甌江北口大橋北引橋鋼-混組合梁施工及控制關(guān)鍵技術(shù)

王盛銘　董勤軍　彭志輝

摘要：北引橋N37-N16墩上部結(jié)構(gòu)采用鋼-混組合梁，部分段落采用雙層公路鋼混組合梁設(shè)計，構(gòu)造復雜，鋼梁采用頂推法施工，預制混凝土橋面板采用架橋機以及滑移法安裝。該方法在國內(nèi)、乃至國際上都較為少見，施工難度較大，本研究可以為類似工程提供參考。

Abstract： The upper structure of the N37-N16 pier of the North Approach Bridge adopts steel-concrete composite beams， and some sections are designed with double-layer steel-concrete composite beams， which has a complicated structure. The steel beam is constructed by jacking method， and the precast concrete bridge deck is installed by bridge erecting machine and sliding method. This method is rare in China and even in the world， and it is difficult to construct. This study can provide reference for similar projects.

關(guān)鍵詞：鋼-混組合梁;頂推施工;滑移法;受力分析

Key words：? steel-concrete composite beam;jacking construction;sliding method;stress analysis

中圖分類號：U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）12-0128-03

1? 工程概況

溫州甌江北口大橋工程采用寧波至東莞國家高速公路和國道228線（南金公路）共線過江的雙層橋梁方案。其中，甌江北口大橋北引橋N37～N16墩上部結(jié)構(gòu)采用鋼-混組合梁。N22-N37為單層結(jié)構(gòu)，N22～N16為雙層設(shè)計，該段落鋼-混組合梁共計9聯(lián)，N37～N34跨徑為（30+50+30）m，其余均為標準聯(lián)跨徑，為3×50m，雙層公路鋼混組合梁構(gòu)造復雜、施工難度巨大，在國內(nèi)、乃至國際上都較為少見，如下圖1所示。

組合梁由槽形鋼梁和混凝土橋面板組成，梁高3m，鋼梁高2.48m。鋼梁采用空腹式槽型梁，鋼梁底板寬度變化，最寬為14.22m，最窄為7.3m，鋼梁較寬時，設(shè)有中腹板，鋼梁較窄時，不設(shè)中腹板?；炷翗蛎姘宀捎妙A制形式，預制橋面板中間設(shè)置槽口與鋼梁通過現(xiàn)澆混凝土疊合。橋面板設(shè)有橫橋向預應力，單塊橋面板縱橋向長度4m、橫橋向?qū)挾?6-22m。全橋共計預制橋面板524塊，最大重重量約80t。整聯(lián)橋梁縱向不設(shè)預應力，通過調(diào)整橋面板濕接縫的澆筑順序以及頂升中間橋墩處鋼梁來提供墩頂負彎矩處橋面板的預壓應力。

橋梁下部結(jié)構(gòu)為雙柱或三柱式墩身，并設(shè)置有中系梁和頂系梁，墩高較高，在24-43m之間[1]。（圖1）

2? 施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 總體施工方案

本項目為鋼-混組合連續(xù)梁橋，先制造、安裝鋼梁，橋面板在預制場預制完成后通過濕接縫與鋼梁疊合形成整體。鋼梁常用安裝方法有：①大型履帶吊直接安裝;②跨全幅移動龍門安裝;③頂推法安裝;④大節(jié)段整體提升安裝;⑤滑移法安裝;⑥采用架橋機安裝[2]。

由于本項目所處地形、地貌復雜，施工區(qū)域地質(zhì)條件差，對于大噸位運輸、大噸位起重吊裝、臨時結(jié)構(gòu)支撐都造成了很大不利影響;且墩身高度高、梁段重量大。綜合考慮經(jīng)濟與技術(shù)指標，所有鋼梁節(jié)段均采用頂推法安裝，上層橋面板采用架橋機安裝、下層橋面板采用滑移法安裝[3]。

頂推起點設(shè)置提梁站和拼裝平臺，用于鋼梁節(jié)段和混凝土橋面板的提升以及鋼梁的拼裝。鋼梁小節(jié)段通過提升站起吊，然后現(xiàn)場焊接。每焊接形成10-15m后，向前頂推，相鄰兩聯(lián)鋼梁臨時連接，一起頂推，直至鋼梁頂推到位后精調(diào)鋼梁位置并落梁，然后解除伸縮縫處臨時連接。

2.2 鋼梁施工關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 施工段落劃分與頂推順序

根據(jù)以下項目特點：N37-N25位于半徑5000m的平曲線上、N25-N22為直線段;N37-N25梁體寬度變化較大、N25-N22基本為等寬，將項目劃分為三個施工段：

第一施工段為N37-N25，并在N37-N36橋跨之間設(shè)置提梁站與拼裝平臺。由于鋼梁為左右幅分離設(shè)計，且頂推長度較長，左、右幅分開頂推，采用先左幅后右幅的順序。

第二施工段為N25-N16上層，在N23-N22橋跨之間設(shè)置提梁站與拼裝平臺。先進行N22-N16上層的頂推施工，鋼梁頂推到位后進行N22-N25的頂推施工。由于N22-N16上層為左右幅連體設(shè)計（墩頂設(shè)置隱形橫梁），為

減少工序、加快工期，左右幅同步連體頂推。

第三施工段為N22-N16下層，與第二施工段共用提梁站與拼裝平臺。下層左右雙幅同步頂推（不連體）。

2.2.2 頂推關(guān)鍵技術(shù)

鋼梁施工采用步履式千斤頂、多點連續(xù)頂推方式，如圖2。步履千斤頂縱向頂推工作流程主要分為四個步驟：第一步，豎向油缸頂升;第二步，水平油缸頂出;第三步，豎向油缸縮回;第四步，水平油缸縮回，完成一個工作周期[4]。

由于部分梁段底板變寬且位于平曲線上，頂推施工時不僅需要能夠向前方頂推，還需要步履千斤頂在過程中動態(tài)調(diào)整橫橋向位置，保證鋼梁底腹板交界線始終支撐于千斤頂中心線附近。頂推系統(tǒng)由DX步履式頂推系統(tǒng)、步履式頂推機橫向調(diào)整系統(tǒng)兩部分組成，可實現(xiàn)向前頂推及橫向調(diào)整的功能。

頂推方案具體實施如下所示：

①導梁安裝采用兩臺履帶吊直接抬吊就位，然后安裝橫向聯(lián)系。首節(jié)梁段（3m）由提升站提升就位后與導梁進行現(xiàn)場焊接，焊縫檢測合格后進行試頂3m。

②繼續(xù)拼裝后續(xù)兩個梁段（共10m長）并現(xiàn)場焊接，焊縫檢測合格后進行頂推10m;此后每輪次拼裝、頂推長度可以達到25m，繼續(xù)拼裝、頂推至鋼梁全部就位。

③如遇前方梁段已經(jīng)就位，則在導梁跨越最后臨時墩后逐漸拆除導梁，直至鋼梁完全就位。

2.3 橋面板施工關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 上層橋面板安裝

鋼梁全部頂推完畢后進行橋面板鋪設(shè)，上層橋面板采用50m架橋機安裝，橋面板由提升站起吊，采用板上運板的方式將橋面板運送至架橋機尾部，架橋機天車起吊橋面板并移動至待安裝跨，完成橋面板轉(zhuǎn)向后下落就位。

由于板上運板時，已鋪設(shè)完成的橋面板并未澆筑濕接縫，此時整體性不佳，因此為減小運輸動荷載對橋面板的影響，采用軌道法運輸。

2.3.2 下層橋面板安裝

由于N22-N16下層橋面板安裝受到凈空影響，無法使用架橋機安裝，所以采用滑移法安裝全部下層橋面板。

鋼梁頂推就位后搭設(shè)軌道支架，軌道支架長300m，布滿全部下層橋跨。在軌道支架上安裝軌道運輸車，車上設(shè)置三向千斤頂。橋面板由提升站提升至軌道運輸車上，小車將橋面板運輸?shù)皆O(shè)計位置并利用三向千斤頂精確調(diào)位后落頂，將橋面板安裝就位。下層橋面板安裝過程如圖3所示。

3? 施工控制關(guān)鍵技術(shù)

本項目施工控制的關(guān)鍵是鋼梁制造線形的計算以及頂推過程中鋼梁、導梁的受力性能研究。

3.1 鋼梁制造線形計算

本項目鋼梁制造線形由橋梁預拱度與設(shè)計線形組合而成，橋梁預拱度計算是制造線形計算核心，橋梁預拱度由恒載下結(jié)構(gòu)撓度與1/2活載撓度之和的反向確定[5]。

頂推施工不改變主梁的無應力線形，頂推到位后的狀態(tài)就相當于一次落架的狀態(tài)。所以橋梁預拱度計算時無需考慮頂推施工過程的位移變化。計算時將鋼梁一次激活，然后根據(jù)預制橋面板的吊裝、濕接縫的澆筑順序以及中間橋墩的頂升量設(shè)置相應的施工階段，以此求得鋼梁恒載下的撓度。然后疊加1/2活載撓度，反向即為本項目橋梁的預拱度。

甌江北口大橋北引橋組合梁鋼梁制造線形計算采用橋梁專用有限元軟件TDV進行，組合梁采用梁單元模擬。3×50m橋型有限元模型中共設(shè)224個節(jié)點，223個單元;（30+50+30）m橋型有限元模型中共設(shè)169個節(jié)點，168個單元。3×50m橋型施工過程中間橋墩頂升量依次為15cm、10cm;3×50m橋型施工過程中間橋墩頂升量依次為9cm、5cm。由于存在兩種不同橋跨形式，以及相同橋跨鋼梁寬度也有變化，本項目鋼梁制造線形計算分為8種計算類型，如表1所示。

（30+50+30）m跨類型1以及3×50m跨類型5鋼梁恒載與1/2活載豎向撓度計算如圖4所示。（30+50+30）m橋型最大撓度出現(xiàn)在跨中，為58.8mm。3×50m橋型最大撓度出現(xiàn)在邊跨，為82.2mm。

3.2 鋼梁頂推過程受力分析

3.2.1 導梁構(gòu)造與臨時墩布置

導梁設(shè)計長度約為39m，頂、底板厚28mm，腹板厚20mm。頂、底板寬度沿長度方向發(fā)生變化，有900mm、640mm、440mm三種寬度。導梁高度沿長度方向也發(fā)生變化，導梁前端存在約10m長的臺階。

臨時墩布置在永久墩墩旁，1#臨時墩距N36永久墩30m，其余臨時墩與永久墩間距3m，共設(shè)置12個臨時墩。

3.2.2 有限元模型說明

N37-N25左幅頂推模型采用Midas civil 2015建立，鋼梁及導梁采用梁單元模擬，臨時墩位置頂推點采用只受壓節(jié)點彈簧模擬。1m設(shè)置一個節(jié)點，頂推工況設(shè)置1m一個工況。有限元模型如圖5所示。

3.2.3 計算結(jié)果

頂推過程中，N37-N25左幅導梁前端位移時程如圖6所示?？梢钥闯?，導梁前端位移變化規(guī)律，在上墩前達到最大，最大位移為248.7mm。

頂推過程中，N37-N25左幅各臨時墩最大反力如圖7所示。第1、2及12#臨時墩最大支反力較小（支點反力均為橫向2個支點反力之和），其余臨時墩最大支反力比較接近。臨時墩最大反力為5660kN，為第4#臨時墩。

頂推過程中，導梁及鋼梁應力包絡(luò)如圖8所示，鋼梁最大拉應力69MPa，最大壓應力41MPa，導梁最大拉應力66.3MPa，最大壓應力73.4MPa。導梁與鋼梁均采用Q345鋼材，鋼梁與導梁最大應力均遠小于鋼梁的屈服應力，結(jié)構(gòu)安全。

4? 結(jié)語

甌江北口大橋北引橋鋼-混組合連續(xù)梁采用（30+50+30）m和3×50m兩種橋跨形式。鋼梁采用推法施工，上層預制混凝土橋面板采用架橋機安裝，下層橋面板由于凈空影響采用滑移法安裝。由于部分梁段鋼梁底板變寬且位于平曲線上，步履式千斤頂在頂推過程中需動態(tài)調(diào)整橫橋向位置。頂推過程中導梁上墩前下?lián)献畲螅畲笙聯(lián)?48.7mm，臨時墩最大支點反力為5660kN，鋼梁最大拉應力69MPa，最大壓應力41MPa，導梁最大拉應力66.3MPa，最大壓應力73.4MPa，各結(jié)構(gòu)受力性能滿足要求。本項目所選擇的施工方法經(jīng)濟合理、技術(shù)上安全可行。項目具有墩高較高、位于平曲線上、部分橋跨為上下層以及鋼梁變寬等特點，施工難度較大，可以為類似工程提供參考。

參考文獻：

[1]中交一公局.北引橋鋼-混組合梁運輸及安裝施工技術(shù)方案[R].北京：2018.

[2]汪迎紅.鋼混組合梁負彎矩區(qū)混凝土面板的應變收縮分析[J].公路工程，2015（4）：229-232.

[3]羅洪成，趙磊，王威.一種鋼混結(jié)合梁的快速化施工方法[J].中外公路，2018.

[4]王彪.鋼混組合梁步履式頂推橫向偏位產(chǎn)生原因及糾偏對策研究[D].西南交通大學，2015.

[5]邵旭東.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2016.