多箱室連續(xù)箱梁頂推施工落梁技術(shù)

李二偉

(中鐵七局集團有限公司勘測設(shè)計研究院，河南 鄭州 450016)

1 工程概況

后圍寨立交尚航路是陜西省西咸新區(qū)灃東新城的一條南北向主干路。主橋 (34+35)m連續(xù)箱梁位于32#—34#橋墩上，采用單箱四室結(jié)構(gòu)(見圖1)，單向預應力體系。頂寬29 m、底寬24 m，中心梁高3.0 m，頂板厚28 cm、底板厚25 cm、邊腹板厚50 cm、中腹板厚40 cm，總重5 500 t，與隴海鐵路交角為83.87°，縱坡為20.47‰，雙向橫坡為1.5%。箱梁上跨西安車輛廠6股道、三橋動車走行線1股道和隴海鐵路2股道(見圖2)。

圖1 主橋跨中斷面(單位：cm)

圖2 主橋立面

由于本橋施工前其兩端部分橋梁和道路已經(jīng)施工完成，且受橋下鐵路凈空和橋梁縱坡限制，故在鐵路北側(cè)搭設(shè)5組鋼管臨時墩(L5—L9)組成頂推預制平臺，一次整體現(xiàn)澆預制箱梁；在32#與33#墩旁各設(shè)置1組鋼管臨時墩(分別為L1和L2)、33#—34#墩間共設(shè)置2組鋼筋混凝土臨時墩(L3和L4)組成頂推平臺及滑道系統(tǒng)；在梁體后端設(shè)置后錨裝置錨固鋼絞線拉索，并于鋼筋混凝土臨時墩(L3、L4)上各設(shè)置4臺連續(xù)千斤頂，合計8臺組成牽引系統(tǒng)；利用箱梁腹板下5條滑道由北向南單向多點托拉法跨越既有鐵路頂推箱梁到位。頂推距離64 m，最大頂推跨距位于L1—L2臨時墩之間為26.7 m。主橋頂推過程中梁底面高于支座頂面67 mm(起梁5 mm+30 mm調(diào)平鋼楔塊+32 mm滑道板+30 mm滑塊-30 mm干硬砂漿)，梁體頂推到位后在墩頂安裝保險支墩和落梁千斤頂、拆除滑道、在梁底固定支座，采取同步控制系統(tǒng)下落67 mm高度后落梁于墩頂墊石上，待灌漿料灌注并達到強度后，拆除保險支墩和落梁千斤頂，完成全部落梁工作。

2 落梁施工方案研究

2.1 落梁受力分析

采用ANSYS15.0建立空間有限元實體模型，其中主梁采用空間實體單元，支座與主梁接觸部位采用只受壓彈簧模擬。

根據(jù)主橋墩頂落梁千斤頂布置(見圖3)及實體模型分析(見圖4)，由于箱梁寬度較大，導致橫向支座處支點反力存在差異，而每個墩頂落梁千斤頂?shù)臋M向不對稱布置又加劇了支點反力的差異(見表1)，故需要對橫向每個千斤頂采取差異化控制，減小各個支點反力偏差，從而使箱梁內(nèi)力分布達到設(shè)計要求。

表1 墩頂橫向支點反力kN

圖3 墩頂橫橋向落梁千斤頂布置(單位：cm)

圖4 墩頂支點反力橫向分布

主橋縱坡較大，不僅改變了箱梁在縱向的支反力分布(見圖5)，同時給落梁同步控制增加了困難；且梁底與橋墩頂面存在一個夾角，對千斤頂要求更高。以33#墩為例，主橋水平狀態(tài)時支點反力為29 519.6 kN，縱坡狀態(tài)(縱坡20.47‰)時支點反力為27 834.5 kN，支點反力降低了5.7%。

圖5 水平狀態(tài)(左數(shù)據(jù))與縱坡狀態(tài)(右數(shù)據(jù))支墩反力變化

由上述分析可知，由于橫向、縱向反力差異的存在，給箱梁精準就位帶來了較大難度，故需針對落梁方案進行專項研究。

2.2 落梁總體方案比選

目前頂推施工連續(xù)梁落梁方式主要有如下兩種：

(1)全橋起頂、全聯(lián)調(diào)整的方法[1]。在施工過程中，采用全橋起頂?shù)穆淞悍椒〞r，橋梁整體同步均勻下降，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加彎矩少，受力合理。缺點為：墩間協(xié)調(diào)要求高，同步性不易控制；穩(wěn)定性不易控制，不適宜長大橋梁。

(2)分段落梁方案[2]。同時工作的只有1個或者2個橋墩上的千斤頂，即起頂某幾個墩，取出滑板后，然后對其中一部分墩進行落梁，待這一部分墩落到位后，再將落好的千斤頂移至下一批墩上，如此循環(huán)，直到落梁完成。優(yōu)點為：同時工作的千斤頂數(shù)量少，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高。缺點為：相鄰墩支點落差大，施工過程中梁體產(chǎn)生的附加彎矩大，落梁總高度不宜較大。

由于主橋連續(xù)箱梁存在縱向大坡度，若落梁過程采用整體同步起落方式，則在起落過程中極有可能由于千斤頂垂直起落的誤差，使得下滑力進一步增大，導致箱梁出現(xiàn)縱向水平位移，降低箱梁就位精度。因此現(xiàn)場采用改進后的分段落梁方案，即3個墩同時布置千斤頂，分步、逐孔循環(huán)下落，保證落梁過程中整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

2.3 方案細化研究

結(jié)合理論模擬分析，確定采用小位移、分步驟、循環(huán)落梁方案，并對先固定邊墩(34#)和先固定中墩(33#)兩個方案進行對比分析。

(1)方案一，先固定中墩(33#)：第一步，對32#、34#墩落5 mm；第二步，對33#墩落梁10 mm；第三步，對32#、34#墩落5 mm；如此循環(huán)直至落梁到位。優(yōu)點為：由于中墩的支反力較大，在落梁中，以其為不動點，先對邊墩落梁，落梁過程中的穩(wěn)定性增加。缺點為：落梁過程中，局部縱坡增大，對結(jié)構(gòu)受力不利。

(2)方案二，先固定邊墩(34#)：第一步，對32#墩落10 mm、33#墩落5 mm，在此過程中，當32#墩落到5 mm時暫停，待33#墩落5 mm后，32#墩繼續(xù)落梁至10 mm；第二步，對34#墩落梁10 mm，33#墩落5 mm，在此過程中，當34#墩落到5 mm時暫停，待33#墩落5 mm后，34#墩繼續(xù)落梁至10 mm；如此循環(huán)直至落梁到位。優(yōu)點為：首先以34#墩為不動點，先對縱坡上游處的32#、33#墩落梁，在落梁中，自始至終保持梁體縱向坡度不大于20.47‰，減小了縱坡對落梁的影響，對結(jié)構(gòu)受力比較有利。缺點為：落梁步驟增加，操作繁瑣。

分別對兩個方案的落梁前、第一步及第二步的跨中和33#墩處所受應力進行仿真模擬，受力計算結(jié)果見表2。

表2 箱梁所受最大應力 MPa

通過以上計算分析可知，方案一、方案二落梁時結(jié)構(gòu)應力均滿足混凝土強度要求，但是對比方案一、方案二落梁過程計算分析結(jié)果，方案二中各點的應力變化幅值均小于方案一中各點應力變化幅值，更接近成橋后箱梁的結(jié)構(gòu)應力狀態(tài)，故方案二落梁方案更加安全。最終確定采用方案二進行小位移、分步驟、循環(huán)落梁方案。

2.4 落梁設(shè)備選取及布置

選取以位移控制為主的同步頂升設(shè)備，每個墩配置一臺多接口液壓泵站，集中控制；同時根據(jù)大縱坡的特點，從廠家定制高精度(0.1 mm)、高靈敏度及大轉(zhuǎn)角(3°)的低高度千斤頂，保證落梁時箱梁正常轉(zhuǎn)動，千斤頂始終與梁底全面接觸，避免由于梁底與千斤頂不貼合而導致千斤頂受力條件變化，從而增大梁體應力。在32#、34#墩每個支座中心旁100 cm處布置1個500 t、33#墩每個支座中心旁100 cm處布置2個500 t，共20個落梁千斤頂。千斤頂布置如圖6所示。

圖6 墩頂千斤頂平面布置

3 落梁施工技術(shù)

3.1 落梁控制

為有效降低支點反力偏差，提高落梁精確性，采用兩階段落梁控制技術(shù)，即位移控制階段和支點反力調(diào)整階段。位移控制階段主要控制箱梁底面下落至設(shè)計標高，以位移控制為主，支反力控制為輔，這一階段重點控制箱梁縱向各個墩位置處的落梁位移差和橫橋向位移差。在支點反力調(diào)整階段，以支反力控制為主，位移控制為輔；這一階段重點控制各個支點位置的支反力，鎖定其它千斤頂，單個控制，逐頂調(diào)整，反復多次調(diào)節(jié)各個頂?shù)闹Х戳?，確保各個支點反力與計算值偏差不大于2%。通過兩階段落梁控制措施，最終保證寬體箱梁永久支座錨固時的支座頂標高和支座反力均滿足設(shè)計要求。

3.2 起梁施工

按照34#→33#→32#的順序，采用縱向逆坡、分級加壓、逐墩緩慢起梁的方式將梁體頂高5 mm、穩(wěn)定10 min后，記錄各個頂?shù)膲毫χ挡⑴c理論計算值進行對比修正。然后安裝保險支墩[3]，保險支墩由鋼板疊放組成，鋼板尺寸50 cm×50 cm，厚度分別為10 mm、5 mm，支墩頂面距梁底面距離不大于5 mm。

3.3 落梁施工[4-5]

拆除滑道、固定支座后，按照工序采用7個循環(huán)進行落梁操作，全過程相鄰墩間落差不大于5 mm，同一墩頂各千斤頂最大下落位移差不大于2 mm。循環(huán)落梁完成后，按32#墩取負偏差，34#墩取正偏差，33#墩偏差趨于零的原則，對逐墩進行偏差調(diào)整。位移偏差控制完成后，按照修正后的每個墩頂千斤頂支反力進行逐墩、逐頂反復調(diào)整，將支反力偏差控制在2%以內(nèi)；當支反力偏差較大時，可以適當調(diào)整各個支點處的位移，以保證箱梁應力分布更合理。

3.4 落梁過程監(jiān)測[6]

落梁過程中豎向位移的任何不均勻值都將在梁內(nèi)產(chǎn)生附加內(nèi)力，故需對落梁全過程進行主梁應力監(jiān)測，全橋共設(shè)置3個應力觀測斷面(見圖7)，位于主橋跨中和33#中墩處(1#—3#)。其中1#、3#每個斷面在上緣布置2個、下緣布置3個高精度鋼弦應變計，2#斷面在上緣共布置4個高精度鋼弦應變計，如圖8所示。

圖7 主橋應力測試斷面布置(單位：cm)

圖8 主梁應力測點橫斷面布置

梁體應力監(jiān)測結(jié)果顯示梁體均處于受壓狀態(tài)，應力值范圍在-4.3～-6.0 MPa之間，如表3所示。

表3 落梁時主梁應力監(jiān)測結(jié)果 MPa

4 結(jié)束語

經(jīng)過千斤頂壓力實測值的驗證，落梁過程中各支點實測值比模擬分析值高了0.83%，表明采用小位移、分步驟、逐墩循環(huán)落梁方式，可有效提高較大縱坡箱梁落梁精度及保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使寬體箱梁永久支座錨固時支座頂標高和支座反力均滿足設(shè)計要求。