鋼箱梁頂推施工關(guān)鍵技術(shù)

唐輝

（廣東省水利水電第三工程局有限公司廣東東莞523710）

0 引言

隨著橋梁基礎(chǔ)設(shè)施的不斷建設(shè)，為保證橋梁施工的安全、經(jīng)濟性，施工技術(shù)也越來越需要尋求新的突破及變化。由于鋼橋相對于混凝土橋來說，它自身重量輕，跨越能力大，目前鋼橋的應(yīng)用越來越廣泛，鋼橋的發(fā)展也使得頂推施工技術(shù)需要更進一步優(yōu)化及研究。頂推常用于連續(xù)鋼箱梁及混凝土梁施工，與支架施工法相比較［1，2］，頂推施工在造價上節(jié)約大量成本，并且更安全、便捷。頂推施工的設(shè)計主要有幾大板塊：分別為導(dǎo)梁裝置、頂推裝置、軌道裝置［3］。如何根據(jù)項目實際情況設(shè)計出合理的頂推方案，將為工程建設(shè)提供技術(shù)支持。為尋找頂推施工關(guān)鍵技術(shù)，將對頂推施工主要幾大裝置進行進一步的研究。

1 工程概況

高陂臨時交通橋在2 號墩～4 號墩為鋼-混凝土疊合梁結(jié)構(gòu)［4］，單跨跨度為48 m。疊合梁下部設(shè)計為開口式鋼箱梁，上部為混凝土面板，通過焊接在鋼箱梁上蓋板處的剪力釘，將上、下部結(jié)構(gòu)連成一體。梁上翼緣寬6.5 m，整個梁高2.8 m，高跨比為1/17.14。鋼箱梁設(shè)計為開口式箱梁，鋼材材質(zhì)為Q345C，全橋設(shè)計為2 條鋼箱梁，單片箱梁長47.92 m 。每片鋼箱梁的設(shè)計預(yù)拱度為150 mm，預(yù)拱曲線設(shè)計為拋物線。開口式鋼箱梁上蓋板寬0.64 m，下蓋板寬3.696 m，高H=2.44 m 。鋼箱梁沿橋縱向按4 m 間距設(shè)置矩形橫隔板，端部橫隔板板厚為25 mm，其余為14 mm，每4 m單元內(nèi)按1 m 間距設(shè)置U 形組合橫隔板，板厚14 mm。上蓋板厚30 mm，板寬640 mm。箱梁構(gòu)造如圖1所示。

圖1 鋼箱梁橫斷面Fig.1CrossSectionof Steel Box Girder

2 頂推施工工藝簡述

本項目頂推系統(tǒng)共兩種設(shè)計方式，一種是利用卷揚機牽引，另一種是利用千斤頂張拉頂推［5，6］。卷揚機牽引頂推速度較快，不易控制牽引速度；鋼絞線張拉頂推速度較慢，速度好控制，通過經(jīng)濟、安全等多方面對比，采用鋼絞線張拉進行頂推施工。鋼箱梁的滑行軌道利用滑塊進行滑移，滑塊放置在槽鋼的凹槽內(nèi)。

本項目鋼箱梁總共約280 t，分為7 個節(jié)段，每一個節(jié)段頂推到位后，在施工平臺上進行下一個節(jié)段焊接施工，如此循環(huán)頂推，基本流程為：0#臺～2#墩區(qū)域內(nèi)搭設(shè)節(jié)段拼裝及頂推臨時平臺→0#臺～2#墩區(qū)域內(nèi)安裝頂推系統(tǒng)（千斤頂及滑板）→2#、3#、4#墩頂上安裝落梁提升架及提升系統(tǒng)（卷揚機及滑車組）→安裝導(dǎo)梁→鋼箱梁分節(jié)段運抵拼裝現(xiàn)場→鋼箱梁工地整體拼裝→拼裝接頭焊接及焊縫探傷檢驗→鋼箱梁拼裝現(xiàn)場補漆→鋼箱梁分次頂推到位→兩條鋼箱梁切割分離及導(dǎo)梁拆除→落梁就位。

3 頂推施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 頂推裝置

本項目頂推裝置采用2 臺50 t 的液壓穿心千斤頂，通過1根鋼絞線張拉推動鋼箱梁滑動，鋼絞線一端利用P 錨固定在支架上，另一端通過錨具夾片利用千斤頂進行張拉，為保證鋼箱梁在軌道上能順利滑移，在軌道槽鋼凹槽內(nèi)設(shè)置滑塊（聚四氟乙烯橡膠板），并涂上潤滑油減小摩阻力，根據(jù)以往施工經(jīng)驗，聚四氟乙烯橡膠板與鋼材之間的摩阻力系數(shù)［7］為0.17，由于施工時增加的潤滑油，故摩阻力系數(shù)取值0.17，不再進行擴大。本項目最大頂推重量為47.6 t，頂推力大于摩阻力，滿足施工需要。

3.2 導(dǎo)梁設(shè)計

鋼導(dǎo)梁系統(tǒng)由2 條變截面焊接H 型鋼主梁及5 組橫向支撐組成。主梁上、下蓋板為t=16 mm 鋼板，腹板為t=12 mm 鋼板，材質(zhì)Q235。橫向支撐為角鋼L100×10，材質(zhì)Q235。

鋼導(dǎo)梁與鋼箱梁連接采用焊接，焊縫100%超聲波探傷，鋼箱梁頂推到位后火焰切割導(dǎo)梁，導(dǎo)梁作為頂推施工中關(guān)鍵技術(shù)，它的強度以及剛度關(guān)乎整個頂推體系統(tǒng)的安全，導(dǎo)梁的設(shè)計除要滿足頂推體系統(tǒng)的安全之外，還要經(jīng)濟。導(dǎo)梁的設(shè)計主要從以下3 個方面考慮：

3.2.1 導(dǎo)梁的長度

導(dǎo)梁長度的設(shè)計主要與頂推的跨度以及鋼箱梁自重有關(guān)，如果導(dǎo)梁設(shè)計較短，由于場地限制，第一次頂推時鋼箱梁本身長度受限，則無法滿足施工要求。導(dǎo)梁太長會造成端頭整個重量增加，使得重心在前［8］，構(gòu)件不穩(wěn)定，同時又增加了成本，通過計算對比，導(dǎo)梁長度一般為跨度的55%～65%，本項目導(dǎo)梁長度為26.575 m。

3.2.2 導(dǎo)梁的重量

導(dǎo)梁的重量與首次頂推時頂推跨度有關(guān)，如導(dǎo)梁過重會導(dǎo)致第一次頂推時重心處于第一跨中，從而導(dǎo)致整個構(gòu)件不穩(wěn)，向前傾倒。如重量較小，勢必造成導(dǎo)梁的強度和剛度不足，因此在設(shè)計導(dǎo)梁時要通過結(jié)構(gòu)形式增加導(dǎo)梁自身強度和剛度，同時盡量減少導(dǎo)梁自身重量，導(dǎo)梁重量一般為單跨箱梁的15%左右。

3.2.3 導(dǎo)梁與鋼箱梁接觸位置的剛度比

導(dǎo)梁剛度與箱梁接觸位置存在剛度的突變，導(dǎo)梁在此處位置的剛度應(yīng)與箱梁剛度相協(xié)調(diào)，若剛度相差太大，造成鋼箱梁和導(dǎo)梁接觸部位局部受力不合理，導(dǎo)梁剛度與構(gòu)件剛度比為1∶10，鋼導(dǎo)梁如圖2所示。

圖2 導(dǎo)梁立面Fig.2 Elevation of Guide Beam

3.3 拼裝平臺設(shè)計

拼裝平臺由貝雷架縱梁、橫向分配梁、鋼箱梁滑移軌道梁、短立柱、槽鋼滑槽、滑板、滑槽限位塊、軌道梁水平支撐、施工工作平臺及欄桿等組成?？v梁選用加強型6 組貝雷架，布置在橋梁0#臺～2#墩橋位區(qū)域內(nèi)。橫向分配梁選用工字鋼I25a安裝在貝雷架頂面，沿橋縱向按2 m的距離布置。為克服鋼箱梁移動而產(chǎn)生的水平摩擦力而設(shè)的短立柱選用工字鋼I28a，布置在0#橋頭承臺頂面、1#及2#墩頂蓋梁上，其上下端均采用焊接方式分別與軌道梁及墩頂面固接。

軌道梁由3 條I25a 工字鋼組成沿橋縱向支撐在橫向分配梁上，采用間斷焊連接，用于3#墩頂支撐系統(tǒng)。滾輪裝置由支座鋼板、滾筒、滾軸及軸承組成?；逖b置由［28a槽鋼、四氟滑動支座組成。為防止軌道梁產(chǎn)生橫向傾覆而設(shè)的軌道梁水平支撐選用I25a工字鋼，在0#臺及2#墩頂處呈K字型布置，在1#墩頂處呈一字型布置。工作平臺及欄桿布置在拼裝平臺兩側(cè)及貝雷架下弦桿上，選用鋼平臺及鋼欄桿。

3.4 橫向限位裝置

橫向限位裝置［9］及糾偏裝置布置在1#、2#、3#墩頂蓋梁上，由工字鋼I28a 限位座及滾輪裝置組成，附著在分配橫梁或提升支架上，當發(fā)生偏移后用50 t 千斤頂進行糾偏矯正。

3.5 落梁裝置

落梁提升架［10］由立柱、柱間支撐、連系梁及橫向分配梁組成，安裝在2#、3#、4#墩頂蓋梁上。立柱選I28a 工字鋼，單個落梁架共12 條，柱頂水平連系梁選用I28a 工字鋼，單個落梁架共8 條。橫向分配梁選用疊加雙拼I28a 工字鋼，單個落梁架共計3 組，提升系統(tǒng)采用六輪滑輪組配φ 21.5 mm 鋼絲繩，起重繩采用6×37+1φ 60.5鋼絲繩（見圖3）。

3.6 頂推過程施工監(jiān)測

由于頂推施工危險性較大，為保證施工過程臨時結(jié)構(gòu)及主體結(jié)構(gòu)的安全可靠性［11］，對頂推過程進行全程監(jiān)控。

3.6.1 橫向位移監(jiān)控

根據(jù)導(dǎo)梁及鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式，橫向位移監(jiān)測選擇在頂面中線位置布置小棱鏡，間距為10～20 m 一個，根據(jù)頂推工況，分別在頂推前、中、后進行監(jiān)測，監(jiān)測設(shè)備采用全站儀進行觀測，根據(jù)全站儀觀測的數(shù)據(jù)判斷施工過程中鋼箱梁及導(dǎo)梁的橫向位移。同時為保證主體結(jié)構(gòu)在水平力作用下墩柱位移未超過規(guī)范限值，采用相同的方法對墩柱進行監(jiān)測。

圖3 落梁裝置Fig.3 Beam Dropper

3.6.2 導(dǎo)梁撓度監(jiān)控

頂推施工過程中，導(dǎo)梁主要受強度和剛度的影響，由于撓度最大位置位于導(dǎo)梁端部，其撓度監(jiān)測點選擇布置在端部斷面上，根據(jù)監(jiān)測要求，橫向位置共設(shè)置2個監(jiān)測點，監(jiān)測在頂推前、中及抵達墩柱前的位移，并將監(jiān)測結(jié)果與理論計算結(jié)果進行對比，由此判斷出導(dǎo)梁的安全性。

3.6.3 鋼箱梁、橋墩、臨時墩應(yīng)力監(jiān)測

為保證主體結(jié)構(gòu)受力要求，將對墩底部、鋼箱梁底部位置進行應(yīng)力監(jiān)測，墩底采用埋置式應(yīng)變計，鋼箱梁底部采用表貼式應(yīng)變計，采用應(yīng)變儀進行應(yīng)力采集，并將實際數(shù)值與理論數(shù)值進行對比，保證主體結(jié)構(gòu)的安全性。

3.6.4 落梁時永久支座反力的監(jiān)測

鋼箱梁頂推到位后需要進行落梁，為保證落梁時支座的安全性，需要對支座應(yīng)力進行檢測，并根據(jù)實際檢測結(jié)果調(diào)整支座高度。

4 結(jié)語

通過高陂鋼箱梁頂推施工方案設(shè)計與實施，對頂推施工設(shè)計的關(guān)鍵指標進行更進一步的總結(jié)，特別為合理、快速選取導(dǎo)梁長度、剛度、重量三大方面的參數(shù)提供了經(jīng)驗范圍，為后續(xù)頂推施工提供技術(shù)指導(dǎo)。