步履機在鋼桁梁滑移頂推中的應用

近年來，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，我國在橋梁建設方面，各種新型的橋梁施工技術極大地促進了我國在橋梁領域的發(fā)展。多點步履式頂推滑移施工技術是針對桁架式橋梁，對原始頂推施工技術不斷探索，不斷改進而形成的一種更加完善、更加安全的橋梁頂推技術。

一、主橋工程概況

丹江口市滄浪洲生態(tài)濕地步行橋為一座形如時光隧道的景觀橋梁，造型新穎別致，主橋跨越漢江主航道，上部構造為直徑高達8.3m、長達290m的圓筒鏤空造型，鏤空部分采用曲面異形玻璃嵌補；施工難度大，質量要求高。該橋位于丹江口水利樞紐大壩下游2.9km，橋梁全長1313.182m；主橋為（55+2×90+55）m：的圓形截面鋼桁架橋，全長290m，全寬8.3m，橋面全寬6.0m，圓筒外直徑8.3m，內徑為7.1m，桁架節(jié)間距5m，上下弦桿腹桿均采用箱型截面，所有桿件高度為0.6m，上下弦桿斷面寬0.6m。主桁采用整體式節(jié)點板，為全焊接鋼結構，上下弦桿的軸線成橋線型為水平直線，跨中設計有預拱度。主橋構造及頂推施工支架布置如下所示：

主橋桁架立面布置圖

腹桿外側鋼板平面

頂推支架布置圖

二、施工主要難點分析

難點一：此次頂推的鋼桁梁是由箱形上下弦和弧形腹桿拼裝焊接而成，每個節(jié)點相距5m。在頂推過程中，節(jié)點處其能承受的反力較大，但非節(jié)點處（特別是5m節(jié)段中部）能承受的反力相對于節(jié)點處則大大減小，且受通航條件和造價影響，主橋頂推施工支架只能點式布置，不能像常規(guī)頂推桁架橋梁一樣設置連續(xù)滑行軌道。因此，為了防止鋼桁梁下弦在頂推過程中發(fā)生變形，就需要在頂推時采取相應措施來保證支撐點在鋼桁梁節(jié)點處。

難點二：此次頂推支架設置在河道里，且根據地質報告及現場管樁插打情況可知，鋼管樁最小埋置深度為2m，工程區(qū)內地層主要為白堊系上統胡崗組碎屑巖及第四系堆積層。如點式頂推支架受到的頂推反力過大，很有可能在頂推時發(fā)生傾覆。故頂推施工時必須想辦法減小頂推反力。

難點三：此次頂推的主橋桁架梁全長290m，為直徑高達8.3m的鏤空圓筒形，單一的上、下弦設置在圓筒的上下，頂推滑道只能沿下弦單排布置，如不另加構造，就如同將一塊長板側立前推。且頂推施工是在江上進行，所受的風載較大，鋼桁梁在頂推、頂起或落梁時會向一側傾覆。因此，為了保證梁體在頂推、頂起或落梁時不發(fā)生偏轉，必須在鏤空圓筒形鋼桁梁兩側設置同步頂、落的抗傾覆裝置。

三、頂推法的選用

一般鋼桁梁頂推前需沿頂推方向布置連續(xù)軌道，在軌道和節(jié)點間放置滑移小車，用水平千斤頂在鋼桁梁尾端頂推，或者在鋼桁梁前端用卷揚機拖拉。本橋鋼桁梁重2940t，滑移小車與軌道間的摩擦系數約0.07，因此必須有205.8t的水平作用力才能移動鋼桁梁，如此大的水平推力對支架整體剛度的要求較高。由于該工程臨時支架受航道通航和地質條件影響，高度超過20m的支架間必須留有兩孔近寬30m的航道，支架基礎埋深僅約2m，支架整體剛度難以滿足頂推時的抗傾覆性能要求，且滑移頂推施工支架和前端拖拉的錨錠或后端頂推的支墩施工的難度和費用較高。所以一般鋼桁梁滑移頂推法不適合此次頂推施工。

一般步履式頂推，即在每個墩位處設置一臺步履機，先通過步履機豎向千斤頂將鋼桁梁頂起，再通過步履機上的水平千斤頂將鋼桁梁往前推移。此法相對于一般式頂推施工，其頂推支架施工、落梁施工簡單，支架所受反力很小，安全性高，所需的人力、物力大大減少。但由于一般步履式頂推每次頂升的位置是不固定的，即豎向千斤頂的頂點不可能都在鋼桁梁節(jié)點處，且頂推過程中的豎向反力較大，因此有可能在鋼桁梁還沒頂起之前，其下弦就因所受反力過大而產生變形甚至彎曲。故一般步履式頂推也不適用于此次頂推施工。

為了消減滑移法施工時摩擦力對支墩所產生的水平推力，則需在支墩上施加反力來平衡摩擦力，這個反力可用步履機來施加。為了防止鋼桁梁在頂推過程中發(fā)生變形，則鋼桁梁滑移時的擱置點都需設置在節(jié)點處，這可依靠一段大于鋼桁梁節(jié)點距離的滑道來解決。故為了達到這兩點要求，一種結合了滑移頂推施工和步履式頂推施工的頂推方法就形成了。

1.：步履式頂推流程解析

鋼桁梁頂推采用500t步履機結合500t豎向千斤頂的頂推設備。頂升千斤頂在前，頂推步履機在后，沿鋼桁梁順橋向方向在5個臨時墩與3個聯合墩上布置。此法頂推利用步履機與鋼桁梁下弦接觸面產生的摩擦力來實現鋼桁梁的向前滑移。且豎向千斤頂的每次頂升位置都設計在鋼桁梁節(jié)點處，步履機的頂升壓力通過計算確定非節(jié)點下弦桿能承受的最大壓力為140t，從而將步履機頂升壓力限定在100t內以保證鋼桁梁結構安全。其頂推裝置布置圖如下：

其具體頂推流程如下：

當鋼桁梁即將到達步履機時，先在步履機上墊橡膠

：墊并限定步履機的頂升力在100t左右，當鋼桁梁節(jié)點到達500t千斤頂正上方時，再在千斤頂上墊滑塊，此時千斤頂分配梁頂面較縱梁底面低2cm，然后將千斤頂向上頂起至滑槽與縱梁滑槽齊平。在后方步履機的作用下，滑塊脫離千斤頂并帶著鋼桁梁在縱梁滑道上向前滑移。如此循環(huán)頂推，直至所有鋼桁梁節(jié)段頂推完成。

頂推流程圖如下所示：

2.步履式頂推滑移主要裝置介紹

整個鋼桁梁的頂推滑移主要依靠頂推滑槽與滑塊。頂推滑槽為滑塊提供鋼桁梁滑移時的滑道，滑道頂板涂潤滑油，以減少滑塊與滑道之間的摩擦阻力。滑塊最上方布置20mm的刨弧鋼板以保證鋼桁梁下弦受力均勻。同時為了防止滑塊在滑移過程中發(fā)生旋轉與錯位，擬在滑道梁兩側焊兩道高40mm的限位板。

鋼桁梁為圓形鏤空結構，在頂推過程中可能出現左右偏移或者旋轉，從而影響頂推過程安全，因此必須設置水平限位系統以防止鋼桁梁左右偏移。結合本桁架梁的特點，在鋼桁架梁節(jié)點上每隔5m左右對稱焊接限位器，且在鋼桁梁全程布設。為減小限位器與限位縱梁之間的摩擦力，在限位器底面固定四氟板滑塊，頂推過程中加潤滑油進一步降低摩阻力。保壓桶主要是為克服豎向千斤頂將鋼桁梁頂起高度超過縱向滑槽梁高度時，限位器可能與限位縱梁脫離的情況設立的，每個保壓桶內均放置一個30t的保壓千斤頂，在鋼桁梁未與限位縱梁脫離時，鋼桁梁自重大于保壓頂頂升力，保壓頂不頂起，當鋼桁梁與限位縱梁脫離時，保壓頂將頂起限位縱梁，使之與抬高的限位器密貼，繼續(xù)實施水平限位。

限位系統構造如下圖所示：

四、結語

綜上所述，頂推滑移技術作為一種重要的橋梁工程施工技術，較傳統頂推方式而言，能有效減小支墩所受的水平推力，改善橋梁結構受力，大大保證了橋梁頂推施工時的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性要求。針對此次丹江口頂推項目的此種步履式滑移頂推在鋼桁梁頂推應用中可以說是業(yè)界首例，此次頂推施工打破了原有對步履式滑移頂推的一般看法，是國內頂推施工最高水準的體現，讓外界看到了橋梁頂推領域的創(chuàng)新與發(fā)展。