曲線斜拉橋鋼箱梁頂推施工技術(shù)

張達(dá)

（石家莊市交投津石高速公路建設(shè)管理有限公司深正分公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

曲線斜拉橋的中跨常采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，且在上跨既有線或河流的復(fù)雜情況下大多采用頂推法施工。為保證鋼箱梁的頂推達(dá)到質(zhì)量要求和既有線安全，需根據(jù)工程實(shí)際情況，對頂推施工技術(shù)進(jìn)行研究，明確各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)。

1 工程概況

某斜拉橋總長約420m，跨徑為55m+45m+220m+45m+55m，橋面寬34.5m，按雙向六車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。主梁為混合主梁，兩側(cè)邊跨均為混凝土箱梁，長度相同，均為109.4m，中跨為鋼箱梁，其兩端和混凝土箱梁之間的交匯處采用長度為2m 的混合段，所有鋼箱梁均采用頂推法施工。沿縱向分布的鋼箱梁是一條跨度較大的變曲線，其中兩側(cè)是18.66m長直線段，中段是159.88m 長豎曲線，其半徑為2 000m。本文以該曲線斜拉橋?yàn)槔?，對鋼箱梁頂推施工技術(shù)進(jìn)行探討。

2 頂推方案比選

根據(jù)類似工程相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和該橋?qū)嶋H情況，為避免該橋上部結(jié)構(gòu)施工給下部鐵路正常運(yùn)營造成影響，確保橋梁施工與鐵路運(yùn)營安全，所有鋼箱梁段均采用頂推法進(jìn)行施工。結(jié)合已有施工經(jīng)驗(yàn)及該橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定了如下3套頂推方案：

（1）方案1：楔進(jìn)式。施工成本高，工效一般，風(fēng)險一般，技術(shù)特點(diǎn)為：臨時支墩上部水平方向作用力易于控制；能較好地適應(yīng)鋼箱梁結(jié)構(gòu)的豎向線形；對液壓控制系統(tǒng)精度有較高要求；對楔塊與滑道有較高要求；對鋼箱梁臨時支承有較高要求。

（2）方案2：拖拉法。施工成本一般，工效低，風(fēng)險極高，技術(shù)特點(diǎn)為：安裝對拉錨器與限位裝置時必須在梁底開孔；臨時支墩在施工時會受到很大的水平方向作用力；中線調(diào)整精度較低，且會在橫向產(chǎn)生一定附加載荷；對鋼箱梁臨時支承有較高要求。

（3）方案3：步履式。施工成本高，工效高，風(fēng)險低，技術(shù)特點(diǎn)為：臨時支墩上部水平方向作用力易于控制；能較好地適應(yīng)鋼箱梁結(jié)構(gòu)的豎向線形；頂推設(shè)備自成體系，可對中線進(jìn)行自動糾偏；所有頂推設(shè)備均能實(shí)現(xiàn)同步控制，有較高的穩(wěn)定性與安全性；對鋼箱梁臨時支承提出的要求不高[1]。

經(jīng)綜合比較，最終選擇步履式方案。

3 頂推臨時設(shè)施

以橋梁周圍環(huán)境條件及頂推技術(shù)要求為依據(jù)，施工前需合理布置各類臨時設(shè)施，如龍門吊、拼裝平臺、臨時墩和鋼導(dǎo)梁。

（1）龍門吊

借助龍門吊對鋼箱梁實(shí)施起吊拼裝與平移。該工程所用的龍門吊型號為LMD-60，其最大提升能力可以達(dá)到60t，滿足該橋梁吊裝基本要求。

（2）拼裝平臺

依據(jù)橋梁周圍環(huán)境條件及頂推技術(shù)要求，在0#墩和2#主墩以內(nèi)設(shè)置拼裝平臺，使其線形較好地適應(yīng)豎曲線。整個拼裝平臺由以下幾部分組成：①樁基礎(chǔ)；②鋼管立柱；③橫向分配梁；④縱向貝雷承重梁；⑤貝雷頂分配梁；⑥線形調(diào)整支點(diǎn)；⑦安全防護(hù)欄；⑧焊接平臺。通過頂推使鋼箱梁從2#主墩處通過后，利用其北側(cè)平臺對風(fēng)嘴與人行道進(jìn)行吊裝。

（3）臨時墩

該橋梁的頂推施工需布置8 個臨時墩，其中2#與3#主墩間6 個。根據(jù)頂推時不同階段的最大支反力與水平力設(shè)計臨時墩。為了使頂推保持平順性及就位后有良好的線形，臨時墩的頂部標(biāo)高要求在豎曲線上。臨時墩各承臺均布置鋼管墩柱，并在鋼管柱之間布置鋼管平聯(lián)與剪刀撐。將臨時墩設(shè)置到位后，在其頂部進(jìn)行頂推平臺布置，按照從下到上的順序布置橫、縱梁及墊梁，其中橫、縱梁均為30mm 厚Q345B 鋼板，而墊梁為20mm 厚Q345B 鋼板，在相鄰兩個梁體之間通過角焊縫焊相連，以縱梁為頂推設(shè)備支撐。為了使頂推設(shè)備能在頂推完成后為鋼箱梁提供可靠支撐，還需在縱梁的兩端順橋向布置臨時鋼墊梁[2]。

（4）鋼導(dǎo)梁

導(dǎo)梁總長46m，高度從3.17m 漸變?yōu)?.95m。整個導(dǎo)梁被分成以下6節(jié)：第1節(jié)導(dǎo)梁長3.045m，第2～第4節(jié)導(dǎo)梁長度相同，均為9m，第5、第6 節(jié)導(dǎo)梁長度相同，均為8m。鋼導(dǎo)梁和鋼箱梁之間通過焊接相連，相鄰兩節(jié)鋼導(dǎo)梁之間采用高強(qiáng)螺栓相連。鋼導(dǎo)梁的下翼緣板通過坡口焊相連，整個鋼導(dǎo)梁采用Q345B 鋼板制作而成，工字形截面中心之間的距離為10m，采用橫向桁架相連。為了使鋼導(dǎo)梁順利上墩，將其前端做成反坡，豎向高度為680mm，水平方向長度為10m。另外，為確保頂推時鋼導(dǎo)梁上墩后墩頂可實(shí)現(xiàn)同步受力，必須保證鋼導(dǎo)梁實(shí)際安裝精度，先在工廠對鋼導(dǎo)梁進(jìn)行分單元加工，然后運(yùn)輸?shù)焦さ剡M(jìn)行分段拼裝[3]。

4 頂推設(shè)備布置

根據(jù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)及其受力特點(diǎn)，在頂推施工中，所有頂推設(shè)備的豎向承載力都必須達(dá)到要求，并具備豎向與水平調(diào)節(jié)功能?；谏鲜鲆螅瑢斖圃O(shè)備做如下設(shè)計：在下部結(jié)構(gòu)中安裝頂升油缸，以橋墩頂部為支承點(diǎn)，上、下部結(jié)構(gòu)采用不銹鋼板與四氟乙烯板實(shí)現(xiàn)滑動，在滑動過程中，下部結(jié)構(gòu)與頂升油缸均與橋墩之間保持不動。一套完整的頂推設(shè)備除機(jī)械結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)包含液壓機(jī)電控系統(tǒng)，基于計算機(jī)控制，采用組合動作使鋼箱梁在不同方向?qū)崿F(xiàn)移動與頂升，進(jìn)而確保鋼箱梁頂推結(jié)束后達(dá)到良好線形。

頂升設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)由上部滑移結(jié)構(gòu)、頂升支撐油缸、頂推移動油缸、橫向調(diào)節(jié)油缸組成。在計算機(jī)控制及液壓驅(qū)動支持下，進(jìn)行頂推與降縮。液壓系統(tǒng)包含支撐頂升、頂推移動與橫向調(diào)節(jié)3 個部分。油缸的動力由液壓泵站提供，按照計算機(jī)控制指令完成各類動作。所有橋墩均設(shè)置分控器，用于傳感器數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)主控器發(fā)出指令，液壓電磁閥進(jìn)行驅(qū)動，采用CAN總線和主控器相連；采用主控器對系統(tǒng)進(jìn)行集中控制。

根據(jù)設(shè)計要求對鋼箱梁進(jìn)行節(jié)段劃分，共分為58段，每段長3.4m、寬27m，采用布置于2#主墩以南的平臺進(jìn)行拼裝。最重節(jié)段的質(zhì)量為60t，借助起重能力不低于60t 的龍門吊對節(jié)段進(jìn)行起吊與移裝。因2#主塔兩個支塔柱間的凈寬較小，需將鋼箱梁從2#主塔處頂推過后，于主塔以北設(shè)置風(fēng)嘴與人行道[4]。

5 頂推施工工藝

5.1 施工難點(diǎn)

采用頂推法對該橋梁鋼箱梁進(jìn)行施工時，主要存在以下幾方面難點(diǎn)：

（1）鋼箱梁從既有線路上跨越，無論是對施工安全還是進(jìn)度都提出了很高的要求。

（2）最多時需同時使用7 套頂推設(shè)備，對同步控制精度提出了極高要求。

（3）梁底結(jié)構(gòu)受力有很大局限性，頂推設(shè)備需將支承力施加給腹板，同時頂推設(shè)備應(yīng)能對支反力予以精確調(diào)節(jié)。

5.2 關(guān)鍵技術(shù)

該橋梁頂推法施工的關(guān)鍵技術(shù)包括：

（1）采用多點(diǎn)頂推，以橋墩受到的豎向載荷為依據(jù)對各點(diǎn)頂推壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，用于降低橋墩受到的水平作用力[5]。

（2）采用計算機(jī)系統(tǒng)對同步頂推過程進(jìn)行控制，防止橋墩產(chǎn)生集中載荷。

（3）采用計算機(jī)系統(tǒng)對液壓下降進(jìn)行控制，防止單個頂升油缸產(chǎn)生偏載。

（4）對移動偏差進(jìn)行動態(tài)檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果，利用千斤頂糾偏。

（5）對臨時墩水平方向位移進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與控制，并結(jié)合頂推壓力觀察，避免臨時墩因?yàn)轫斖贫軗p。

5.3 施工工藝流程

頂推施工流程為：臨時墩與拼裝平臺施工→頂推設(shè)備安裝與調(diào)試→鋼導(dǎo)梁拼裝→第一節(jié)鋼箱梁和鋼導(dǎo)梁連接→第一節(jié)鋼箱梁和鋼導(dǎo)梁整體頂推前移→后續(xù)各段鋼箱梁分段拼裝和頂推前移→鋼箱梁整體頂推到位→頂推到位后的鋼箱梁線形調(diào)整→完成鋼箱梁頂推施工。頂推施工的具體工作步驟為：

第一步：頂升油缸開始工作，使鋼箱梁被頂起。

第二步：頂推油缸開始工作，使梁體向前移動30cm。

第三步：若發(fā)現(xiàn)梁體產(chǎn)生偏位，則橫向調(diào)節(jié)油缸開始工作，糾正梁體偏位。

第四步：頂升油缸開始工作，使鋼箱梁被下放到臨時布置到位的鋼墊梁上。

第五步：頂推油缸開始工作，回縮到最初狀態(tài)。

5.4 頂推監(jiān)控

頂推施工中要做好如下實(shí)時監(jiān)測與控制：

（1）頂推時如果發(fā)現(xiàn)頂升或頂推力突然升高，則應(yīng)立即停止頂推，檢查原因。

（2）對梁體中線產(chǎn)生的偏移及臨時墩頂部產(chǎn)生的水平及豎直方向位移進(jìn)行觀測。臨時墩上的工作人員對梁底預(yù)先畫出的腹板中線進(jìn)行觀察，確認(rèn)其能否和墊梁表面腹板基準(zhǔn)線重合，若兩者的偏位達(dá)到2cm 以上，則應(yīng)立即上報開始糾偏，臨時墩頂部的水平與豎直方向圍巖均采用掛設(shè)線錘的方法來測量。

（3）頂推力以主控臺與摩阻力為依據(jù)自動調(diào)整，采用油表反映，在千斤頂施工前需按照要求進(jìn)行校定。

（4）在最后一輪頂推過程中要適當(dāng)減慢頂推速度，為糾偏和縱向移動提供方便。

（5）對所有頂推階段予以建模分析，確定不同位置對應(yīng)的最不利條件，并確定不同階段及位置對應(yīng)的預(yù)警值。

（6）將應(yīng)變片安裝到臨時墩柱、鋼導(dǎo)梁的過渡與被頂推的鋼箱梁上，以便在頂推時實(shí)時監(jiān)測各部位的應(yīng)力。

5.5 同步、線形控制

采用控制系統(tǒng)對泵站進(jìn)行控制，由行程傳感器對各油缸的行程予以實(shí)時反饋。通過對泵站比例閥的適當(dāng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對油缸頂升、頂推與下降速度的有效控制，使梁體同步頂升與臨時墊梁之間脫離，并同步頂推至最大行程，最后同步下降至臨時墊梁。對鋼箱梁進(jìn)行同步頂推時，應(yīng)對箱梁線形予以密切觀測，通過橫向調(diào)節(jié)油缸進(jìn)行橫向線形控制，而豎向線形通過豎向頂升油缸進(jìn)行控制。

6 頂推既有線安全防護(hù)

為保證鋼箱梁頂推施工時既有線的安全性，在鋼箱梁頂推施工中必須做好既有線安全防護(hù)工作，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，制定合理可行的防護(hù)措施。

（1）在鋼箱梁頂推施工時，現(xiàn)場施工人員需通過工作平臺做好設(shè)備檢查與防護(hù)，為此，需在頂推平臺的周圍增設(shè)安全防護(hù)網(wǎng)，避免施工時作業(yè)人員與接觸網(wǎng)接觸或發(fā)生高處墜落。

（2）各臨時墩都應(yīng)接地，且接地電阻需控制在4Ω 以內(nèi)。另外，對于既有線中的臨時墩，其頂部頂推平臺和接觸網(wǎng)相近的一側(cè)需增設(shè)防電板。

（3）對鋼箱梁進(jìn)行頂推，使其從2#主墩處通過后，需在主墩以北分別進(jìn)行風(fēng)嘴、人行道、防護(hù)網(wǎng)及防拋網(wǎng)安裝，并為鋼箱梁做好保護(hù)涂裝。為了使橋梁下方既有線路在橋梁施工中安全運(yùn)營，避免高處墜落，需采用棚洞式的防護(hù)棚實(shí)施安全防護(hù)。對于電氣化區(qū)域中的臨時墩，需要在線路方向兩側(cè)設(shè)置防電板。

（4）將鋼箱梁從既有線段頂推通過前，需按照相關(guān)要求進(jìn)行試頂試驗(yàn)，以確定鋼導(dǎo)梁的實(shí)際承載力，使頂升油缸與頂推油缸保持同步，同時確定理論和實(shí)際數(shù)據(jù)存在的偏差，經(jīng)試驗(yàn)分析，為之后的頂推施工提供參考依據(jù)。

（5）3#和4#臨時墩間的頂推跨度為37m，4#和5#臨時墩間的頂推跨度為50m，都比2#和3#臨時墩間的頂推跨度?。?3.1m），對此，在頂推過程中需按照這一跨度所使用的方法來控制，以確保既有線路在頂推施工中仍保持安全和順利，并減小對頂推施工造成的不利影響。

（6）對頂推時不同階段鋼箱梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力，以及頂推平臺、臨時墩及其基礎(chǔ)受到的力進(jìn)行驗(yàn)算，確認(rèn)合格后方可開始推動。加強(qiáng)受力監(jiān)測與控制，如果監(jiān)控值已達(dá)到預(yù)警值，則應(yīng)立即停止頂推，并分析原因，及時排除隱患。

（7）在頂推到2#主墩以北后，應(yīng)立即安裝鋼箱梁兩側(cè)的水平防護(hù)網(wǎng)與防拋網(wǎng)，并在與鋼箱梁端部相距2m 的位置增設(shè)臨時防護(hù)網(wǎng)，以便對鋼箱梁的整個臨邊實(shí)施安全封閉，避免橋面墜物對接觸網(wǎng)與行車安全造成不利影響和安全威脅。

7 結(jié)語

頂推是當(dāng)前斜拉橋鋼箱梁常用施工方法。截至目前，該斜拉橋鋼箱梁頂推施工已經(jīng)順利完成，經(jīng)檢查質(zhì)量合格，表明所用施工方法合理、可靠及先進(jìn)。通過對這項(xiàng)技術(shù)的合理應(yīng)用，能保證施工時既有線路的運(yùn)行安全，起到加快橋梁施工進(jìn)度的作用，為上跨既有線路或河流等復(fù)雜情況下的大型斜拉橋鋼箱梁施工開辟了新途徑。