整個頂推過程中，該斷面梁頂?shù)氖芰ψ畲笾禐?9.2 MPa，小于Q345鋼材的強(qiáng)度預(yù)警值，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

觀察第④、第⑤斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)也有類似的曲線變化趨勢，但變化幅度較小，即整個頂推過程受力簡單，所以結(jié)構(gòu)處于安全的狀態(tài)。

3.2 箱梁的梁端偏移監(jiān)測結(jié)果分析

利用全站儀對頂推施工中的梁體偏移情況進(jìn)行量測，結(jié)果如圖8所示。

圖8 梁端偏移結(jié)果

從圖8可以看出，梁體在頂推過程中，前端和后端都隨著頂推過程出現(xiàn)了水平偏移。但當(dāng)偏移量較大時，施工單位都及時進(jìn)行了糾偏，使得梁端的水平位移均控制在允許范圍內(nèi)，保證了頂推施工的順利完成。

總體來看，在整個頂推施工過程中，梁體位移偏差都處于控制范圍內(nèi)。且在梁體頂推最后部分，重點(diǎn)工作是進(jìn)行糾偏，保證了梁體處于正確的空間位置。

4 結(jié)論

(1)梁體在整個頂推過程中，頂部和底部的拉壓應(yīng)力交替出現(xiàn)，且基本呈對稱分布。這主要是由于梁體在頂推過程中，測試截面通過橋墩上方，從而產(chǎn)生了彎矩的交替變化。從測試數(shù)據(jù)來看，在整個頂推過程中，梁體受到的最大拉應(yīng)力為171MPa，與鋼箱梁允許強(qiáng)度相比，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

(2)對比鋼箱梁在頂推過程中的應(yīng)力值可以看出，最不利位置為前導(dǎo)梁與鋼箱梁的連接處，最不利工況為前導(dǎo)梁完全懸臂狀態(tài)。因此建議，如果采用鋼箱梁頂推施工，應(yīng)加強(qiáng)鋼箱梁與前導(dǎo)梁的焊接質(zhì)量檢測，重點(diǎn)關(guān)注前導(dǎo)梁懸臂后的施工監(jiān)測，以確保施工安全。

[1] 范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2] 李福生.北京密云潮白河大橋鋼箱梁三滑道頂推施工技術(shù)[J].鐵道勘察，2013(1)：83-85.

[3] 趙勇.下穿鐵路斜交框架橋受力分析[J].鐵道勘察，2015(6)：91-93.

[4] 王春生，唐友明, 崔文科， 等.跨越運(yùn)營高鐵的鐵路鋼箱梁橋頂推施工風(fēng)險分析[J].鋼結(jié)構(gòu)，2015，30(4)：34-39.

[5] 李小和.跨既有鐵路單孔128m豎曲線箱梁頂推施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2012(8)：8-12.

[6] JTGD 62-2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社, 2012.

[7] JTG/TF50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社， 2011.

[8] JTGD 64-2015公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社， 2015.

[9] 張曉東.橋梁頂推施工技術(shù)[J].公路，2003(9) : 45-51.

[10] 黎世勇，王衛(wèi)峰.某大橋頂推法施工應(yīng)力監(jiān)測[J].廣州建筑，2005(6)：16-19.