鋼箱梁步履式頂推施工控制要點及對策分析

文/劉成

1 前言

隨著科學技術的不斷發(fā)展，橋梁施工方法也在不斷地發(fā)展和更新。每一種橋梁施工方法都具有獨特性，也決定了其優(yōu)缺點，在選擇具體施工方法時，要綜合考慮橋梁的構造特點、施工技術、施工設備、現(xiàn)場環(huán)境、氣候條件等內容。頂推法施工是目前橋梁施工中常用的施工方法之一，它的雛形來自19 世紀早期鋼橋的拖拉法、導梁拖拉法、縱向鏈接拖拉法等。由于鋼箱梁頂推施工對施工作業(yè)條件、人員、設備等要求較高，因此，頂推施工作業(yè)程序多。本文將以京滬高速公路沂淮至淮江段擴建工程新沂二標主線跨連霍高速公路大橋鋼箱梁頂推施工為背景，對影響鋼箱梁施工安全、質量的因素進行全面分析，針對頂推施工控制要點制定有效的對策，保證頂推施工的安全及質量滿足要求。

2 工程概況

京滬高速公路改擴建工程新沂樞紐互通式立交跨連霍高速主線橋采用既有橋梁拆除重建的擴建方案，上部結構采用預應力混凝土連續(xù)箱梁、鋼箱梁（第五聯(lián)），全橋共7 聯(lián)，跨徑組成為4×25+4×25+5×25+5×25+（40+40+40+25.685）+3×25+3×25m。第五聯(lián)為鋼箱梁結構（40+40+40+25.685），箱梁頂、底板平行，箱體整體旋轉成橫坡，腹板與底板垂直，橫向高差通過墩柱高度調整。主梁采用全焊接封閉鋼箱梁，標準頂板斷面全寬20.5m，底板面寬16.48m。鋼箱梁高度1.77m。主體結構為單箱四室截面，一般梁段每隔2.8m 設置橫隔板，頂?shù)装逶O置U 型縱向加勁肋。

3 步履式頂推工藝分析

步履式頂推在鋼箱梁跨路、跨河安裝時，只需利用一側場地，通過頂推架一側拼裝、頂推到位。頂推工藝具有很多優(yōu)勢：對現(xiàn)有交通影響小、臨時場地征用少。具有縱向、橫向、上下三個方向的調節(jié)功能，采用新一代液壓同步控制系統(tǒng)，通過高精度傳感器不斷采集設備的壓力和行程信息，能夠確保多臺步履式頂推設備實施同步頂推作業(yè)，做到作業(yè)安全、安裝精度高[1]。

多點分散頂推的動力學原理之數(shù)學表達式如下：

當ΣFi>Σ（fi±ai)Ni 時，梁體才能被推動。

式中：Fi——第i 個支撐架處的頂推動力裝置的頂推力；

Ni——第i 個支撐架處的支點瞬時（最大）支反力；

fi——第i 個支撐架處的支點裝置的相應摩擦系數(shù)；

ai——支撐架縱坡率，“＋”為上坡頂推，“－”為下坡頂推。

多點頂推與集中單點頂推比較，可以避免配置大型頂推設備，能有效地控制頂推時梁體的偏移，頂推時可消除對橋墩的水平推力。頂推水平力計算經(jīng)驗值：頂推總水平力按重量的5%取值[2]。

4 頂推控制要點及對策

頂推工藝與大型吊機安裝相比，有較多的優(yōu)勢，但頂推工藝比較復雜，包括從廠內制造、運出、現(xiàn)場拼裝架基礎、拼裝架安裝、上架焊接拼裝、節(jié)段頂推、重復拼裝頂推到位、調整落梁線形等過程，施工中的安全、質量影響因素多，在頂推作業(yè)時，必須加強施工過程控制，對各控制要點制定有效的對策。

4.1 步履式頂推設備選型

在選擇步履式頂推設備時，首要考慮的因素是頂推反力值，按照本工程頂推架的布置，計算最大頂推反力值210t，考慮頂推的額定功率儲備值不小于1.5。本工程實際使用的步履式頂推設備主要技術參數(shù)包括：3750kN 額定頂升能 力、200mm 頂升行程、1000kN額定推移能力、1000mm 推移行程；主結構外形尺寸，長3m×寬0.7m×高1.5m；1 套泵站驅動6 套移橋器，25MPa 泵站額定壓力、變頻控制方式、泵站功率60kW。

4.2 頂推安全控制

4.2.1 頂推基礎

為避免多次頂推作業(yè)后頂推架不發(fā)生傾斜，頂推基礎設計主要以支反力（本工程按210t 為基礎設計值）為基礎，同時按照頂推作業(yè)施工時換手墩的位置、支反力作用點的不同，進行基礎抗彎、抗剪驗算，并根據(jù)地基承載力進行設計。施工時，觀測基礎沉降穩(wěn)定后開始頂推作業(yè)，作業(yè)時按照2mm/d 控制[3]。

4.2.2 頂推反力控制

控制頂推過程的反力值是頂推過程控制的首要任務。

根據(jù)頂推架布置情況，采用MIDAS 計算軟件對鋼梁及導梁進行整體建模，計算時，鋼箱梁自重按照規(guī)范取分項系數(shù)1.3。

本工程鋼箱梁在頂推過程中，結構最大應力為53MPa、結構最大下?lián)蠟?4mm，步履機頂推時最大反力為1990kN。頂推過程中，最小抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為5.54，滿足規(guī)范要求。

根據(jù)計算，在頂推作業(yè)時通過自動控制系統(tǒng)設定頂推反力限制值，可以確保頂推作業(yè)的安全。

4.2.3 頂推同步控制

在保證實際支反力不大于計算值的前提下，控制頂推同步值。

本工程中安全不同步值取15mm，調節(jié)不同步值取10mm。即頂推點不同步值超出10mm 時，系統(tǒng)停下，操作人員協(xié)同分析各支撐點是否存在障礙，待情況明確后啟動系統(tǒng)單點單動功能，直到所有頂推點不同步值在10mm 以內繼續(xù)頂推[4]。

4.3 頂推線形控制

按照現(xiàn)行規(guī)范，鋼箱梁頂推到位、落梁成橋后，軸線偏位誤差小于±10mm，高程值誤差控制在10mm 內。

平面位置通過控制箱梁軸線實現(xiàn)：每個節(jié)段按照設計平曲線，在頂推拼裝架上測設每個鋼箱梁軸線位置，逐段拼裝形成設計平曲線。步履式頂推最大的優(yōu)點就是橫向移動十分方便，靈活、機動、操作簡單。

鋼箱梁高程對線形控制難度較大，影響因素較多，實踐證明主要控制因素有：鋼箱梁節(jié)段廠內制造、支座安裝高程、現(xiàn)場拼裝時分段頂推拼裝支墊不同高度的調節(jié)管等環(huán)節(jié)重點控制，通過測量動態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)高程控制的目的。

4.3.1 鋼箱梁廠內制造

在廠內分別進行鋼箱梁頂板、底板、隔板、腹板、挑臂等小組件制作，后拼焊成運輸分段，運輸?shù)浆F(xiàn)場進行頂推。單元件的制造質量直接影響橋梁分段的幾何形狀、尺寸精度和內在、外觀質量，是保證質量的基本控制點。胎架設置應結合設計圖紙中的縱向豎曲線縱坡、橫坡、預拱度、焊接變形及自重變形等因素，所以胎架縱向拱度值=豎曲線縱坡+監(jiān)控預拱度值（包括焊接工藝變形值），采用N+1 連續(xù)匹配整體制造，連續(xù)匹配制作后，檢驗合格后安裝臨時匹配件。

4.3.2 鋼箱梁頂推架拼裝高程設置

根據(jù)橋梁設計縱曲線要素值，確定鋼箱梁拼裝節(jié)段頂面標高（成橋設計高程值），加上預拱度值后，反算頂推拼裝架斷面處的鋼箱梁底板的支墊標高，每次頂推拼裝前根據(jù)鋼箱梁不同位置計算確定。

4.3.3 鋼箱梁永久支座安裝

永久支座安裝在鋼箱梁吊裝前實施。支座安裝的高程誤差嚴格按照規(guī)范控制，支座墊石混凝土施工采用高度可調節(jié)鋼模，方便墊石混凝土高程控制，平整度采用刮尺、打磨等方法，完全能夠滿足施工規(guī)范要求。

鋼箱梁頂推吊裝前，根據(jù)設計平面位置及高程在支座墊石上安裝支座。頂推到位落梁時，鋼箱梁落梁時用調平鋼板調整箱梁高程，可以通過鋼板支墊使鋼箱梁與支座接觸緊密，并與鋼箱梁焊接。

4.3.4 落梁線形調整

在頂推到位后，重點控制墩頂處高程，滿足規(guī)范高程誤差要求±10mm。加密觀測鋼箱梁斷面高程，通過支座處調平鋼板適當支墊，確保鋼箱梁線形滿足要求。

落梁時需要準備若干個100～150mm 高的鋼板墊，用于頂升、換手抽墊，使鋼箱梁緩慢降落，在這一過程中監(jiān)控支反力的變化、測量鋼箱梁各斷面的頂面高程。

4.4 鋼箱梁成橋支反力的控制

鋼箱梁成橋支反力的控制：在現(xiàn)行橋梁規(guī)范中只是參照混凝土梁控制，混凝土梁的支反力按照10%控制。在實際支反力控制時，先通過成橋狀態(tài)的支反力計算，在實際落梁至支座頂面，調整鋼箱梁的平面位置及高程滿足監(jiān)控（考慮成橋預拱度值）要求時，觀測千斤頂?shù)闹c反力值，即鋼箱梁“稱重”。

5 結語

京滬高速公路改擴建工程新沂樞紐互通式立交跨連霍高速主線橋鋼箱梁采用步履式千斤頂頂推施工，施工時結合現(xiàn)代信息化監(jiān)控手段，對鋼箱梁現(xiàn)場拼裝、頂推全過程進行應力、變形監(jiān)測，施工全過程的控制緊緊圍繞安全、質量兩大主線，對影響施工因素進行了全面的分析，針對頂推施工上述控制要點，及時制定有效的對策，控制措施到位，保證頂推施工的安全及質量滿足要求。同時，在施工過程中確保了連霍高速的正常通行。