公路鋼結(jié)構梁橋頂推法跨高速公路施工技術的實際應用

李 鑫,楊 松

[重慶交通建設（集團）有限責任公司,重慶 400000]

0 引言

頂推法是鋼結(jié)構橋梁施工中的一種關鍵施工方法，在寬、深河流、深谷等特殊地形條件下的橋梁施工中應用廣泛。在頂推法的應用中，于橋梁的端部處組織澆筑和拼裝作業(yè)，并通過千斤頂對相應的裝置進行縱向頂進處理，使滑塊和滑道附著在梁體上，按順序推進到指定位置，無誤則落梁，最終將節(jié)段梁安裝到位。整個供需緊密銜接，施工效率較高。鋼結(jié)構主要由鋼板和鋼門組合而成，所以鋼結(jié)構施工重量輕、強度高，在建筑施工過程中鋼結(jié)構的安裝非常簡便，結(jié)構也更加靈活。近年來已廣泛應用在各類超高及特大型建筑施工的過程中，如高速公路主橋橋型為雙拱形塔雙索面斜拉橋等，下文主要根據(jù)具體的建筑案例加以論述[1]。

1 工程概況及施工情況

1.1 工程概況

該工程主橋橋型為雙拱形塔雙索面斜拉橋，孔跨布置為（90+2×54+90）m。主梁采用等高箱型截面梁，單箱三室直腹板截面，梁高2.4 m，寬20（26）m，混合梁體系。其中跨為混凝土梁，總長120 m；邊跨為鋼梁，總長168 m。鋼-混凝土結(jié)合段設在邊跨，在距次中墩中心6.0 m 處，結(jié)合段長2.0 m。

1.2 跨高速鋼梁施工情況

1.2.1 跨高速鋼梁結(jié)構

大跨度高速鋼箱梁是一種全焊接鋼箱梁結(jié)構，縱向截面形狀與副跨混凝土鋼筋的直徑相對應。在該工程的施工對象雙拱形塔雙索面斜拉橋的每300 cm 設置一個橫向間隔柱，鋼箱梁頂邊厚度為16 mm，底部厚度為14 mm，腹板層邊緣厚度為20 mm，腹層中間厚度為14 mm。鋼箱梁橋面鋼板主要為正交異性鋼板和縱向加勁肋所組成，加勁肋為U 形鋼板肋，高約280 mm，鋼板厚8 mm。U 形肋間隔約為600 mm，并在雙拱形塔雙索面斜拉橋的墩緣設T 形肋，豎向肋板高150 mm，厚10 mm，橫向肋板高100 mm，厚10 mm。箱梁底板加勁肋則采用了U形肋，直徑為200 mm，鋼板厚8 mm，間隔約700 mm。腹板加強筋的長度為150（180）mm，厚度為14 mm。隔膜為12 mm 厚，在電路中心和電路側(cè)開有槽，使鋼箱梁的截面特性逐漸過渡，在鋼箱梁的上、下板端部的U 形加勁肋上設置有倒T 形加勁板。上下板部分厚度為20 mm，局部腹板厚度為24 mm。

1.2.2 施工環(huán)境

該橋梁所穿過區(qū)域，大致劃分為林帶、荒地、少量水塘以及民房。在高速公路和大橋斜交時，其交角為48°，在路肩處與順橋轉(zhuǎn)彎時的平均間距則為37 m。建設過程中，禁止封閉外環(huán)路車道或阻礙交通。

2 頂推法施工原理及施工方法

該工程施工過程中應用到頂推法工藝，借助螺旋千斤頂?shù)裙ぞ?，進一步增加對鋼結(jié)構梁式橋的水平推進，從而實現(xiàn)速度提升的目的。輔助設計的臨時浮動塊以及水平移動的臨時浮動塊，頂推時在滑道和橋體間的摩擦力極小，借助這些優(yōu)點，能夠迅速達到滑道與橋體間的平衡作用，并且不會產(chǎn)生摩擦力。經(jīng)過對推桿裝置的自動能力分析，目前頂推法施工一般采用兩類方式:多點頂推法和單點頂推法。該橋梁橋面較短，且橋型屬于直線橋，選擇單點控制的推進方式比較方便。通過利用橋墩與橋臺之間的反作用力，合理地調(diào)節(jié)因梁體下滑產(chǎn)生的摩擦力，使梁體在滑行過程中獲得平衡（見圖1：頂推器布置圖）。通過對單點頂推法和多點頂推法的對比研究，可發(fā)現(xiàn)單點頂推法對該工程橋梁的需求相對較少，在該工程中應用單點頂推法可使該橋梁承載力相對較小，能夠更合理地調(diào)節(jié)該橋梁的位移速度[2]。圖2 為頂推工藝流程圖。

圖1 頂推器布置圖

圖2 頂推工藝流程圖

3 頂推總體施工流程

以該項目雙拱形塔雙索面斜拉橋鋼桁梁的拼裝為例，鋼桁梁的拼裝要以所鋪設的鋼軌規(guī)格為固定基礎，先吊裝主橋，然后拼裝大梁，最后再拼裝各腹桿。在鋼桁架的吊裝過程中，需要嚴格把控以下幾點：對吊機的起吊能力、起升重量、吊機的站車位置等數(shù)據(jù)進行校驗和復核，以保證吊車在吊裝過程中的安全和可行性。在現(xiàn)場的安裝中需要確保把每個螺栓都連接并固定在一個預期的強度數(shù)值上，要充分考慮到螺栓緊固時預定數(shù)量的不足及過于緊實的問題，由于現(xiàn)場緊固螺釘數(shù)量太多且均勻密布，所以緊固螺釘都需要擰緊，重新檢驗螺栓強度，檢查是否有漏上力螺栓。焊接工藝則為鋼結(jié)構上、下翼子板的連接工藝，該部分采用的焊接工藝為對稱、同向、同速的兩種焊接工藝。在施工現(xiàn)場使用的焊縫焊接過程中，采用縱向焊縫從中間到兩側(cè)焊接的方法，以減小焊接應力和相應的焊縫成形對鋼結(jié)構的影響[3]。

4 頂推施工工藝和方法

4.1 鋼結(jié)構橋梁頂推設備的準備

對該工程項目進行鋼梁頂推設備準備時，首先要保證千斤頂裝置的數(shù)量與壓力都達到技術規(guī)定。即兩套最高氣壓均為70 MPa、最高車速均為3～5 m/h 的自動連續(xù)提升系統(tǒng)，加上由兩臺液壓站和兩臺主機構成的動力系統(tǒng)，為整個項目的開展奠定堅實的基礎。此外，該螺旋型千斤頂裝置還應滿足協(xié)調(diào)控制臺控制和同步控制的兩種要求。當該橋的梁體位移增大時，應加大對偏移側(cè)連接器的提升力矩，并逐步調(diào)節(jié)高度，以確定梁體的縱軸位置。在該橋的臨時支架上均有補偏裝置，可以及時糾正吊裝過程中產(chǎn)生的偏差。千斤頂提升力計算：梁重G1=At，導桿重G2=Bt，鋼模重G3=Ct[4]。

外部荷載：G=G1+G2+G3=（A+B+C）t (A、B、C 為常數(shù))

靜摩擦力：F=（A+B+C）t×0.07（滑塊與不銹鋼模板的啟動摩阻系數(shù)常用0.06～0.07，該工程采用0.07 驗算）。

動摩擦力：F=（A+B+C）t×0.05（動摩擦系數(shù)可按0.04～0.05 選，該工程采用0.05 驗算）。

4.2 橫向糾偏裝置

鋼桁梁兩端1—5 號墩臺部位均設有矯正裝置，通過正反螺線及千斤頂調(diào)節(jié)主桁中線在下滑道中的間距。應用頂推法施工時，必須進行橫向偏差的觀測工作，適時做出適當調(diào)整。

5 頂推關鍵施工技術

5.1 拼裝平臺

鋼梁拼裝平臺采用φ325×10 mm 的鋼管作為立柱，柱間剪刀撐采用L75 的角鋼，上部分配梁采用雙拼I30 工字鋼，立柱的上下兩部分采用I-30型鋼組合，高度調(diào)節(jié)裝置也采用I30 工字鋼。為改進方柱裝配線，在整個裝配平臺的材料中采用Q235B 鋼。拼裝平臺連接施工后，荷載應比以前增加1.1 倍，以保證梁段拼裝過程中不出現(xiàn)因沉降引起的線性偏差。

5.2 導梁

設計鋼梁頂距53 m，鋼導梁總長33 m，為頂距的0.62倍，導梁分為三段，第一段長9 m，第二段和第三段長12 m，自重約46 t。鋼導梁采用兩個中心距6 m 的U 形變截面鋼板梁，鋼結(jié)構采用導梁根部比鋼箱梁高2.4 m。與鋼箱梁的上、下板、縱隔板焊接而成。兩個導梁通過交叉連接系統(tǒng)連接，以增加整體穩(wěn)定性[5]。

5.3 頂推支墩及墊梁

每兩個頂推支墩為一組，在澆筑過程中最少設三組支墩，包括二組頂進墩以及一組接收墩。支墩上方設置臨時性鋼墊板梁用作頂推裝置下降或回位過程中鋼柱拼裝的支承。臨時性鋼墊梁和頂推裝置通常為順橋方向布設。

該主橋鋼梁為單箱三室結(jié)構，頂推設備和臨時鋼墊的中心線應與鋼箱梁的兩層中間相對應，2#管支架的交叉距離為6 m。該工程施工期間，千斤頂支架的設計承載力為500 t，使用4 根φ800×的鋼管組成支墩（單根鋼管設計承載力不小于160 t），鋼柱間距為2.0×2.0 m，管道之間的連接系統(tǒng)采用溝槽鋼管，管道和支架的材料標準為管道和支架的標準。枕梁位于水管支架上方，與推動裝置配合，以維護由鋼柱組裝的重要部件。枕梁規(guī)格為4.4×2×2.5 m。

5.4 鋼梁頂推

5.4.1 制作梁臺座和節(jié)段

梁基是混凝土箱梁段及頂升施工的過渡區(qū)，梁段的預制期對整座橋的施工時間有一定的影響。頂部提升段的長度通常在10～24 m 之間，16～20 m 是最常用的。除了首節(jié)和末節(jié)外，各橋墩的長度均相同。在常規(guī)的擠壓后，通常一個階段的工作循環(huán)是7～15 個工作日。這并不是因為它的長度太大而造成的，生產(chǎn)時間是7個工作日。這就需要在模具的設計過程中，模具的外部模具要采用大型的整型件，內(nèi)部模具能夠被拉出并被整個地推動。此外，還應將蒸氣的再生情況以及設備的強度等因素也一并納入考量。

5.4.2 導梁上墩

在此基礎上，對導梁進行了優(yōu)化，并對其進行了分析。通常，導桿的長度是其最大跨度的0.6～0.7 倍。導梁長度越大，其負跨扭矩越小，導梁越大，越容易引起承載力的增大。在此基礎上，導桿的剛性應該為主梁的1/5～1/9，它對主梁內(nèi)力的作用要比它的長度大得多。在保證結(jié)構的穩(wěn)定性和強度的前提下，導桿的剛性降低，而剛性變化的導桿可以減小最大載荷下的負彎矩，從而使得兩個負彎矩接近。

由于承重節(jié)點的負彎矩增大與跨徑的平方成比例關系，而如果箱形截面和預應力梁受力受限，那么在跨距增大到某一極限時，就無法重新設置預應力梁，因而使用頂推方法進行箱梁會出現(xiàn)“適用跨度”問題。增加適用范圍的一種方式是安裝一個臨時橋墩。在連續(xù)梁長比上挑跨長的情況下，宜采用中間的橋墩作為橋涵。在頂升橋沒有設置中間臨時橋墩的情況下，為了達到連續(xù)梁頭首次設置的鋼導柱及頂部翻落的需要，提出了一種新的設計思路。為了使梁體與梁基脫模后的梁體線形保持統(tǒng)一，在梁基前及一跨梁間設臨時墩臺，以確保梁體線形與卸載后的橋面接觸。梁體在梁基上頂出后，與下一梁的澆筑不會有很大的角度。在軟件中對主梁和導梁進行建模，能夠預測導向梁與該橋梁主梁間懸停的最大下?lián)闲詳?shù)值，斜拉橋的工程導梁下?lián)现禐?75 mm?？梢岳孟淞贺Q曲線法，在拼裝導梁前先預整300 mm，以減小導梁在該橋上的問題。當導梁仍然無法順利上墩時，通過提高或降低2#頂推支墩高度和頂進裝置中墊梁的數(shù)量，使箱梁帶動導梁端頭上升或下降，從而順利上墩。

5.4.3 頂推導向和糾偏機制

橫導能夠?qū)︿撝闹芯€進行有效的控制，尤其對于環(huán)形曲面，采用橫式引導更加有效。在預成型的基座前面的橋墩上，分別設置一對引導裝置，以控制各橋面的水平方向，確保梁的末端與預型板的垂直方向。在進行頂起時，要特別重視側(cè)向變形，尤其是主梁和橋墩的側(cè)向變形。在國內(nèi)已建成的各種橋型中，中跨、多跨長箱梁橋占據(jù)了很大比例，而國內(nèi)的高架橋卻很少，所以采用頂升技術是一種比較好的結(jié)構形式，具有很好的發(fā)展?jié)摿ΑＴ谖覈?，隨著我國工程技術的發(fā)展，預應力混凝土的強度、預壓技術的發(fā)展，以及各種設計計算的原理與方法的改進，其支撐技術也將逐步得到改善。

5.4.4 導梁拆除

在最后一輪鋼梁頂升施工中，必須及時拆除鋼導梁。墊層放置在6#墩的臨時支架上，導梁兩端分別放置在提升支架和臨時支架上，沿段線切割并分割第一段導梁。使用130 t 汽車起重機將切割后的導梁提升至橋墩6#側(cè)的空地，重復上述步驟，完成導梁剩余部分的拆除[6-7]。

6 結(jié)語

綜上所述，主該橋梁工程施工中，鋼結(jié)構梁橋頂推施工方法在技術的先進性和降低成本上作用突出，在橋梁鋼桁梁施工的現(xiàn)場安裝施工技術和長度不足80 m 的鋼構橋施工技術中，主要具備如下施工過程：吊裝工具裝置的選型、鋼構件的安裝、頂推與落梁的施工，做到了上述方面的基本要求，可以給鋼構橋施工帶來質(zhì)量保證。