大跨度橋梁鋼箱梁頂推施工的控制與監(jiān)測(cè)

梁 學(xué) 成， 趙 貴 朋

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

韓灘雙島大橋位于金堂縣境內(nèi)的沱江上游600 m處，橋長1 641 m，主橋?yàn)?60 m長的人字坡，坡度為2.89%,鋼箱梁總重量為 17 000 t，共分為35節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度為12 m，重量為230 t，最重的梁段為377 t。主梁采用從主跨中間向邊墩兩側(cè)頂推就位，最后在主跨中合龍。頂推設(shè)備采用智能步履式頂推系統(tǒng)。頂推支架間距50 m，共設(shè)置了18榀支架。鋼箱梁由工廠內(nèi)分塊分段制造，平板運(yùn)輸車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)拼裝成整節(jié)段。

2 施工控制與監(jiān)測(cè)的重要性

橋梁的施工控制與監(jiān)測(cè)是橋梁施工技術(shù)的重要組成部分，它以設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，在整個(gè)施工過程中，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)和環(huán)境狀況獲得橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)與理想狀態(tài)之間的差異，運(yùn)用控制方法，對(duì)誤差進(jìn)行識(shí)別、調(diào)整、預(yù)測(cè)，使橋梁施工狀態(tài)最大限度地接近理想狀態(tài)，從而保證橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全，最終達(dá)到橋梁結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。施工監(jiān)測(cè)對(duì)頂推法施工的橋梁極為重要，這是因?yàn)轫斖品ㄊ┕み^程中其結(jié)構(gòu)一直處于動(dòng)態(tài)變化之中。影響其施工控制順利實(shí)現(xiàn)的因素很多，隨著施工的進(jìn)行，施工控制仿真計(jì)算中有許多參數(shù)，諸如截面特性、施工荷載及結(jié)構(gòu)模型本身等與實(shí)際情況都可能存在誤差。因此，在頂推施工中必須對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以獲取反映實(shí)際施工情況的數(shù)據(jù)和技術(shù)信息，從而不斷根據(jù)實(shí)際情況修正原先確定的各施工階段的理想狀態(tài)，使施工狀態(tài)處于控制之中[1]。

3 頂推法施工控制的原則

施工控制是以合理的設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)為目標(biāo)，在施工過程中對(duì)各種影響成橋目標(biāo)的參數(shù)進(jìn)行修正，以確保施工過程中以及成橋后結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和主梁線形滿足設(shè)計(jì)要求。在對(duì)鋼箱梁頂推施工控制中，要以結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和主梁線形作為雙控指標(biāo)，并以線形控制為主，應(yīng)力控制為輔[2]。

3.1 受力要求

反映頂推施工中結(jié)構(gòu)受力的因素為鋼箱梁的應(yīng)力以及臨時(shí)墩的支反力，在鋼箱梁頂推施工中，一定要保證主梁的應(yīng)力以及臨時(shí)墩的支反力在容許范圍內(nèi)，只有這樣，才能確保結(jié)構(gòu)的安全。

3.2 線形要求

線形主要是主梁的標(biāo)高和軸線偏位，鋼箱梁頂推施工完成后，主梁的標(biāo)高一定要滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高的要求，并將主梁軸線偏位控制在允許的范圍之內(nèi)。

4 施工中采用的控制方法

4.1 標(biāo)高控制

一般情況下是通過調(diào)整頂推平臺(tái)上待安裝梁段的無應(yīng)力線形并結(jié)合已安裝梁段的線形誤差分布趨勢(shì)控制鋼箱梁的標(biāo)高。由于鋼箱梁單元的無應(yīng)力長度和無應(yīng)力曲率只能在結(jié)構(gòu)單元安裝時(shí)設(shè)定和調(diào)整，在結(jié)構(gòu)單元無應(yīng)力狀態(tài)下不會(huì)隨結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)外荷載的變化而變化，這種特性為鋼箱梁安裝定位時(shí)的標(biāo)高控制提供了極大的方便。

頂推過程中，由于末端節(jié)段的尾端節(jié)點(diǎn)不一定準(zhǔn)確地落在理論豎曲線上，因此，其轉(zhuǎn)角不能滿足理論豎曲線的切線要求。為了保證后續(xù)各待安裝節(jié)段的豎曲線滿足設(shè)計(jì)曲率要求，可以將新安裝梁段所在的局部理論豎曲線進(jìn)行剛體轉(zhuǎn)動(dòng)和剛體平動(dòng)，從而使待安裝的梁段與前端梁段間的夾角與設(shè)計(jì)線形一致，同時(shí)，結(jié)合已拼焊頂推出去梁段的線形誤差情況進(jìn)行調(diào)整，以保證線形誤差不向同一個(gè)方向積累，最終可得到合理的鋼箱梁定位標(biāo)高[3]。

4.2 軸線控制

在鋼箱梁頂推過程中，包括鋼箱梁兩側(cè)頂推不同步在內(nèi)的多種因素可能會(huì)造成橋梁軸線偏離理論位置而影響到橋梁的水平線形。因此，為了控制鋼箱梁在頂推過程中的軸線始終處于規(guī)定范圍，其導(dǎo)向糾偏十分重要[4]。

首先，在施工過程中，若要保證頂推同步，頂推千斤頂?shù)氖┝Ψ直媛室欢ㄒ?，以保證各墩及墩兩側(cè)頂推點(diǎn)上的施力大小一致；頂推過程中一定要對(duì)橋梁軸線的偏位進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，如發(fā)現(xiàn)有過大偏差，可通過調(diào)整臨時(shí)墩墩頂兩側(cè)千斤頂?shù)某隽Υ笮∵M(jìn)行糾偏。

其次，在鋼箱梁定位安裝時(shí)，還要對(duì)鋼箱梁的軸線偏位進(jìn)行觀測(cè)，以控制每段梁段尾端與待安裝梁段間的局部軸線偏差和鋼箱梁的整體線形，保證其軸線偏位在容許的范圍之內(nèi)[5]。

4.3 應(yīng)力控制

結(jié)構(gòu)截面的應(yīng)力監(jiān)測(cè)是施工監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容之一，它是施工過程的安全預(yù)警系統(tǒng)。在鋼箱梁頂推過程中，結(jié)構(gòu)中某指定點(diǎn)的應(yīng)力亦同其幾何位置一樣，隨著梁段的推進(jìn)，不僅其值是不斷變化的，其應(yīng)力屬性也在不斷變化。在某一時(shí)刻的應(yīng)力值是否與分析值一樣，是否處于安全范圍是施工控制關(guān)心的問題。其解決的方法就是進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)異常情況即應(yīng)立即停止施工，查找原因并及時(shí)進(jìn)行處理。

4.4 溫度控制

在橋梁施工控制中，溫度的影響是不可忽視的，尤其是鋼箱梁，溫度變化直接影響到結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力。一般而言，溫度影響分為兩類：一類是季節(jié)溫差；一類是晝夜溫差。在施工階段，晝夜溫差的變化對(duì)鋼箱梁標(biāo)高的影響很大。為了減小晝夜溫差對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，施工控制一般是通過選擇在合適的溫度時(shí)最終調(diào)整立模標(biāo)高。具體操作時(shí)，應(yīng)對(duì)主梁溫度場(chǎng)隨時(shí)間變化的規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，合理確定梁段匹配和安裝的時(shí)間。

5 鋼箱梁頂推施工技術(shù)要點(diǎn)

從頂推施工的鋼箱梁受力和施工監(jiān)控的角度考慮，以下技術(shù)要點(diǎn)必須注意：

(1)為有效控制頂推過程中的梁體縱向偏位,橫橋向兩側(cè)各縱向千斤頂?shù)男谐添氁恢潞屯?并設(shè)置側(cè)向糾偏和限位裝置;為減少臨時(shí)墩承受的水平力和扭矩,應(yīng)盡量保證各支承處縱向千斤頂推力和摩擦力的平衡,各縱向千斤頂要實(shí)行雙控,即行程控制和頂力控制。以行程控制為主,兼顧頂力控制；嚴(yán)格控制各墩的水平位移和應(yīng)力。

利用船、車等工具對(duì)羊進(jìn)行長距離的運(yùn)輸，或者羊的營養(yǎng)狀況較差，均會(huì)致使其機(jī)體防御功能大幅度下降，進(jìn)而對(duì)其腸胃的防御機(jī)制造成影響，致使正常情況下胃腸中存在但不會(huì)導(dǎo)致羊患病的一些病菌，例如大腸桿菌以及壞死桿菌等的毒性大幅度提升，最終使得羊患病。

(2)考慮到操作方便和動(dòng)靜摩擦系數(shù)的差別,實(shí)際操作中各支承處縱向千斤頂頂推力宜按該頂推力與摩擦力"分級(jí)平衡"的原則確定,以確保不平衡力在可接受的范圍內(nèi)。即在各梁段頂推起動(dòng)階段,根據(jù)該工況的支承反力計(jì)算值,首先按較小的摩擦系數(shù)確定各千斤頂?shù)捻斖屏Σ⑼巾斖频轿?再按逐級(jí)增加的摩擦系數(shù)確定各千斤頂?shù)闹鸺?jí)頂力,各千斤頂同級(jí)頂推力同步到位后,方可進(jìn)入下一級(jí)頂推。

(3)要充分注意支承面處鋼箱梁縱向轉(zhuǎn)角和豎向位移隨頂推而變化使得支承面與鋼箱梁接觸面受力不均的程度、甚至脫空對(duì)鋼箱梁局部受力和整體受力的影響。

(4)頂推過程中應(yīng)隨時(shí)注意觀察支承面處鋼箱梁的局部變形,如果發(fā)生異常變形,必須立即停止施工并及時(shí)報(bào)告,采取必要的措施。

(5)鋼箱梁拼裝時(shí)應(yīng)確保處于無應(yīng)力狀態(tài)，待拼鋼箱節(jié)段拼裝時(shí),除梁底四個(gè)支點(diǎn)外,不能有其他約束，待測(cè)量結(jié)果符合要求后方能焊接定位；應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行合理的拼接環(huán)焊施工工藝,減少由此帶來的鋼箱梁變形。

(6)前一輪鋼箱梁頂推到位后,下一輪鋼箱梁的拼裝標(biāo)高須根據(jù)前一輪鋼箱梁尾節(jié)段的標(biāo)高進(jìn)行修正,修正值應(yīng)嚴(yán)格按施工控制指令執(zhí)行。

(7)頂推到最后梁段時(shí)需特別注意梁段是否到達(dá)設(shè)計(jì)位置,應(yīng)在溫度穩(wěn)定的凌晨或陰天頂推到最終位置，并根據(jù)溫度仔細(xì)計(jì)算測(cè)定梁長。

6 結(jié) 語

筆者闡述了鋼箱梁頂推施工階段采用的控制方法和施工監(jiān)測(cè)內(nèi)容，將整個(gè)主梁施工控制分為線形控制和應(yīng)力控制，并以線形控制為主，應(yīng)力控制為輔，總結(jié)了整個(gè)控制過程并得出以下結(jié)論：

(1)對(duì)于鋼箱梁標(biāo)高的控制，總體的控制原則是使整個(gè)梁段的無應(yīng)力曲線與其設(shè)計(jì)曲率保持一致。具體的實(shí)施過程：在鋼箱梁定位時(shí)，通過給待安裝梁段設(shè)置預(yù)拱度的方法，使其與前端梁段連接時(shí)的局部線形滿足上述原則，從而隨著頂推施工的進(jìn)行，鋼箱梁的整體線形即能滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)對(duì)鋼箱梁軸線偏位的控制是通過在頂推過程中進(jìn)行梁段整體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及鋼箱梁定位時(shí)梁段的局部測(cè)量相結(jié)合進(jìn)行的。

通過上述監(jiān)測(cè)控制方法的實(shí)施，多方面保證了鋼箱梁頂推施工的順利進(jìn)行。