鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工中頂推滑移法的應用

張書含 果 冰

（1.黃茅?？绾Ｍǖ拦芾碇行?，廣東 廣州 519000；2.中鐵山橋集團有限公司，河北 秦皇島 066205）

0 引言

目前鋼結(jié)構(gòu)橋梁應用廣泛，在該背景下產(chǎn)生了許多橋梁施工方法[1]，由于鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工工作十分復雜，需要在保證承載力的基礎上提升橋梁施工準確度，避免出現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題，導致其施工難度較大。為了提升施工效果，目前已經(jīng)有學者研究了橋梁施工技術(shù)，例如林明樞提出了一種全封閉防護掛籃施工技術(shù)[2]；劉俊峰提出了一種大跨度梁拱組合鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工技術(shù)[3]。但以上方法難以降低鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工誤差。頂推滑移法效果較好，方式簡單，對起重設備、牽引設備要求不高，應用優(yōu)勢明顯，該方法將施工分為3個主要環(huán)節(jié)，即在現(xiàn)場施工場地或工程段固定場地中對橋梁段進行拼接施工、對現(xiàn)場的臨時性結(jié)構(gòu)與永久性結(jié)構(gòu)進行預應力張拉施工和通過場地中的頂推滑移裝置對梁體進行依次或逐段頂進，保證了橋梁的施工效果。為了解決以上方法存在的問題，該文將頂推滑移法應用到該領域，設計了一種基于頂推滑移法的鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工方法。

1 橋梁工程項目情況

該文基于某橋梁工程設計施工方案。已知其結(jié)構(gòu)為典型鋼結(jié)構(gòu)，整體鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量為1200t且橋梁道路設計為雙向六車道。在施工過程中將橋梁跨河部分的箱梁分為四等份，每段箱梁的長度為28m，寬度為4.36m，質(zhì)量為120t。由于該橋梁工程單段箱梁質(zhì)量較大，分段長度較長且施工環(huán)境復雜，導致施工難度較大。為了詳細了解該項目，橋梁工程項目概況見表1。

表1 橋梁工程項目概況

2 基于頂推滑移法的鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工方法設計

2.1 設計鋼結(jié)構(gòu)主體梁結(jié)構(gòu)頂推施工工藝與流程

頂推滑移法即需要按照條狀單元形狀分割梁結(jié)構(gòu)，再將分割后的梁結(jié)構(gòu)預先鋪設在滑移軌道上，由一端滑移到另一端，在就位后進行總拼。為了確保鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程的施工效果，該文將頂推滑移法作為鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程的主要施工工藝，參照工程需求設計了如圖1所示的施工流程。

由圖1可知，當拼裝鋼結(jié)構(gòu)桁架時須先修建臨時反力樁，鋪設鐵軌后再進行橋梁結(jié)構(gòu)中主梁的吊裝施工，當施工時須安裝前導梁、臨時滑動臺座、頂推牽引系統(tǒng)、縱向頂推千斤頂以及糾偏裝置。安裝完畢后拆除前導梁、后頂梁、滑動臺座和糾偏裝置，最后進行腹桿拼裝，完成工程項目施工流程的設計。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)主體梁結(jié)構(gòu)頂推施工工藝流程

2.2 布置施工現(xiàn)場液壓頂推滑移裝置

在設計完鋼結(jié)構(gòu)主體梁結(jié)構(gòu)頂推施工工藝與流程后，需要布置液壓頂推裝置。該裝置整體結(jié)構(gòu)屬于組合式，在該裝置設置上、下支撐板，前端用于驅(qū)動與水平滑移，使抬升的結(jié)構(gòu)在操作面上呈現(xiàn)水平摩擦狀態(tài)，為裝置運行提供驅(qū)動作用力。將裝置的另一端與頂升裝置進行銜接來承載自重。下支撐板需要起承重導向以及徑向限制構(gòu)件水平位移的作用，為了降低滑動摩擦系數(shù)的影響和保證壓頂推滑移裝置的順利移動，須矯正滑移面平面度變形，焊縫接口處應打磨平整且在正式滑移前涂抹黃油潤滑軌道和各個接觸面。該液壓頂推滑移裝置立面全貌如圖2所示。

圖2 施工現(xiàn)場液壓頂推滑移裝置立面示意圖

在實際操作過程中，該裝置主要由4個部分構(gòu)成，分別為“縮”“降”“推”“頂”。當施工時，利用該裝置整體頂起主橋結(jié)構(gòu)，使用頂升與平移聯(lián)合操作相結(jié)合的方式向前推動氣缸（圖3），使主橋整體結(jié)構(gòu)下降并置于橋梁支撐結(jié)構(gòu)上[4]。完成上述工作后繼續(xù)驅(qū)動裝置推動油缸，推動完成后回收相應裝置。以上過程是頂進施工的主體步驟，重復上述操作即可將橋梁主梁結(jié)構(gòu)頂推到預設位置。

圖3 推行程

2.3 頂推施工與落梁施工

為了保證橋梁工程的順利施工，需要解決頂推施工過程中結(jié)構(gòu)與軌道之間摩擦過大的問題來保證頂推施工的合理性?？梢栽陧斖栖壍琅c滑動結(jié)構(gòu)之間多次涂抹潤滑試劑來減少摩擦，再操作吊車將鋼梁水平放置于軌道結(jié)構(gòu)上，做好信息標注，避免當施工時出現(xiàn)結(jié)構(gòu)偏移問題。需要使用千斤頂作為輔助支撐工具，根據(jù)工程實際施工需求，這次選擇的千斤頂為10.0t結(jié)構(gòu)設備[5]。施工前在橋梁底部托梁邊緣位置安裝2塊擋板，將頂進設備與梁體結(jié)構(gòu)放置于擋板結(jié)構(gòu)的中間位置，以平穩(wěn)的速度持續(xù)推進，當推進時應注意鋼梁兩端受力均勻。當滑塊頂進施工時容易出現(xiàn)滑動摩擦，需要將滑動摩擦力控制在0.05～0.10，即鋼梁兩側(cè)需要同時受到3.0t～6.0t的有效推力，確保當結(jié)構(gòu)推進施工時兩端受力均勻且能夠平穩(wěn)移動。

吊車梁與柱子有一個連接點，這個連接點需要受力，為了滿足承受力需求通常將其做得足夠粗大，這個足夠粗大結(jié)實的接點托梁即牛腿梁。鋼結(jié)構(gòu)梁身質(zhì)量極大，為了具備足夠的承受力來順利安裝梁體結(jié)構(gòu)施工，需要安裝牛腿梁。在對接前，需要分析梁體支座的受力情況來得出牛腿梁應承受力的區(qū)間。由于牛腿梁主要承受豎向支反力的作用，因此該文主要研究豎向支反力。一般情況下，當超載時豎向支反力的影響較大，偏載作用下支座反力增幅更大。支反力的增加會使支座承受更多壓力，在上述分析的基礎上對橋梁支座在正常及超載情況下的承壓進行計算，如公式（1）所示。

式中：Z為牛腿梁承壓面積，Y為橋梁壓力標準值；U為汽車荷載計入沖擊系數(shù)。

在工程施工中，通過施工監(jiān)測判定工程施工精度，采用便攜式支座綜合測量法抽取監(jiān)測值與理論值，其對比表見表2。

表2 監(jiān)測值與理論值的對比表

在這個基礎上設計牛腿梁面積和承受力?？紤]到滑移軌道位于混凝土梁體面層，當進行滑塊推移時，梁體結(jié)構(gòu)的標高會高于工程預設標高且結(jié)構(gòu)中的牛腿寬度僅為300.0mm，預留位置不能滿足千斤頂?shù)姆胖眯枨骩6]。當落梁施工時，需要根據(jù)梁體結(jié)構(gòu)的布置情況在兩端位置加裝一個“彎鉤”形狀的刀頭，將該刀頭作為假頭來為落梁提供必要的支撐作用力。

假頭作為推滑移裝置中最薄弱的承重部件，需要對其進行撓度和抗彎強度的校驗來確保正常使用。

撓度計算[7]如公式（2）所示。

式中：I為界面慣性矩（mm）；E為鋼材彈性模量（Pa）；l為鋼材長度（mm）；q為鋼材的均勻荷載（N/mm，其均勻荷載計算公式為q=G/L，G為鋼材重力，L為鋼材長度）。

由公式（2）計算出撓度，該數(shù)值必須小于機械手冊對應鋼材的最大撓度。

抗彎強度核算[8]如公式（3）所示。

式中：σ為彎曲強度（MPa），Wmax為撓度強度的倒數(shù)，M為彎矩（N·m），P為鋼材重力（N）。

由式（3）計算出彎度強度，該數(shù)值必須小于機械手冊的對應鋼材的最大撓度。

當鋼梁下落時要保證頂升結(jié)構(gòu)及時下落，使梁體結(jié)構(gòu)成功對接牛腿梁，還應精確計算鋼梁的尺寸與結(jié)構(gòu)受力。如果采用預制的方式設計制作假頭，需要在橋梁工程施工作業(yè)現(xiàn)場通過焊接的方式連接各個結(jié)構(gòu)，使用滑移裝置將箱梁頂進至指定位置，在假頭底部進行結(jié)構(gòu)架設[9]。工字鋼結(jié)構(gòu)是一種截面形狀為工字型的型鋼結(jié)構(gòu)，具有抗彎能力強等優(yōu)勢，為了保證橋梁的使用壽命，該文在架設施工中使用工字鋼結(jié)構(gòu)支架，采用逐層搭接的方式對支架進行搭設銜接。再使用10.0t千斤頂將結(jié)構(gòu)頂起，對鋼結(jié)構(gòu)梁體中的加長段進行切除處理，再抽掉支架中的層級結(jié)構(gòu)，使鋼梁在主體結(jié)構(gòu)中下降一層。這時，假梁頭位于結(jié)構(gòu)支架外側(cè)，繼續(xù)抽取支架進行結(jié)構(gòu)的二次頂起處理。按照上述步驟不斷循環(huán)處理，直到結(jié)構(gòu)落降到指定位置后即可完成循環(huán)。然后需要拆除施工現(xiàn)場的臨時性結(jié)構(gòu)，測量與校正橋梁中所有的構(gòu)件，如果結(jié)構(gòu)拼接無縫或施工結(jié)構(gòu)尺寸與預設結(jié)構(gòu)尺寸有誤，需要繼續(xù)上述操作，如果尺寸無誤則完成橋梁施工，至此完成基于頂推滑移法的鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工方法的設計。

3 試驗分析

在明確該橋梁工程項目的基本概況后，應用該文上述研究方法對該項目進行安裝試驗。為了保證試驗有效性，將文獻[2]、文獻[3]方法作為對比方法，劃定3處測試位置，不同測試位置均具有相同的結(jié)構(gòu)，對不同結(jié)構(gòu)進行標號，一共5處，不同結(jié)構(gòu)的名稱見表3。當測試時將各個施工位置處的結(jié)構(gòu)誤差和承載力大小作為評判指標，要求在完成施工后各個施工位置的結(jié)構(gòu)誤差均在表2的允許范圍內(nèi)，結(jié)合具體施工條件，各個標號處的承載力也需要在35.0×105kPa～50.0×105kPa的范圍內(nèi)，如果承載力更高須同樣符合施工質(zhì)量標準。

表3 鋼結(jié)構(gòu)橋梁各結(jié)構(gòu)允許誤差對應表

利用亦力DS-32E水準儀測量各個結(jié)構(gòu)間的施工誤差，將得出的數(shù)據(jù)繪制成表4。

由表4可以看出，按照三種方法完成施工后，鋼結(jié)構(gòu)橋梁各個結(jié)構(gòu)誤差均在允許范圍內(nèi)，可知三種方法的施工精度符合要求，但與另外兩種方法相比，該文方法的結(jié)構(gòu)誤差更低，最低僅為1.5mm，另外兩種方法的結(jié)構(gòu)誤差最低分別為2.1mm和1.8mm，遠遠大于該文方法應用后的結(jié)構(gòu)誤差，證明該文方法的結(jié)構(gòu)施工精度更高。分析應用三種方法后各個箱梁分段的承載力可知承載力均符合標準范圍要求，但是該文方法在其中兩段的承載力優(yōu)于施工設計圖紙的標準，承載力最高可達到58.3×105kPa，而另外兩種方法的承載力最高僅為54.8×105kPa和53.4×105kPa。由此可知，無論在結(jié)構(gòu)誤差還是承載力方面，該文方法的應用效果都不錯，能夠提升應用后的施工質(zhì)量。

表4 三種方法施工后鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工效果對比表

綜上所述，該文提出的方法在應用后能夠得到更好的施工效果，可以保證施工質(zhì)量，保障施工安全。

4 結(jié)語

該文研究了一種基于頂推滑移法的鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工方法，從設計鋼結(jié)構(gòu)主體梁結(jié)構(gòu)頂推施工工藝和流程、布置施工現(xiàn)場液壓頂推滑移裝置和頂推施工與落梁施工3個方面完成對工程施工方法的細化設計。通過試驗證明了該文設計方法具有更高的結(jié)構(gòu)精度及承載力，希望能為同類型的鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工提供參考。