平豎曲線鋼箱梁橋多點自平衡頂推施工技術(shù)分析

中鐵五局集團(tuán)第二工程有限責(zé)任公司，湖南 衡陽 421002

1 工程概況

某公路改建工程羅邊大橋上跨廈蓉高速贛州北出口A匝道，線路平面位于半徑R=1500m的平曲線上，豎向位于半徑R=8000m的凸豎曲線上，其中2#墩往5#墩方向大里程端86m為上坡，坡度為1.2%，小里程端54m為緩和曲線下坡，坡度為-2.7%。該橋上跨廈蓉高速贛州北出口A匝道的主跨采用40m+60m+40m的鋼混疊合梁，鋼箱梁為工廠制作、工地螺栓連接，上跨通行道路采用智能步履式全自動多點自平衡頂推法進(jìn)行橋梁架設(shè)安裝，頂推裝置設(shè)置于永久墩及臨時墩的頂部，頂推與鋼箱梁節(jié)段組拼工序交替施工。在鋼箱梁頂推及橋面系施工期間，搭設(shè)防護(hù)棚架對橋下通行道路進(jìn)行安全防護(hù)。

2 工藝原理

步履頂推千斤頂是一種用于起重位移的專用工具，是為了滿足重載構(gòu)件或大型設(shè)備的空間三維位置精確就位需要而研制的調(diào)整設(shè)備。該產(chǎn)品的應(yīng)用可實現(xiàn)對橋梁或類似梁式重物的位移作業(yè)，進(jìn)行低高度、短距離的橫向、縱向和垂直方向的位移。步履頂推千斤頂液壓控制系統(tǒng)由N個單元液壓系統(tǒng)和總控PLC控制系統(tǒng)組成，其參數(shù)如表1所示。

表1 步履頂技術(shù)參數(shù)表

步履頂推結(jié)構(gòu)由支撐頂升油缸、縱向頂推油缸及滑塊、橫向糾偏油缸及支撐底座組成，通過這三部分的協(xié)調(diào)作業(yè)完成重物的定向移動。一套步履頂推設(shè)備包含2個頂推單元、1個液壓泵站、1個控制系統(tǒng)。

智能步履式頂推系統(tǒng)將滑移面由箱梁底部改到頂推設(shè)備內(nèi)部，顯著減小了頂推前進(jìn)時的摩擦力，避免了對主結(jié)構(gòu)的損傷，滿足了橋墩不受水平荷載及永久結(jié)構(gòu)設(shè)計受力要求，實現(xiàn)了真正的自平衡頂推。

頂推系統(tǒng)集頂升、平移、橫向調(diào)整于一體，實現(xiàn)鋼箱梁的豎向、順橋向、橫橋向的移動或調(diào)整，從而保證鋼箱梁的坡度、全橋線形；系統(tǒng)采用計算機(jī)集中控制系統(tǒng)，設(shè)備集成化、自動化程度高，動作精度達(dá)到毫米級，操控安全、方便、可靠。

工作時豎向千斤頂頂起鋼梁，水平千斤頂完成向前頂推，落梁后擱置于墊塊上，千斤頂回油完成一個行程的頂推工作，頂推過程是一個自平衡的頂推動作，其操作步驟簡述為“頂→推→落→回”工作循環(huán)。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

鋼箱梁架設(shè)主要分為工廠制作、運(yùn)輸、頂推拼裝平臺搭建、設(shè)備安裝調(diào)試、梁體頂推、梁體落梁就位等施工工序，頂推施工工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程圖

3.1 頂推平臺拼裝、施工

鋼箱梁拼裝平臺由永久墩和臨時墩組成。臨時墩采用格構(gòu)柱型鋼支撐結(jié)構(gòu)，單個立柱采用大直徑螺旋鋼管，立柱之間用槽鋼連接成整體，以保證臨時墩整體穩(wěn)定性，臨時墩立柱下設(shè)C30鋼筋混凝土基礎(chǔ)。臨時墩格構(gòu)柱和混凝土基礎(chǔ)地基承載力需要進(jìn)行受力檢算并符合要求，不良地基要用合格填料換填，壓實后再施工基礎(chǔ)混凝土，或采取其他處理措施。

3.2 頂推系統(tǒng)安裝、調(diào)試

（1）頂推系統(tǒng)安裝。一套頂推系統(tǒng)含2個步履頂頂推單元、1臺控制箱（含液壓泵站），根據(jù)頂推平臺數(shù)量設(shè)置。步履式千斤頂單個頂推器頂進(jìn)速度為3～5m/h。在每個永久墩和臨時墩底部放置1臺控制箱，并連接好步履頂?shù)囊簤汗艿?、位移傳感線路、壓力傳感線路，任意1臺控制箱均可設(shè)置成主控系統(tǒng)，通過有線網(wǎng)絡(luò)及藍(lán)牙傳輸網(wǎng)絡(luò)連接組成雙保險網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，控制其他控制箱進(jìn)行同步頂推施工。臨時墩及永久墩上每墩墩頂安裝2臺步履頂，按單幅橋梁控制中線對稱布置，其中臨時墩步履頂安裝于分配梁上，永久墩步履頂安裝于支座墊石上。每墩2臺步履頂上再各安裝1塊楔形調(diào)坡鋼板，調(diào)坡鋼板上橫橋向放置雙拼型鋼大墊梁，鋼箱梁底板與大墊梁之間接觸面墊一層3cm厚橡膠墊，起到局部承載均衡、保護(hù)鋼梁底部防腐涂層、增大箱梁與墊梁的摩擦力的作用。永久墩在蓋梁上設(shè)置工字鋼墊墩，每個墩蓋梁上設(shè)置2處墊墩，為便于拆除，墊墩采用工字鋼進(jìn)行疊合組拼，并用螺栓連接成整體。

（2）頂推系統(tǒng)調(diào)試。頂推設(shè)備安裝完成后，連接好系統(tǒng)的通信網(wǎng)路、監(jiān)控網(wǎng)路、油路及電路，進(jìn)行調(diào)試以保證在手動、自動模式運(yùn)行下，執(zhí)行元件按設(shè)定的運(yùn)動方式運(yùn)行。聯(lián)機(jī)調(diào)試時，啟動泵站，選擇手動運(yùn)行模式，在主控臺操作面板上控制執(zhí)行元件伸缸或縮缸動作，檢查其進(jìn)行的動作是否正確，并調(diào)節(jié)行程檢測裝置的檢測元件，使檢測裝置的接觸及檢測正常。系統(tǒng)手動試機(jī)完成后，選擇自動模式系統(tǒng)，檢查系統(tǒng)各千斤頂?shù)膭幼鲄f(xié)調(diào)性及同步性。如不滿足施工要求，應(yīng)認(rèn)真查找原因，排除故障，系統(tǒng)的動作完全協(xié)調(diào)方表明系統(tǒng)調(diào)試正常合格。

3.3 鋼箱梁節(jié)段拼裝

鋼箱梁根據(jù)設(shè)計圖在工廠分段制作成型及進(jìn)行試拼裝檢驗，然后分段運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，按頂推順序先拼裝第1節(jié)段和導(dǎo)梁，節(jié)段和導(dǎo)梁拼裝完成后開始頂推，并形成拼裝→頂推循環(huán)作業(yè)。鋼箱梁節(jié)段間用10.9s高強(qiáng)螺栓和連接夾板將2節(jié)箱體連接成整體。節(jié)段單個箱體采用300t汽車吊整體吊裝至拼裝平臺準(zhǔn)確就位，并配合1臺50t汽車吊吊裝縱橫梁和連接鋼板，吊裝箱體時節(jié)段底板連接處連接鋼板需預(yù)先安裝在一側(cè)箱體上并完成螺栓初擰。

箱體就位后按從下到上的順序吊裝連接鋼板和縱橫梁，并用沖釘臨時固定連接鋼板與箱體、縱橫梁的螺栓孔位，按初擰、終擰力矩要求擰緊高強(qiáng)螺栓。螺栓擰緊操作可使用手持電動扳手，在電動扳手上設(shè)定好初擰、終擰扭矩，螺栓達(dá)到擰緊扭矩后，電動扳手自動斷電完成擰緊工作。

鋼箱梁前端鋼導(dǎo)梁長為主跨的0.6～0.8倍，鋼導(dǎo)梁主梁分2個工字型鋼結(jié)構(gòu)，并用槽鋼進(jìn)行平連。鋼導(dǎo)梁與主梁連接時，在鋼箱梁封端板處設(shè)置加強(qiáng)板，用10.9s級M22高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接；鋼導(dǎo)梁節(jié)段連接部位設(shè)置加強(qiáng)板，用10.9s級M22高強(qiáng)螺栓連接。

3.4 鋼箱梁節(jié)段頂推

鋼箱梁初始頂推節(jié)段為鋼導(dǎo)梁+第1、第2節(jié)段，后續(xù)按拼裝1個節(jié)段頂進(jìn)1個節(jié)段形式進(jìn)行循環(huán)作業(yè)。步履頂每循環(huán)進(jìn)尺為0.4m，用時4～5min，操作步驟如下。

步驟一（頂升）：開啟支撐頂升油缸，使支撐頂升油缸同步上升，直到鋼梁脫離落梁調(diào)節(jié)支座，如圖2所示。

圖2 步驟一“頂”

步驟二（平推）：開啟頂推油缸，使鋼梁與上部滑移結(jié)構(gòu)整體前移，直至平推油缸完成一個行程，如圖3所示。

圖3 步驟二“推”

步驟三（下降）：開啟頂升油缸，使鋼梁與上部滑移結(jié)構(gòu)整體下降，直到頂升油缸完全脫離鋼梁，如圖4所示。

圖4 步驟三“落”

步驟四（回縮）：開啟頂推油缸，使上部滑移結(jié)構(gòu)向后回位，回到初始位置，并開始下一個往復(fù)行程，如圖5所示。

圖5 步驟四“回”

橋面平面位于圓曲線上，頂推機(jī)全部沿各自前進(jìn)方向頂進(jìn)，鋼箱梁節(jié)段每頂推前進(jìn)5m需要進(jìn)行一次糾偏操作，測量梁面各中線控制節(jié)點軸線偏位情況，通過主控箱設(shè)置各頂推點橫向糾偏數(shù)據(jù)，利用步履頂?shù)臋M向糾偏千斤頂調(diào)整平面位置，確保梁體曲線線型誤差符合規(guī)范要求。

3.5 監(jiān)控量測

鋼箱梁節(jié)段拼裝及頂推施工過程中均使用全站儀進(jìn)行平面線型控制，使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程控制。頂推過程中進(jìn)行平面位置跟蹤監(jiān)控和臨時墩鋼管柱位移監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)線型有偏差要及時進(jìn)行調(diào)整。

頂推過程中需要進(jìn)行鋼箱梁主梁、永久墩和臨時墩應(yīng)力監(jiān)控，永久墩和臨時墩位移監(jiān)測，導(dǎo)梁變形監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)施工過程中有超允許值需要暫停施工，并分析原因，確定控制措施。

3.6 落梁就位

落梁就位順序為拆除導(dǎo)梁→拆除步履頂→安裝落梁千斤頂→安裝支座→落梁就位。落梁千斤頂采用薄型和超薄型豎向千斤頂進(jìn)行交替作業(yè)。

鋼箱梁梁體頂推到設(shè)計平面位置后先拆除導(dǎo)梁，在拆除過程中，鋼梁全程處于簡支狀態(tài)，不得出現(xiàn)懸壁情況。

落梁千斤頂仍采用原步履頂頂推控制系統(tǒng)，落梁千斤頂與梁體底板間隙支墊鋼墊板和橡膠墊片，落梁方法為豎向千斤頂升降循環(huán)，逐步拆除鋼墊墩、落梁千斤頂頂部墊塊至梁體全部落于支座上鋼板上，支座上鋼板與梁底預(yù)埋板之間用二保焊采用斷續(xù)焊進(jìn)行加焊，最后對支座地腳螺栓錨栓孔采用無收縮灌漿料封閉，完成全部鋼箱梁頂推安裝工作。

4 結(jié)論

該橋鋼箱梁采用多點自平衡頂推施工技術(shù)完成架設(shè)后，復(fù)測其三維坐標(biāo)，施工誤差均符合相關(guān)驗收規(guī)范要求。該技術(shù)主要施工工藝特點如下：

（1）利用自動化控制系統(tǒng)控制步履頂對鋼箱梁進(jìn)行“頂→推→落→回”循環(huán)作業(yè)，達(dá)到連續(xù)頂進(jìn)目的。

（2）針對平豎曲線橋梁線型，利用步履頂可進(jìn)行橫向、豎向調(diào)整的特性，保證梁體姿態(tài)的準(zhǔn)確性和平衡穩(wěn)定。

智能步履式全自動多點自平衡頂推系統(tǒng)在進(jìn)行橋梁頂推施工時具有良好的可操控性，有充足的安全保障，將在橋梁工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。