鋼-混組合梁安裝中步履式頂推法的應(yīng)用

龍建鳳

（吉安市路橋工程局,江西 吉安 343000）

0 引言

頂推施工是在橋縱軸向后方所設(shè)置的預(yù)制拼裝場(chǎng)地分節(jié)段或整體預(yù)制梁體，將梁體連接成整體后通過(guò)水平千斤頂頂推至離開預(yù)制場(chǎng)地，在預(yù)制場(chǎng)地再繼續(xù)預(yù)制下一節(jié)段梁體，如此循環(huán)，直至結(jié)束施工。以上梁體頂推過(guò)程通過(guò)步履式頂推機(jī)施工時(shí)，即為步履式頂推法。與其他的頂推工藝相比，步履式頂推施工速度快，精度高，無(wú)墩頂水平力產(chǎn)生，梁體受力也更加均勻，對(duì)于跨線橋梁體更為安全和適用。而現(xiàn)階段對(duì)步履式頂推施工技術(shù)的研究主要集中在混凝土橋方面，有關(guān)鋼-混組合梁步履式頂推施工的理論研究及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)均較少，設(shè)計(jì)及施工人員對(duì)鋼-混組合梁步履式頂推施工時(shí)箱梁受力性能并未完全掌握。為此，該文對(duì)涇河大橋鋼-混組合梁步履式頂推施工問(wèn)題展開分析探討，為鋼-混組合梁步履式頂推安裝積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

G312線鳳翔路口（陜甘界）至平?jīng)鰱|（曹灣村）段公路涇河大橋跨徑布置為（5×50）m，結(jié)構(gòu)形式為槽型鋼-混凝土組合梁橋，橋梁平面為直線，橋面寬12 m，梁高2.4 m，斷面布置2個(gè)槽型鋼梁，橋面板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，板厚30 cm，并通過(guò)預(yù)制板+現(xiàn)澆施工，其中厚10 cm的預(yù)制板兼做底模。橋面為10 cm厚的瀝青混凝土鋪裝。橋梁上部為5～50 m連續(xù)鋼箱組合梁結(jié)構(gòu)；橋梁長(zhǎng)250 m，橋平面位于直線上，橋面縱斷面位于R=6 500 m的豎曲線上。橋面橫坡為雙向2%、縱坡2.5%，鋼箱梁為雙箱兩室布置，高2.1 m、寬3 m，頂板厚24 mm和40 mm，底板厚16 mm和24 mm，腹板厚14 mm和18 mm，材質(zhì)為Q355D，總用鋼量1 170.87 t。

結(jié)合該橋梁計(jì)算報(bào)告中對(duì)工況的分析，支撐點(diǎn)最大支反力為1 439 kN，取2倍的安全系數(shù)，則頂推設(shè)備單點(diǎn)最大豎向承載應(yīng)為290 t。鋼梁順橋向擴(kuò)散長(zhǎng)度≥0.6 m，頂推施工期間主要為鋼梁腹板受力，底板則處于不受力狀態(tài)，故底板具備一定的豎向調(diào)節(jié)能力和水平糾偏能力[1]。結(jié)合該橋結(jié)構(gòu)形式，綜合考慮設(shè)計(jì)、頂推施工的同步性、頂推支撐豎向力以及頂推不平衡水平力等方面的要求，采用步履式頂推施工法。

2 施工難度及方案設(shè)計(jì)

2.1 安裝施工難度

受相鄰聯(lián)混凝土主線橋施工的影響，組合梁拼裝施工場(chǎng)地限制在首跨3～4#支墩區(qū)域內(nèi)，施工場(chǎng)地長(zhǎng)度僅為48 m，為確保鋼-混組合梁頂推安裝過(guò)程的安全與穩(wěn)定，首輪次安裝只拼裝12～14節(jié)段，后續(xù)每個(gè)輪次中拼裝1個(gè)節(jié)段。頂推施工在完成全部節(jié)段嵌補(bǔ)零件安裝及環(huán)縫焊接后整體進(jìn)行。

鋼-混組合梁底部存在較大高差，頂推施工期間必將出現(xiàn)個(gè)別頂推設(shè)備千斤頂頂部墊板高度增大而影響自穩(wěn)性的問(wèn)題。為控制底板變形，保證頂推施工過(guò)程的安全穩(wěn)定性，減少墊塊及墊板方面的施工投入，應(yīng)采用工字型調(diào)平梁臨時(shí)措施，并和鋼-混組合梁底板焊接，同時(shí)將曲線底板線型調(diào)整成直線線型，為連續(xù)頂推施工提供便利。

2.2 施工進(jìn)度計(jì)劃

根據(jù)該鋼-混組合梁特點(diǎn)，對(duì)步履式頂推施工步驟進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計(jì)，共耗時(shí)19 d，累計(jì)頂進(jìn)量85.88 m，具體安排見(jiàn)表1。

表1 步履式頂推施工進(jìn)度計(jì)劃

2.3 施工方案

充分考慮橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、道路運(yùn)輸、施工場(chǎng)地布置、橋位周邊環(huán)境、交通狀況等因素，為滿足安全、工期、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的要求，該橋鋼箱梁采用步履式多點(diǎn)連續(xù)頂推法施工。鋼箱梁范圍0～5#墩之間共計(jì)搭設(shè)6組頂推設(shè)備，頂推設(shè)備安裝在墩柱蓋梁上。預(yù)制好的鋼梁由汽車運(yùn)輸至橋位拼裝平臺(tái)附近，通過(guò)1臺(tái)60 t龍門吊對(duì)鋼梁進(jìn)行提升、吊運(yùn)至拼裝平臺(tái)，并將平面位置與高程調(diào)整至施工線形后完成焊接工作，采用步履式頂推法施工同步使鋼箱梁逐段向前移動(dòng)，循環(huán)作業(yè)使鋼箱梁到達(dá)設(shè)計(jì)位置。待鋼梁全部頂推到位后，采用千斤頂落梁的方法將鋼梁整體調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.3.1 調(diào)平梁設(shè)計(jì)

調(diào)平梁為工字型變截面設(shè)計(jì)，上下翼緣板厚度均為12 mm，寬400 mm，腹板厚16 mm，橫向加勁肋布置在腹板兩側(cè)。調(diào)平梁上翼緣板緊密貼合組合梁底板和橫坡，下翼緣板為平面形式。調(diào)平梁結(jié)構(gòu)具體見(jiàn)圖1。跨中調(diào)平梁高度受到組合梁高度變化的影響，結(jié)合對(duì)安裝過(guò)程的模擬，對(duì)跨中調(diào)平梁加勁進(jìn)行加密處理[2]，即將尺寸500 mm×150 mm×22 mm的豎向加勁增設(shè)在調(diào)平梁加勁間，且每檔增設(shè)1個(gè)；下層加勁外側(cè)全部通過(guò)尺寸494 mm×222 mm×16 mm的加勁板封閉處理。頂推施工期間必將引發(fā)調(diào)平梁整體的橫向位移，在進(jìn)行橫向糾偏時(shí)，為避免引發(fā)調(diào)平梁扭曲變形，還必須在其兩側(cè)按照2.0 m間距設(shè)置斜向鋼管八字撐。

圖1 調(diào)平梁結(jié)構(gòu)

2.3.2 拼裝平臺(tái)設(shè)計(jì)

在3～4#支墩處設(shè)置拼裝平臺(tái)，由于1～4節(jié)段屬于原位吊裝，故只需在1～4節(jié)段環(huán)縫下方布置平臺(tái)支架，便能重復(fù)使用。根據(jù)施工荷載，拼裝平臺(tái)采用軸距2 000 mm×2 000 mm的格構(gòu)式組合胎架，立柱為φ325 mm×8 mm鋼管，橫向連接和斜向連接分別采用10#工字鋼和∟100 mm×7 mm角鋼；鋼管上下均采用尺寸650 mm×650 mm×20 mm的法蘭板，鋼管上表面布置H型鋼，型鋼上表面布置φ194 mm×6 mm調(diào)節(jié)鋼管便于組合梁分段標(biāo)高調(diào)整。

2.3.3 頂推支架設(shè)置

頂推設(shè)備處的臨時(shí)支架為格構(gòu)式框架，立柱鋼管規(guī)格為φ630 mm×14 mm，橫向通過(guò)φ300 mm×6 mm鋼管連接。立柱上方設(shè)置調(diào)平工字鋼和步履式頂推機(jī)底座，并在每組頂推支架側(cè)方增設(shè)操作平臺(tái)。支架承臺(tái)長(zhǎng)4.0 m、寬4.0 m、高1.0 m，在澆筑承臺(tái)期間在內(nèi)部按照150 mm間距放置φ18 mm鋼筋制成的雙層鋼筋網(wǎng)片。為應(yīng)對(duì)頂推支架反力，必須在承臺(tái)內(nèi)部相應(yīng)位置埋設(shè)由鋼筋和1 000 mm×1 000 mm×22 mm鋼板制成的預(yù)埋件。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況，組合梁安裝時(shí)，應(yīng)將拼裝胎架設(shè)置在3～4#橋墩間，并沿頂推方向依次設(shè)置5組頂推點(diǎn)，并編號(hào)為A～E。每組頂推點(diǎn)處橫向設(shè)置2組支架，其中C頂推點(diǎn)支架上設(shè)置2×500 t千斤頂，其余頂推點(diǎn)支架上均設(shè)置1×500 t千斤頂。沿組合梁腹板下方按9 000 mm間距布置頂推點(diǎn)中心，腹板為半徑R=3 200 m的圓弧線，而頂推點(diǎn)計(jì)劃沿直線布置，故步履式頂推機(jī)為直線軌跡。在現(xiàn)場(chǎng)安裝頂推機(jī)時(shí)必須精確定位并側(cè)向固定，將頂推機(jī)實(shí)際布置方向和理論頂推軌跡向夾角控制在0.3°以內(nèi)[3]。

2.3.4 導(dǎo)梁設(shè)計(jì)

頂推導(dǎo)梁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為30 m，主梁為尺寸H（2 100～1 400）mm×600 mm×14 mm×20 mm的工字型截面，每間隔1 m設(shè)置1道12 mm厚的豎向加勁肋。兩片主梁間采用焊接鋼管桁架橫向連接。主管和橫斜撐分別由?219 mm×8 mm鋼管和?108 mm×6 mm的鋼管制成。導(dǎo)梁與鋼箱梁焊接，并在接頭根部加強(qiáng)處理導(dǎo)梁翼板，并加強(qiáng)處理前端上墩。

3 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 頂推設(shè)備的配置

該組合梁所使用的步履式頂推設(shè)備由頂升、頂推油缸，糾集油缸、荷載轉(zhuǎn)換柱及底座等部分組成，組合及順序動(dòng)作均通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)和計(jì)算機(jī)控制。結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖2。此外，所使用的步履式千斤頂長(zhǎng)1 590 mm、寬720 mm、高686 mm，重1 300 kg，基本參數(shù)及功能見(jiàn)表2。

圖2 步履式頂推機(jī)

表2 步履式千斤頂性能參數(shù)

為減少頂推摩擦力，防止橋墩或臨時(shí)墩在施工時(shí)承受較大水平荷載，實(shí)現(xiàn)頂推過(guò)程的自平衡，在鋼箱梁節(jié)段拼裝結(jié)束后，在布置頂推設(shè)備的墩蓋梁上還要同時(shí)布置頂推小單元。每個(gè)頂推小單元由1套頂升機(jī)械機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、1臺(tái)頂升液壓泵站、傳感器和附件組成，通過(guò)頂推小單元使設(shè)備滑移面從滑道梁改到頂推設(shè)備內(nèi)部。

3.2 頂推及豎向調(diào)整

該鋼-混組合梁主橋頂推長(zhǎng)度為250 m，先通過(guò)手動(dòng)方式檢查油泵及頂升頂、糾偏頂、頂推頂和壓力表，如無(wú)異常，則啟動(dòng)頂推設(shè)備，由壓力傳感器將所檢測(cè)到的壓力轉(zhuǎn)換為支反力，再根據(jù)轉(zhuǎn)換值進(jìn)行頂推油缸壓力值設(shè)定，進(jìn)而由頂推油缸提供頂推力，使蓋梁上兩側(cè)頂推油缸實(shí)現(xiàn)同步頂推。結(jié)束一個(gè)頂推進(jìn)程后，全部頂推油缸均縮回下一行程起點(diǎn)，隨后便開始下一行程頂推施工。

為防止頂推施工期間箱梁橫向位移超出設(shè)計(jì)要求，控制系統(tǒng)還集成了監(jiān)控系統(tǒng)，頂推過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控并調(diào)整鋼箱梁中軸線，將其橫向偏移始終控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

頂推時(shí)，主要通過(guò)調(diào)整支撐油缸的方式將鋼箱梁標(biāo)高調(diào)至規(guī)定值，此后進(jìn)行鋼箱梁重復(fù)頂推，并確保頂推油缸在設(shè)定壓力下位移同步。重復(fù)以上操作，直至完成鋼箱梁頂推就位。

鋼箱梁在頂推過(guò)程中的受力狀態(tài)與成橋時(shí)的受力狀態(tài)并不相同，頂推期間應(yīng)以支反力控制為主，以標(biāo)高控制為輔[4]。所以在頂推開始前必須先確定出鋼箱梁標(biāo)高變化范圍以及向量墩臺(tái)壓應(yīng)力變化范圍，據(jù)此展開鋼箱梁豎向調(diào)整。

3.3 支座安裝及落梁

頂推施工開始前澆筑墊石并安裝支座，待頂推至設(shè)計(jì)位置后借助落梁千斤頂落梁。鋼梁頂推就位后，導(dǎo)梁已經(jīng)分節(jié)段拆除，墩頂墊石和永久支座已經(jīng)提前完工，故無(wú)需進(jìn)行該項(xiàng)施工。通過(guò)頂推設(shè)備進(jìn)行鋼梁橫縱向精確調(diào)位，保證鋼梁底部比永久支座高出50 mm，完成調(diào)位后將鋼梁臨時(shí)擱置于頂推設(shè)備承重支座，并檢查鋼梁和支座位置是否滿足要求。此后通過(guò)頂升設(shè)備將鋼梁頂高20 mm，并將承重支座墊板拆除，回縮豎向油缸，并將鋼梁下放至支座，連接支座和鋼梁，最終完成落梁和體系轉(zhuǎn)換。落梁過(guò)程中各項(xiàng)目允許偏差具體見(jiàn)表3。

表3 落梁項(xiàng)目允許偏差

3.4 線形控制

鋼梁頂推施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)鋼梁線形控制，并通過(guò)調(diào)節(jié)油缸和豎向千斤頂實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼梁橫豎向線形的控制。同時(shí)，應(yīng)將鋼梁裝高程和軸線偏差控制在合理范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)中線偏差。首先，在每次頂推前，加強(qiáng)頂推設(shè)備性能檢測(cè)，頂推開始后加強(qiáng)對(duì)推力和位移的控制，保證鋼梁兩側(cè)協(xié)調(diào)統(tǒng)一；其次，在鋼梁前后頂面增設(shè)中線偏移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，待將鋼梁吊運(yùn)至拼裝平臺(tái)后在滑道外標(biāo)記，以便施工人員實(shí)時(shí)觀測(cè)兩側(cè)進(jìn)尺的同步性；最后，頂推施工過(guò)程中，借助導(dǎo)向裝置進(jìn)行限位，防止鋼梁出現(xiàn)較大的橫向偏移誤差，并在頂推設(shè)備中設(shè)置橫向調(diào)節(jié)油缸，進(jìn)行頂推行進(jìn)位移的靈活調(diào)整。

4 結(jié)論

綜上所述，經(jīng)河大橋鋼-混組合梁步履式頂推施工于2021年12月順利完成，通過(guò)對(duì)鋼箱梁安裝施工軸線位置的檢測(cè)，線性符合設(shè)計(jì)規(guī)范，該施工工藝的應(yīng)用成功解決了涇河大橋鋼箱梁安裝施工難題。該工程所總結(jié)探索出的借助調(diào)平梁工裝調(diào)平頂推施工線型的安裝技術(shù)，使墊塊、墊板等材料及操作人員方面的投入大大減少，箱梁底板變形也得到有效控制，確保了頂推施工過(guò)程的安全穩(wěn)定及連續(xù)性。