大跨度無推力拱橋鋼箱主梁頂推施工關(guān)鍵技術(shù)

黃景新 (中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230023)

1 工程概況

合肥市廣德路鋼橋是合肥城市次干路廣德路（裕溪路-巢湖南路）跨越南淝河的公路橋梁，主橋?yàn)椋?0+135+45）m三跨連續(xù)無推力拱橋[1]，主跨135m跨越南淝河，總用鋼量約9960t，材質(zhì)為Q345qD。

圖1 主橋總體布置圖（單位：m）

鋼箱主梁采用縱橫梁體系[2]，全橋設(shè)四根主縱梁，橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度為53m，局部加寬為62.4m。鋼拱采用三維曲線造型，設(shè)三道獨(dú)立拱肋，中拱距梁體最高為 19.8m，邊拱距梁體最高為 27.5m。拱之間通過風(fēng)撐連接，拱與橋面間設(shè)置吊桿，中拱單索面16根吊桿，邊拱單索面15根吊桿，全橋共計(jì)62根。北岸拱腳伸入下部基礎(chǔ)，輔以斜撐和拉桿，形成剛性連接構(gòu)造，以消減主梁內(nèi)力和拱腳的水平力。南岸拱腳與鋼箱主梁剛接，橋梁支座不設(shè)置縱向約束，通過橋面系平衡拱的水平力。

2 鋼箱主梁施工方案

依據(jù)主橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)場施工環(huán)境，鋼箱主梁采用“主跨頂推[3-4]+邊跨原位拼裝[5-6]”法施工。左右兩幅主梁在南岸拼裝后由南向北交替頂推跨越南淝河，橋梁施工期間南淝河航道通航凈寬度不得小于38m，通航凈高不得小于7.3m，涉航道多點(diǎn)同步頂推施工[7]及輔助設(shè)施布置是該工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。

圖2 橋面系三維示意圖

圖3 斜撐與拉桿布置圖

主梁共布置10組臨時(shí)支架，其中拼裝支架及頂推支架各5組，支架立面布置如圖4所示。鋼箱主梁施工順序?yàn)橄却钤O(shè)10組臨時(shí)支架，拼裝主跨鋼箱主梁和20m長的導(dǎo)梁[8]。然后通過步履式千斤頂將主梁及導(dǎo)梁分階段整體頂推至設(shè)計(jì)位置，拆除導(dǎo)梁后落梁至永久主墩支座上，最后安裝邊跨主梁，完成主梁體系轉(zhuǎn)換。

圖4 臨時(shí)支架立面布置圖（單位：m）

頂推過程中，結(jié)構(gòu)最大懸臂為47m，縱向頂推距離為84m，經(jīng)計(jì)算，主梁最大組合應(yīng)力為178MPa，導(dǎo)梁最大組合應(yīng)力為110MPa，最大豎向位移為370mm，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度均滿足規(guī)范要求，頂推施工方案合理。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 步履式頂推系統(tǒng)布置及選型

3.1.1 頂推設(shè)備布置

步履式頂推[9]系統(tǒng)主要由步履頂推設(shè)備、液壓泵站、液壓控制系統(tǒng)三大部分構(gòu)成。頂推設(shè)備布置與頂推支架布置保持一致，每幅各布置5組頂推設(shè)備，每組設(shè)備有3臺(tái)步履式千斤頂，全橋共布置30臺(tái)頂推設(shè)備?？紤]橋面系為縱橫梁結(jié)構(gòu)體系，頂推設(shè)備布置于每幅橋面系兩側(cè)縱梁下方。由于單幅橋梁橫向結(jié)構(gòu)的不對稱，每組頂推設(shè)備邊縱梁下方橫向布置2臺(tái)步履式頂，中縱梁下方布置1臺(tái)步履式設(shè)備，全橋頂推系統(tǒng)橫向布置如圖5所示。

圖5 頂推系統(tǒng)橫向布置圖

3.1.2 頂推設(shè)備選型

步履頂推設(shè)備由水平長行程千斤頂、豎向頂升千斤頂、滑座、橫向糾偏千斤頂組成。根據(jù)頂推計(jì)算結(jié)果，各組頂推支架最大支點(diǎn)反力統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

頂推支架最大支點(diǎn)反力統(tǒng)計(jì) 表1

①水平頂推設(shè)備（包括水平長行程千斤頂、橫向糾偏千斤頂）

邊縱梁單點(diǎn)最大支反力為428t，布置2臺(tái)步履式千斤頂，每臺(tái)千斤頂反力為214t。中縱梁單點(diǎn)最大支反力為233t，由1臺(tái)千斤頂支承。頂推施工采用MGB板——不銹鋼板摩擦副，摩擦系數(shù)按0.1計(jì)算，摩擦力為233×0.1=23.3t，每臺(tái)步履式設(shè)備均配置40t水平長行程千斤頂，頂推設(shè)備儲(chǔ)備系數(shù)為k=40/23.3=1.7。

②豎向頂升設(shè)備

豎向千斤頂選型根據(jù)各支點(diǎn)最大反力確定，考慮施工安全性及設(shè)備使用效率，豎向頂升千斤頂選型見表2。

豎向千斤頂選型表 表2

3.2 頂推設(shè)備調(diào)試

頂推設(shè)備安裝完成后，進(jìn)行油路及電路調(diào)試，保證在手動(dòng)、自動(dòng)模式下，執(zhí)行元件按設(shè)定的運(yùn)行方式運(yùn)行。聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，啟動(dòng)泵站，選擇手動(dòng)運(yùn)行模式，在主控臺(tái)操作面板上控制執(zhí)行元件伸缸或縮缸，檢查其行進(jìn)動(dòng)作是否正確，調(diào)節(jié)行程檢測裝置的檢測元件，保證檢測裝置的接觸及檢測正常。系統(tǒng)手動(dòng)試機(jī)完成后，選擇自動(dòng)模式系統(tǒng)，檢查系統(tǒng)各千斤頂?shù)膭?dòng)作協(xié)調(diào)性及同步性，待系統(tǒng)的動(dòng)作完全協(xié)調(diào)后進(jìn)入下一道工序。

3.3 頂推縱梁腹板補(bǔ)強(qiáng)工藝

頂推過程中千斤頂及保護(hù)墩支承于縱梁下方，需對縱梁局部進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)[10]。千斤頂上部抄墊及保護(hù)墩縱向長度均為1m，縱梁橫隔板標(biāo)準(zhǔn)間距為3m。

在縱梁內(nèi)側(cè)腹板及底板間焊接小塊橫向加勁板，中縱梁加勁板厚度20mm，單側(cè)布置，間距300mm，如圖6所示。邊縱梁加勁板厚度20mm，雙側(cè)布置，間距500mm，如圖7所示。

圖6 中縱梁頂推補(bǔ)強(qiáng)示意圖

圖7 邊縱梁頂推補(bǔ)強(qiáng)示意圖

3.4 主梁拼裝

鋼箱主梁采用履帶吊進(jìn)行拼裝。利用150t履帶吊吊裝導(dǎo)梁及主縱梁，按照由遠(yuǎn)及近的原則安裝橫梁，同步分塊安裝對應(yīng)的橋面板。橫梁及橋面板安裝完成后，站在邊縱梁外側(cè)吊裝懸挑單元件。完成主梁焊接及涂裝后，進(jìn)入下一步工序。

圖8 主梁拼裝圖

3.5 主跨頂推施工

在頂推前進(jìn)行試頂推，確認(rèn)頂推設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)行正式頂推。頂推工作時(shí)，豎向千斤頂頂起鋼箱主梁至保護(hù)墩脫空，水平長行程千斤頂推動(dòng)豎向千斤頂，帶動(dòng)鋼箱主梁在滑座上向前滑移，滑移一個(gè)行程后，豎向千斤頂下落至脫空，鋼箱主梁支撐于保護(hù)墩上，此時(shí)水平長行程千斤頂將豎向千斤頂向后拖回至滑道端部，完成一個(gè)循環(huán)的頂推工作。同理，需要對鋼箱主梁進(jìn)行橫向糾偏時(shí)，通過豎向千斤頂與橫向糾偏千斤頂配合，帶動(dòng)鋼箱主梁在滑座上橫向滑移。步履式頂推及橫向糾偏是一個(gè)自平衡的滑移過程。步履式頂推施工過程中，每一個(gè)行程的頂推作業(yè)，需要通過臨時(shí)保護(hù)墩作為系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換支撐。

圖9 主跨頂推施工示意圖

3.6 下吊點(diǎn)錨板過墩施工技術(shù)

頂推施工時(shí)，縱梁為橋面系支撐部位。邊拱吊桿下吊點(diǎn)錨板位于邊縱梁底板中部，橫向最大寬度900mm，縱向最大長度760mm，最大高度300mm。錨板兩側(cè)邊緣至腹板距離均為250mm。邊縱梁下頂推系統(tǒng)橫向布置兩臺(tái)步履頂、兩組保護(hù)墩，抄墊寬度400mm，中間凈寬1000mm，可保證頂推過程中下吊點(diǎn)錨板順利通過。

圖10 邊拱下吊點(diǎn)過墩示意圖

下吊點(diǎn)錨板頂推經(jīng)過墩頂時(shí)，測量復(fù)核橋面系與頂推支架橫向相對位置，若橫向偏差大于10mm，通過步履頂對鋼梁進(jìn)行橫向臨時(shí)糾偏，確保結(jié)構(gòu)縱軸線位于設(shè)計(jì)位置。錨板頂推通過墩頂時(shí)，時(shí)刻關(guān)注錨板側(cè)壁與頂推系統(tǒng)抄墊裝置的間隙，若間隙小于1cm或持續(xù)減小，頂推間隙利用步履頂對鋼梁整體橫向糾偏。

3.7 導(dǎo)梁上墩施工技術(shù)

當(dāng)導(dǎo)梁前段到達(dá)下一個(gè)頂推平臺(tái)時(shí)，需要通過上墩操作，保證頂推結(jié)構(gòu)經(jīng)歷最大懸臂狀態(tài)后，導(dǎo)梁前端能夠順利落至頂推系統(tǒng)上，且支點(diǎn)高度達(dá)到理論標(biāo)高。經(jīng)計(jì)算，導(dǎo)梁前端最大下?lián)铣霈F(xiàn)在前端上拼裝支架2的最大懸臂工況，此時(shí)導(dǎo)梁前端最大撓度為370mm。

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所選頂推設(shè)備最大豎向頂升行程200mm，根據(jù)每次導(dǎo)梁上墩工況導(dǎo)梁前端下?lián)现?，提前將步履頂上部抄墊高度降低至導(dǎo)梁前端，從而順利通過，同時(shí)在步履頂后方設(shè)置臨時(shí)保護(hù)墩，待導(dǎo)梁頂推至步履頂上方，通過導(dǎo)梁前端豎向起落梁，增加步履頂及臨時(shí)保護(hù)墩上部抄墊高度，將導(dǎo)梁前端標(biāo)高調(diào)整至設(shè)計(jì)值。此時(shí)導(dǎo)梁前端已形成有效支撐，可進(jìn)行后續(xù)頂推施工。導(dǎo)梁前端到達(dá)原設(shè)計(jì)固定保護(hù)墩上方時(shí)，拆除臨時(shí)保護(hù)墩，利用步履頂及固定保護(hù)墩進(jìn)行頂推作業(yè)。

圖11 導(dǎo)梁上墩步驟示意圖

3.8 落梁施工技術(shù)

兩幅橋面系先后頂推就位，此時(shí)全橋由頂推支架1～5支承，將鋼梁落至設(shè)計(jì)標(biāo)高。首先拆除前端導(dǎo)梁，同步利用50t汽車吊橋面安裝9#墩中橫梁。然后頂推平臺(tái)2、頂推平臺(tái)3支點(diǎn)同步落梁，頂推平臺(tái)4、頂推平臺(tái)5再同步落梁，最后頂推平臺(tái)1落梁，落梁過程中同步調(diào)整縱向及橫向偏差。

頂推就位后，各支點(diǎn)高于設(shè)計(jì)標(biāo)高30mm。利用墩頂步履頂及保護(hù)墩交替支承，降低抄墊高度，將鋼梁落至設(shè)計(jì)標(biāo)高，調(diào)整各支點(diǎn)縱橫向偏差，轉(zhuǎn)換全橋支承體系。

圖12 整體落梁工序示意圖

4 結(jié)論

合肥市廣德路鋼橋?yàn)椋?0+135+45）m三跨連續(xù)無推力拱橋，主跨135m跨越南淝河。鋼箱主梁采用頂推法施工，采用步履式頂推設(shè)備配置同步頂推控制裝置，滿足了遠(yuǎn)距離頂推控制要求，通過縱梁腹板補(bǔ)強(qiáng)、左右幅交替頂推施工、導(dǎo)梁上墩施工、交替落梁施工等技術(shù)，有效地提高了施工效率和工程經(jīng)濟(jì)效益，為實(shí)現(xiàn)涉航道多點(diǎn)同步頂推施工創(chuàng)造了先決條件。