鋼桁梁頂推施工技術(shù)探析

沈維成 （安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230031）

0 前言

鋼桁梁橋的節(jié)點(diǎn)及桿件多，節(jié)點(diǎn)連接的構(gòu)造比較復(fù)雜，施工難度大。頂推施工法具有經(jīng)濟(jì)安全、快速、無干擾、占用場地少等優(yōu)點(diǎn)，臨時(shí)輔助結(jié)構(gòu)的設(shè)置減小了頂推施工橋梁的跨度，并且使變曲率豎曲線連續(xù)梁的無應(yīng)力線形得到很好控制，但是臨時(shí)墩的平面布置施工精度以及局部穩(wěn)定性問題一直是頂推法施工的技術(shù)難題。研究大跨度鋼桁梁橋頂推施工技術(shù)特具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概況

滁州大道鋼桁梁是滁州大道跨寧洛高速公路的重要控制工程。規(guī)劃滁州大道起點(diǎn)接來安側(cè)滁州大道，上跨寧洛高速（樁號K61+200）后，終點(diǎn)與滁州側(cè)滁州大道平交。主橋170m，橋梁上跨高速公路的橋下凈空應(yīng)≥5.5m。主橋?yàn)殇撹炝簶?，主梁跨徑為?0+70+50）m。主梁法線方向與寧洛高速公路中心線夾角為84°，按八車道預(yù)留限界空間。寧洛高速公路由主橋一跨跨越，跨徑不宜低于70m。主橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬50m，主橋采用雙幅布置，橋梁半幅寬度24.5m，每幅橋梁由2片主桁架組成，主桁架中心距為17.5m，5m寬人非混合設(shè)置在遠(yuǎn)離橋梁中心線的主桁架外側(cè)。橋梁總體布置如圖1。

圖1 橋梁總體布置圖

2 施工工序

本項(xiàng)目主橋?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)，引橋均為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，且主橋上跨高速，考慮成本安全質(zhì)量因素，施工總體思路是在右幅布置頂推支架，單幅內(nèi)分三段進(jìn)行拼裝頂推，頂推完成后橫向拖拉到左幅，完成左幅鋼桁架梁施工，最后同理頂推完成右幅鋼梁的頂推，從而完成雙幅鋼桁架梁的頂推施工。牽引系統(tǒng)由連續(xù)千斤頂、反力座、鋼絞線、液壓泵站、PLC控制系統(tǒng)及錨具夾片等組成?，F(xiàn)場頂推布置圖如圖2。

圖2 現(xiàn)場頂推布置圖

3 適用范圍

項(xiàng)目施工難度大，施工工藝復(fù)雜，研究中的創(chuàng)新工藝適用于鋼結(jié)構(gòu)橋梁跨越既有線路、河道及深谷等施工，尤其適用于結(jié)構(gòu)底面剛度變化的鋼桁架橋梁。

4 工藝原理

頂推工作原理：一臺連續(xù)千斤頂前后布置兩臺油缸，其中一臺油缸工作時(shí)，另一臺油缸回縮原來的行程，當(dāng)工作的油缸行程達(dá)到設(shè)定的行程時(shí)停止工作，同時(shí)通過傳感器命令另一臺油缸工作，循環(huán)往復(fù)，速度均勻。

頂推梁段梁體總重約4706t，鋼導(dǎo)梁總重120t，單幅頂推重量約2473t，滑道采用復(fù)合不銹鋼板與MGB板組成，滑動面涂抹二硫化鉬鋰基脂與黃油調(diào)和潤滑劑，降低摩擦系數(shù)，最低至0.04。

千斤頂頂推力不小于計(jì)算頂推力的2倍，根據(jù)路橋施工計(jì)算手冊表16-4，MGE板鋰基脂-水摩擦系數(shù)按0.1考慮，2473×0.1=247t，頂推動力來自4臺200t的連續(xù)千斤頂，工作壓力26MPa?？v向頂推拖拉時(shí)布置4臺連續(xù)頂在C、D臨時(shí)墩頂滑道梁的尾部。

橫向頂推拖拉時(shí)布置2臺連續(xù)頂在10#、11#橫移臨時(shí)墩上的橫移滑道梁上。頂推過程中包含兩部分糾偏，曲線橋梁的繞中心轉(zhuǎn)動的糾偏和拖拉過程中由于蛙跳等現(xiàn)象引起的小幅度橫移糾偏。

4臺連續(xù)千斤頂配2臺泵站及1套PLC同步控制系統(tǒng)，確保同步頂推。

圖3 頂推系統(tǒng)圖

5 施工工藝

澆筑混凝土基礎(chǔ)-在右幅位置進(jìn)行臨時(shí)支架制作安裝→第一段頂推梁組拼、縱向拖拉→第二、三段頂推梁組拼、縱向拖拉→整幅梁橫向拖拉滑移至左幅→橫向臨時(shí)設(shè)施拆除→右幅同理進(jìn)行頂推完成整梁施工。該項(xiàng)目的施工工藝的特點(diǎn)即在單幅作業(yè)面制作頂推臨時(shí)墩，完成單幅頂推后橫向拖拉至相鄰副段，最后頂推本副梁段鋼桁梁，有效的利用現(xiàn)有作業(yè)環(huán)境，提高施工效率，降低了施工成本。

圖4 第一段頂推梁組拼、縱向拖拉

圖5 第二段頂推梁組拼、縱向拖拉

圖6 第三段頂推梁組拼、縱向拖拉

圖7 整梁施工落架完成

6 鋼桁梁頂推架設(shè)中總體定位控制

①鋼桁梁頂推架設(shè)前的測量，由于鋼梁在工廠加工組拼后解散，因此，在鋼桁梁頂推架設(shè)施工中橋軸線是不通視的，這就需要施工前做好后續(xù)施工測量的準(zhǔn)備工作，即在保證測量精度的前提下，將橋軸線平移至墩頂通視位置，將高程傳遞至墩頂。

②主橋貫通測量，另外，在每個(gè)滑道梁兩側(cè)擋板上做相應(yīng)沉降觀測點(diǎn)，在鋼桁梁頂推前，測量其初始高程，在鋼桁梁頂推過程中，根據(jù)頂推節(jié)點(diǎn)要求，測量鋼桁梁在各個(gè)頂推階段，滑道梁的豎向變形，作為梁體預(yù)抬的參考。

③鋼桁梁拼裝測量，鋼桁梁拼裝開始前，應(yīng)在橫梁頂部和底部中點(diǎn)做出觀測標(biāo)志，用以測量鋼桁梁中心線與橋梁中心線的偏差；為使鋼桁梁拼裝后各節(jié)點(diǎn)撓度和整跨拱度符合設(shè)計(jì)要求，需選擇橫梁兩端頂部對稱中心點(diǎn)做出觀測標(biāo)志，點(diǎn)位與下弦桿中軸線或下弦節(jié)點(diǎn)中心高差在鋼梁設(shè)計(jì)圖上查定或直接測定，用作拼裝施工高程控制點(diǎn)。

7 頂推驗(yàn)算分析

采用Midas Civil軟件對鋼桁梁頂推過程劃分為25個(gè)頂推工況，鋼桁梁頂推過程中頂推支架支反力最大值為600.1MPa，出現(xiàn)在工況13。頂推過程中鋼桁梁最大下?lián)蠟?4.6mm、最大組合應(yīng)力為163.3MPa，導(dǎo)梁前端最大下?lián)?51.2mm、最大組合應(yīng)力為114.4MPa，滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。頂推下?lián)霞爸髁航M合應(yīng)力最大值均出現(xiàn)在工況9(最大前懸臂58m)。由此驗(yàn)證按此工況劃分逐步頂推的過程中鋼桁梁受力和位移變形都在規(guī)范允許范圍值內(nèi)，從理論上提供了頂推施工的安全支持。

圖8 工況9位移變形圖（mm)

圖9 工況9應(yīng)力圖（MPa)

8 頂推監(jiān)測總結(jié)

頂推過程中所有技術(shù)工作均是頂推安全的有力保障，特別是支架沉降觀測和導(dǎo)梁撓度監(jiān)測為鋼桁梁頂推防傾覆提供了保障，指導(dǎo)著整個(gè)頂推過程有條不紊安全進(jìn)行。過程中根據(jù)不同工況，嚴(yán)格按照技術(shù)方案落實(shí)導(dǎo)梁撓度監(jiān)測、頂推過程橫向糾偏及拖拉頂力和豎向頂力監(jiān)管，由實(shí)際數(shù)據(jù)與理論對比指導(dǎo)下一步施工。

整個(gè)頂推過程均在可控范圍之內(nèi)：①拖拉頂力從雙頂53t到雙頂46t，摩擦系數(shù)為0.046-0.04；②導(dǎo)梁撓度監(jiān)測過程變化平穩(wěn)，最大下?lián)?0cm，大于理論25cm，考慮頂推過程中支點(diǎn)傾角影響，而且撓度漸變平穩(wěn)，在強(qiáng)度滿足要求的情況下，視為安全下?lián)?；③臨時(shí)支架沉降實(shí)時(shí)觀測，累計(jì)沉降值均在10mm以內(nèi)且趨于平穩(wěn)，視為支架安全；④拖拉過程中鋼桁梁橫向糾偏通過拖拉千斤頂及橫向糾偏千斤頂配合完成，整個(gè)頂推過程中橫向糾偏次數(shù)較少且糾偏時(shí)間較短，最后頂推至10#D臨時(shí)墩前采取橫向?qū)崟r(shí)糾偏，最終按照既定線形成功落梁。

頂推監(jiān)測記錄表

9 結(jié)語

本技術(shù)確定了鋼桁架梁多點(diǎn)牽引式頂推臨時(shí)支架。本項(xiàng)目鋼桁架梁架橋位于平曲線上，頂推支架及其它臨時(shí)設(shè)施布設(shè)直接影響到頂推落梁到設(shè)計(jì)位置的精準(zhǔn)度。牽引頂推過程中，支架系統(tǒng)會受到較大水平力，因此頂推支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須要很好地解決支架系統(tǒng)受水平力失穩(wěn)問題，確保支架滿足承載力要求的同時(shí)充分考慮支架體系穩(wěn)定性。采用多點(diǎn)牽引式頂推使鋼桁架梁跨越高速公路，無需封閉或?qū)Ц母咚俟方煌?，?jié)約了高速保通維護(hù)大量的人力和設(shè)備投入。同時(shí)可以避免因高速封閉造成的交通堵塞、交通事故，提升了人民對交通通行的滿意度和獲得感。此類型鋼結(jié)構(gòu)橋梁跨越高速公路施工采用該頂推施工技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢，值得廣泛推廣，對企業(yè)技術(shù)的補(bǔ)充和對行業(yè)的多樣性發(fā)展具有很好的推動作用。