高速公路鋼桁梁頂推及監(jiān)測施工技術(shù)

姜海東

（中國鐵建投資集團(tuán)有限公司， 廣東 珠海 519000）

1 工程概況

合陽至銅川高速公路項(xiàng)目水蘇溝大橋跨越陜西省白水縣水蘇溝，橋梁全長697米，最大墩高82m，分左右兩幅施工。橋梁上部結(jié)構(gòu)引橋分別為采用2聯(lián)3跨30m和3聯(lián)3跨30m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)箱梁，主橋6#墩～9#墩間上部結(jié)構(gòu)為3×80m上承式鋼桁-混凝土組合梁，主梁采用Q420qDNH（耐候鋼）雙拼桁架鋼梁。鋼桁梁采用頂推法施工，最大頂推重量1260噸。

2 頂推方案比選

2.1 步履式頂推

在鋼桁梁兩節(jié)點(diǎn)之間設(shè)置墊梁，每個(gè)墩頂設(shè)置兩組墊梁，墊梁長度為8m，墩身大小里程側(cè)設(shè)置臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，在兩臨時(shí)支撐之間布置頂推體系。兩組墊梁兩端分別支撐在鋼桁梁的節(jié)點(diǎn)范圍，交替使用，每頂推8m，更換一次墊梁。采用三向步履式頂推千斤頂，可以實(shí)現(xiàn)鋼桁梁的縱向頂推，豎向頂升及橫向糾偏等功能。相對于滑移式工藝墩身結(jié)構(gòu)受力較優(yōu)，墩柱偏心彎矩較小，經(jīng)計(jì)算，6#墩偏心彎矩6678KN.m，7#、8#墩偏心彎矩8310KN.m。

2.2 滑移式頂推

根據(jù)鋼桁梁結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，滑塊只能支撐在節(jié)點(diǎn)下方。頂推系統(tǒng)滑道長度10m，墩身兩側(cè)設(shè)置墩旁托架，墩身上預(yù)埋型鋼，托架與型鋼焊接為整體。每個(gè)主墩上設(shè)4臺豎向千斤頂、2臺水平連續(xù)千斤頂，多點(diǎn)同步頂推。在主桁支點(diǎn)位置的下桁梁下安裝滑塊，滑塊上安裝鋼絞線錨固點(diǎn)，頂推過程中以頂推滑塊方式實(shí)現(xiàn)鋼桁梁的頂推?；剖巾斖浦吸c(diǎn)在節(jié)點(diǎn)下方，結(jié)構(gòu)受力明確，同步頂推控制容易，頂推行程連續(xù)，頂推速度較快?；瑝K支撐在托架一側(cè)時(shí)，對墩身產(chǎn)生較大的偏心力矩，經(jīng)計(jì)算，6#墩偏心彎矩16048KN.m，7#、8#墩偏心彎矩17960KN.m。

2.3 托拉法頂推

通過千斤頂牽拉鋼絞線拖動梁體在滑道上滑移，牽引梁體就位。需要設(shè)置滑道系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)和豎向調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，該方法對墩身產(chǎn)生的水平力大，需要有平整的滑道，對臨時(shí)墩支架沉降要求高。

經(jīng)過方案比選，綜合考慮施工方法對墩身產(chǎn)生的偏心力矩影響及安全因素，選擇步履式頂推方案為施工方案。

3 頂推系統(tǒng)布設(shè)

3.1 主梁及鋼導(dǎo)梁設(shè)計(jì)

鋼桁梁采用三角形無豎桿桁架結(jié)構(gòu)，主梁高7.9m，節(jié)間長度8m，主桁中心間距6.7m。主桁上、下弦桿均采用箱型截面；直腹桿采用工字型截面，斜腹桿采用箱型和工字型截面；主桁連接采用焊接，弦桿與節(jié)點(diǎn)板在工廠焊接，箱形斜腹桿與節(jié)點(diǎn)采用四面焊接，工字型直腹桿與節(jié)點(diǎn)采用三面焊接。鋼桁梁橫向聯(lián)系包括上橫梁、下橫梁、下平聯(lián)十字撐，除十字撐采用栓接外其余節(jié)點(diǎn)均為焊接，所有橫聯(lián)桿件均為工字型截面。

導(dǎo)梁設(shè)計(jì)長度48m，高7.2m，寬6.7m，節(jié)間距8.0m，與主梁中心高度相同，全導(dǎo)梁采用無豎桿的三角形桁架。導(dǎo)梁主桁桿件形式均為工字型截面，上弦每節(jié)點(diǎn)之間設(shè)置橫向連接，在靠近與主梁連接端 S7、S6節(jié)點(diǎn)之間設(shè)置一道交叉剪刀撐，下弦在靠近與主梁連接端X7～X3之間設(shè)置交叉剪刀撐，平聯(lián)及剪刀撐采用工字型截面。鋼導(dǎo)梁各節(jié)點(diǎn)均采用M24高強(qiáng)螺栓連接。

3.2 拉錨器布設(shè)

頂推起始階段，主梁及導(dǎo)梁位于拼裝平臺上，通過設(shè)置拉錨器實(shí)現(xiàn)鋼桁梁前移，采用在平臺滑道前端安裝反力座及穿心千斤頂?shù)姆绞?，通過千斤頂拖動鋼絞線牽引鋼桁梁滑移。 拉錨器采用鋼板焊接制作，與鋼桁梁節(jié)點(diǎn)利用M40支座連接螺栓進(jìn)行連接，與千斤頂采用Ф32精軋螺紋鋼連接。

3.3 多點(diǎn)頂推系統(tǒng)布設(shè)

在墩身大小里程兩側(cè)預(yù)埋鋼板作為作業(yè)平臺受力支撐點(diǎn)，平臺托架采用20a槽鋼制作，單側(cè)托架長3.85m，單側(cè)采用4片托架，前端設(shè)置墊梁支撐架，便于墊梁橫向移動。根據(jù)鋼桁梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，每個(gè)墩頂設(shè)置 2組頂推系統(tǒng)，4個(gè)主墩上共布設(shè)8組頂推系統(tǒng)。墊梁為鋼箱結(jié)構(gòu)，采用鋼板加工制作，Q345B鋼材，頂板、底板均采用30mm鋼板，腹板采用20mm鋼板。

3.4 頂推施工流程

鋼桁梁單個(gè)頂推行程施工流程分為以下5中狀態(tài)。工況一：墩頂墊梁支撐于鋼桁梁前后支點(diǎn)處，豎向千斤頂、水平千斤頂均處于收回狀態(tài)；工況二：豎向千斤頂先將支撐墊梁及鋼桁梁頂起，然后水平千斤頂頂推，將墊梁連同鋼桁梁向前頂推一個(gè)行程；工況三：豎向千斤頂、水平千斤頂依次縮缸，重復(fù)工況一、工況二直至將支撐墊梁全部頂出豎向千斤頂范圍；工況四：豎向千斤頂、水平千斤頂依次縮缸后，安裝后方支撐墊梁，豎向千斤頂、水平千斤頂依次伸缸，將后方墊梁托起向前頂推；工況五：重復(fù)工況一、工況二向前頂推鋼桁梁并拆除前方支撐墊梁。鋼桁梁頂推施工過程如下圖所示。

圖1 鋼桁梁頂推施工

4 頂推施工步驟

在11#～14#墩之間布設(shè)52m鋼桁梁拼裝平臺，分節(jié)段拼裝導(dǎo)梁和主梁，在 10#墩處搭設(shè)臨時(shí)墩并安裝水平連續(xù)千斤頂，6#～9#墩墩頂安裝步履式頂推系統(tǒng)。具體施工步驟如下（圖2-圖7所示）：

步驟一：在拼裝平臺上拼裝48m鋼導(dǎo)梁，向小里程方向頂推 16m，導(dǎo)梁懸臂16m。

圖2 拼裝導(dǎo)梁

步驟二：在拼裝平臺上拼裝16m主梁，累計(jì)拼裝主梁16m，頂推48m。

圖3 連接主梁及導(dǎo)梁

步驟三：拼裝16m主梁，累計(jì)拼裝主梁32m，頂推16m。

圖4 拼裝主梁

步驟四：在拼裝平臺上拼裝 8m 主梁，向小里程方向頂推 8m；重復(fù)此過程至導(dǎo)梁到達(dá)6#墩。

圖5 步履式頂推

步驟五：拆除8m導(dǎo)梁，頂推8m，重復(fù)此過程直至導(dǎo)梁拆除完成。

圖6 拆除導(dǎo)梁

步驟六：拆除頂推系統(tǒng)，落梁。

圖7 主梁落梁

5 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測的主要內(nèi)容包括：預(yù)拱度線形控制、施工過程中主梁及導(dǎo)梁撓度及橫向位移的監(jiān)測、施工過程中主梁及導(dǎo)粱應(yīng)力的監(jiān)測、墩柱關(guān)鍵截面應(yīng)力的監(jiān)測、施工過程中各墩豎向及縱向位移的監(jiān)測、頂推力與支座反力的監(jiān)測、溫度及風(fēng)速的監(jiān)測。本文重點(diǎn)闡述鋼桁梁施工過程預(yù)拱度控制、鋼桁梁線形整體監(jiān)測、鋼桁梁最大懸臂的撓度監(jiān)測、墩柱縱向位移監(jiān)測相關(guān)內(nèi)容。

5.1 預(yù)拱度控制

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，橋梁預(yù)拱度 A=每跨跨中恒載撓度+0.5倍活載撓度，每跨預(yù)拱度曲線采用 y=0.5A×(1-cos(X/L×2π)，其中 X為距離支座距離，L為每跨跨徑。采用Midas civil建立成橋階段模型，在恒載+0.5倍活載作用下計(jì)算出各跨跨中的預(yù)拱度，計(jì)算結(jié)果顯示第9跨各點(diǎn)位預(yù)拱度值相對較大，其設(shè)計(jì)預(yù)拱度曲線圖如下所示。

圖8 第9跨設(shè)計(jì)預(yù)拱度曲線圖（單位：cm）

桁架構(gòu)件加工過程中通過調(diào)整上弦桿長度來調(diào)整預(yù)拱度。具體實(shí)施措施是：在拼裝平臺上拉出一條水平線作為參考系，根據(jù)不同跨的鋼桁梁拼裝，參照預(yù)拱度曲線圖，每拼裝完成一節(jié)段，采用鋼尺測量節(jié)段兩端上弦桿頂面到水平線的垂直距離，再測量下弦桿底面到水平線的垂直距離。通過換算可以得到該節(jié)段實(shí)際預(yù)拱度值，與設(shè)計(jì)預(yù)拱度值相比較，如果相差較大，則需要在下節(jié)段拼裝時(shí)進(jìn)行修正。由于鋼材溫度變受環(huán)境溫度變化影響較大，施工時(shí)應(yīng)考慮外界溫度變化情況，及時(shí)對預(yù)拱度進(jìn)行修正。

5.2 鋼桁梁線形整體監(jiān)測

鋼桁梁整體的線形測點(diǎn)布置在各墩墩頂和各跨跨中截面，每個(gè)斷面橫向布置2個(gè)測點(diǎn)，將棱鏡焊接在鋼桁梁頂部側(cè)面作為測點(diǎn)，采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測，主要對鋼桁梁頂推施工安裝前、每孔鋼桁梁頂推施工后、全橋鋼桁梁施工完成后三種工況進(jìn)行監(jiān)測。

5.3 鋼桁梁懸臂撓度監(jiān)測

最大懸臂階段是整個(gè)施工過程中風(fēng)險(xiǎn)最高的狀態(tài)之一，鋼桁梁變形大小決定著頂推施工能否順利進(jìn)行。導(dǎo)梁的撓度監(jiān)測斷面共分為3個(gè)，分別為導(dǎo)梁的前端、中部和根部；主梁的撓度監(jiān)測斷面共分為2個(gè)，分別為主梁的最大懸臂處、最大懸臂與鋼導(dǎo)粱根部的中間位置處，每個(gè)斷面布置2個(gè)撓度測點(diǎn)，將棱鏡焊接在主粱、導(dǎo)梁底縱梁上，采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測。具體監(jiān)測工況為：鋼桁梁安裝完成后、每孔頂推施工開始前、每孔頂推施工完成后。

5.4 墩柱縱向位移的監(jiān)測

鋼桁梁頂推過程中采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測，在各墩柱蓋梁的左右側(cè)面布置反光片，當(dāng)反光片效果不佳時(shí)，采用棱鏡代替。當(dāng)頂推進(jìn)行到最大懸臂狀態(tài)時(shí)，各墩頂?shù)牟铰氖角Ы镯斝枰朔哪ψ枇ψ畲螅藭r(shí)的墩頂縱向水平位移最大，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測。具體監(jiān)測工況為：每孔鋼桁梁頂推施工開始前、每孔鋼桁梁頂推施工完成后、全橋鋼桁梁施工完成后。

6 結(jié)束語

該橋作為國內(nèi)首座3×80m上承式高速公路鋼桁-混凝土組合梁橋梁，施工前進(jìn)行方案比選，施工過程中采取多項(xiàng)監(jiān)控量測措施，有效控制了成橋后各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，施工過程安全可控，目前橋梁前已通車運(yùn)營，運(yùn)營效果良好。