自錨式滑板體系的設(shè)計(jì)及框構(gòu)橋頂進(jìn)施工控制

董 成

(沈陽市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 沈陽市 110015)

城市框構(gòu)橋?yàn)槌鞘械缆反┰郊扔械缆返牧Ⅲw交叉工程，施工工法主要有明挖法、蓋挖法、頂推法、暗挖法等。工程方案設(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮場(chǎng)地、交通導(dǎo)改條件、地下管線、構(gòu)筑物、覆土厚度、地質(zhì)條件、工期、造價(jià)等因素，確定合理的施工方法。結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)采用自錨式滑板體系的頂推法施工框構(gòu)橋進(jìn)行研究及分析。

1 工程概況

本工程為沈陽市五愛街/南二環(huán)互通立交中匝道S線下穿南北向城市主干道青年大街，為控制性節(jié)點(diǎn)工程，S線為雙向六車道，現(xiàn)狀青年大街為雙向十車道，交叉角度為86.27°，工程效果圖如圖1。

圖1 工程效果圖

框構(gòu)橋所在位置地層自上而下依次為：表層為市政路面結(jié)構(gòu)，厚度為0.8m；第二層為雜填土，以松散狀態(tài)為主，稍濕，主要由碎石、碎磚、粘性土等組成，厚度范圍1.5～7.4m；第三層為粉質(zhì)粘土，黃褐色，可塑，搖振反應(yīng)無，刀切面稍有光澤，土質(zhì)均勻，干強(qiáng)度中等，韌性中等；第四層為中砂，黃褐色，稍密，稍濕-很濕，石英-長(zhǎng)石質(zhì)，棱角形，混粒結(jié)構(gòu)，級(jí)配良好，含少量黏性土。地下水位位于框構(gòu)橋底板標(biāo)高以下3.5m。

本工程特點(diǎn)主要有：

(1)框構(gòu)橋頂覆土厚度為1.0～1.3m，覆土厚度小。

(2)頂進(jìn)長(zhǎng)度長(zhǎng)、箱體體積大。

(3)上部主干道青年大街交通流量大，需嚴(yán)格控制路面沉降量，施工過程中不允許中斷交通。

(4)為節(jié)省工期，S線其他位置的道路路槽施工與框構(gòu)橋頂推施工需同步進(jìn)行，即常規(guī)重力式后背梁無實(shí)施條件。

2 工程方案設(shè)計(jì)

框構(gòu)橋箱寬25.6m，橫向分兩箱，箱長(zhǎng)51.61m；頂、底板厚0.8m，側(cè)墻厚0.8m，中墻0.6m，箱高7.0m，平面布置詳見圖2?？驑?gòu)橋主體采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)工程場(chǎng)地情況，青年大街東側(cè)地下有地鐵結(jié)構(gòu)，不適宜做頂推工作坑，故將工作坑選在青年大街西側(cè)，自西向東一次頂推就位，框構(gòu)橋頂進(jìn)位置路線兩側(cè)采用樁式擋土墻支護(hù)，在場(chǎng)地四角各做一個(gè)集水井，收集場(chǎng)地積水。

圖2 滑板上頂推框構(gòu)橋平面布置圖

滑板體系及后背梁等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要取決于頂推框構(gòu)橋的頂力大小，準(zhǔn)確計(jì)算頂力是自錨式滑板體系設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2.1 頂力計(jì)算

頂推框構(gòu)橋的頂力，根據(jù)頂進(jìn)長(zhǎng)度、土的性質(zhì)、地下水情況、框構(gòu)橋外形及施工方法等因素[1]，按下式計(jì)算：

Pmax=Kn[μ1Qk1+μ2(Qk1+Qk2)+2μ3Fk+R2AR]

式中：Pmax—最大頂力設(shè)計(jì)值(kN)；

Kn—增大系數(shù)，取1.2；

μ1—框構(gòu)橋頂面與其上覆土間的摩擦系數(shù)，涂石蠟為0.17～0.34，本工程采用0.17；

μ2—框構(gòu)橋底板與基底土的摩擦系數(shù)，取0.7；

μ3—框構(gòu)橋側(cè)面與土體的摩擦系數(shù)；

Qk1—框構(gòu)橋頂上荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN)，按平均覆土厚度1.1m計(jì)算，取2947t；

Qk2—框構(gòu)橋自重標(biāo)準(zhǔn)值(kN)，取7545t；

Fk—框構(gòu)橋單側(cè)土壓力合力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)，根據(jù)實(shí)際勘測(cè)情況土體為黃粘土及部分雜土，屬于穩(wěn)定土層，取0；

R2—刃角單位面積正面阻力；

AR—刃角正面積，取1.28m2。

根據(jù)上述公式，計(jì)算Pmax為9490.8t?？驑?gòu)橋頂推力P隨框構(gòu)橋頂推行進(jìn)長(zhǎng)度L動(dòng)態(tài)變化，根據(jù)潤(rùn)滑隔離層情況，起動(dòng)頂推力取1283t；保持此頂力至底板前端脫離滑板，從底板接觸土體始，頂推力P逐步增加，至頂板刃角接觸青年大街路堤頂力P達(dá)到5281.5t，此后隨框構(gòu)橋入土深度逐漸增加至Pmax。

2.2 自錨式滑板體系設(shè)計(jì)

為保證S線路槽開挖正常進(jìn)行，頂推后背梁后無土體支撐，頂推支撐力主要由滑板與土體間摩擦力、滑板與后背梁的重力來提供，形成自錨式滑板體系。為增大滑板與土體間摩擦力，滑板下?lián)Q填2.0m塊石，滑板采用格構(gòu)式混凝土結(jié)構(gòu)，格構(gòu)間填充塊石，在滑板與后背梁間采用規(guī)格為15-7預(yù)應(yīng)力鋼絞線連接[2]。

滑板厚度為0.5m，格構(gòu)縱、橫梁采用寬0.5m，高1.5m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，后背梁采用5.9m×4.0m斷面，每道縱梁內(nèi)采用4束15-7鋼絞線與后背梁連接，張拉力控制值采用1323kN，潤(rùn)滑隔離層采用3mm石蠟+1mm滑石粉+塑料薄膜?；弩w系構(gòu)造詳見圖3。

圖3 滑板上框構(gòu)橋立面布置圖

3 工程施工流程

框構(gòu)橋主體采用頂推法施工，施工流程如下：

(1)S線路基兩側(cè)及青年大街北側(cè)采用樁基支護(hù)。

(2)開挖框構(gòu)橋主體工作坑。

(3)做滑板、導(dǎo)向墩、隔離層、后背梁、縱橫梁等，形成自錨式滑板體系。

(4)框構(gòu)橋主體鋼筋綁扎及混凝土的澆注。混凝土的澆注需特別注意混凝土水化熱影響，待框構(gòu)橋混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行頂推作業(yè)。

(5)框構(gòu)橋從“起動(dòng)”后沿滑板空頂使刃角入土直至就位，總行程約為框構(gòu)橋的長(zhǎng)度加路基的高度。

框構(gòu)橋頂推施工過程包括挖土、運(yùn)土、開鎬、頂進(jìn)、回鎬、換頂鐵、接長(zhǎng)車道、測(cè)量、校正等工作。

4 工程施工監(jiān)測(cè)要點(diǎn)

框構(gòu)橋頂推啟動(dòng)時(shí)，需逐漸加壓，并對(duì)設(shè)備及滑板、后背梁等進(jìn)行檢查，頂程≤0.5m，隨挖隨頂，遵循“小步快跑”原則。

施工過程中，需主要監(jiān)測(cè)以下內(nèi)容：

(1)橋體軸線方向、橋體高程的監(jiān)測(cè)。

(2)橋體結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

(3)頂推系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)：滑板變形、后背梁變形監(jiān)測(cè)，頂力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。

(4)現(xiàn)狀青年大街道路變形監(jiān)測(cè)。

在頂進(jìn)過程中應(yīng)對(duì)所有監(jiān)測(cè)內(nèi)容進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)、記錄和分析，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的控制、調(diào)整。

5 工程施工控制

框構(gòu)橋頂進(jìn)過程中，須堅(jiān)持“預(yù)防為主，校正為輔”的原則，以便穩(wěn)步前進(jìn)。

框構(gòu)橋頂進(jìn)過程中，左右偏差的校正分以下幾種情況：開始時(shí)，框構(gòu)橋在滑板上頂進(jìn)，此時(shí)由于前進(jìn)摩阻力小，極易發(fā)生方向偏差，應(yīng)該依靠框構(gòu)橋兩側(cè)的導(dǎo)向墩，進(jìn)行校正；框構(gòu)橋入土初期，方向校正最為重要，因?yàn)榇蟛糠挚驑?gòu)橋頂入路基后，再進(jìn)行校正，比較困難，因此框構(gòu)橋剛?cè)胪辆桶颜较?，避免發(fā)生誤差，為后續(xù)頂推順利實(shí)施打下基礎(chǔ)，此階段可采用調(diào)整兩側(cè)頂推力或增加側(cè)刃角阻力的辦法校正方向?？驑?gòu)橋頂進(jìn)過程中，為防止過大的高程偏差，通常采用以下校正方法：

(1)加大刃角阻力，使框構(gòu)橋避免“低頭”：適當(dāng)加大刃角阻力增加抬頭彎矩，尤其是上部刃角的阻力，是阻止框構(gòu)橋低頭的有效措施。但刃角阻力過大，會(huì)造成路基土體變形加大。

(2)頂推施工過程中，框構(gòu)橋進(jìn)入青年大街路基后，若路基出現(xiàn)不均勻沉降或者船頭下沉?xí)r，應(yīng)及時(shí)調(diào)整施工措施[3]，采用鋪砌塊石、澆注混凝土、設(shè)置混凝土導(dǎo)梁等措施，提高地基強(qiáng)度，消除不利影響。

(3)發(fā)現(xiàn)箱涵有“抬頭”現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)在刃角處適當(dāng)超挖，以減少阻力，增加低頭彎矩[4]。當(dāng)框構(gòu)橋重心行進(jìn)到開始超挖點(diǎn)附近時(shí)，框構(gòu)橋高程才逐漸發(fā)生變化，而校正效果方見效。因此采用超挖調(diào)整抬頭，過程較長(zhǎng)，避免大量超挖，造成事故。

6 結(jié)論

本工程通過自錨式滑板體系的設(shè)計(jì)及精確的施工控制，既保證了現(xiàn)狀主干道青年大街的正常通行，又保證了新建線路的安全質(zhì)量和工程進(jìn)度。

(1)通過自錨式滑板體系設(shè)計(jì)減少后背梁后填土，路基開挖與框構(gòu)橋頂推可同步施工，互不制約，為工程進(jìn)度節(jié)省大量時(shí)間。

(2)頂推施工中遵循“小步快跑”原則，隨挖隨頂，及時(shí)監(jiān)控、調(diào)整，避免誤差累積，可有效控制頂進(jìn)誤差。

(3)頂進(jìn)框構(gòu)橋過程中“抬頭”誤差調(diào)整難度不大，及時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過適當(dāng)超挖可及時(shí)調(diào)整，“低頭”誤差調(diào)整難度較大，且調(diào)整周期長(zhǎng)，應(yīng)通過及時(shí)觀測(cè)，通過調(diào)整地基土強(qiáng)度、增加刃角阻力等措施，避免誤差累積，可有效控制此誤差。