大曲率小半徑互通匝道鋼箱梁跨線(xiàn)頂推施工技術(shù)

李三民

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450000）

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

云南省某高速公路新建互通樞紐與已通車(chē)高速樞紐搭接，部分匝道上跨或者下穿現(xiàn)狀高速，上跨部分采用鋼箱梁橋，其中，Q1匝道上跨現(xiàn)狀新雞高速B匝道、新雞高速主線(xiàn)及新雞高速C匝道，橋梁采用1聯(lián)2×25 m+2×36 m+2×25 m鋼箱梁布置?？鐝娇傞L(zhǎng)為172 m，全長(zhǎng)177.76 m。橋梁平面分別位于緩和曲線(xiàn)和圓曲線(xiàn)上，曲線(xiàn)半徑130 m，縱斷面位于R=2 000 m的豎曲線(xiàn)上。上部結(jié)構(gòu)采用鋼箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式臺(tái)、柱式墩，墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)。橋梁主梁在1～2號(hào)墩之間上跨現(xiàn)狀通車(chē)匝道，在3～4號(hào)墩之間上跨現(xiàn)狀高速主線(xiàn)。

1.2 鋼箱梁簡(jiǎn)介

主梁采用單箱兩室箱形結(jié)構(gòu)，橋面總寬度10.5 m，粱高1.8 m，底寬7 m。鋼箱梁鋼材材質(zhì)為Q345qD，為等高梁結(jié)構(gòu)，鋼梁質(zhì)量1 268.522 t。

鋼箱梁為工廠分節(jié)段制造、工廠預(yù)拼裝、現(xiàn)場(chǎng)吊裝焊接的全焊結(jié)構(gòu)。

2 鋼箱梁頂推施工

2.1 頂推施工方案綜述

1）鋼箱梁組拼：鋼箱梁現(xiàn)場(chǎng)組拼場(chǎng)地布置于小里程橋臺(tái)路基，鋼箱梁鋼結(jié)構(gòu)加工廠家將散件節(jié)段梁運(yùn)輸至場(chǎng)地散件存放區(qū)，采用80 t汽車(chē)吊提吊散件至臺(tái)架上拼裝成標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。

2）鋼箱梁頂推：結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)建模分別對(duì)頂推不同工況進(jìn)行演算，若采用無(wú)導(dǎo)梁頂推會(huì)出現(xiàn)最大負(fù)反力，存在支點(diǎn)脫空傾覆風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，最大支點(diǎn)反力為448.3 t，鋼箱梁局部受力不能滿(mǎn)足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，同時(shí)由于橋梁曲線(xiàn)半徑較小，采用整聯(lián)頂推，過(guò)程中橫向偏位糾偏難以控制，臨時(shí)支墩工程量成倍增加，造成成本的極大增加。

根據(jù)推演結(jié)果，考慮到施工成本和安全，最終確定將整聯(lián)鋼梁分段進(jìn)行頂推。首先將第一段86 m長(zhǎng)鋼梁頂推到位，再二次頂推第二段86 m長(zhǎng)鋼梁，鋼梁頂推到位后在中部臨時(shí)墩處進(jìn)行合龍焊縫焊接，使鋼橋成為整體。

頂推作業(yè)前，首先在擬定拼裝平臺(tái)部位設(shè)置拼裝胎架，在拼裝胎架上對(duì)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的鋼梁分段進(jìn)行組焊拼接，第一節(jié)拼裝完成后，安裝前端導(dǎo)梁，由步履頂將已拼裝鋼梁往大里程方向分段頂推，第一節(jié)鋼梁頂推出拼裝平臺(tái)后，繼續(xù)拼裝第二節(jié)鋼梁，以此循環(huán)頂推，直至第一段鋼梁拼接完成，安裝后導(dǎo)梁。后導(dǎo)梁安裝完成后繼續(xù)向大里程頂推，將第一段鋼梁頂推至設(shè)計(jì)位置，拆除前后導(dǎo)梁，第一段鋼梁頂推結(jié)束。

第二段鋼梁在第一段鋼梁推離頂推平臺(tái)后開(kāi)始拼接，采用與第一段鋼梁相同方法進(jìn)行頂推施工，第二段鋼梁頂推過(guò)程中，當(dāng)前端導(dǎo)梁接近第一段就位梁體時(shí)，分段對(duì)前導(dǎo)梁進(jìn)行切割直至第二段鋼梁頂推至設(shè)計(jì)位置，在中部臨時(shí)墩處進(jìn)行合龍焊接。

鋼箱梁頂推到位后通過(guò)步履千斤頂精確調(diào)整線(xiàn)形，然后更換落梁千斤頂落梁到永久支座上，完成鋼箱梁的架設(shè)。

2.2 頂推設(shè)備

根據(jù)頂推過(guò)程計(jì)算結(jié)果，頂推施工時(shí)設(shè)備應(yīng)滿(mǎn)足最大豎向承載力1 221 kN，同時(shí)在頂推施工過(guò)程中，頂推設(shè)備應(yīng)具備一定的豎向升降和水平頂推的功能。綜合考慮設(shè)計(jì)要求，結(jié)合本橋結(jié)構(gòu)形式，施工時(shí)采用250 t智能步履式頂推設(shè)備進(jìn)行施工。鋼箱梁頂推最多共布置16套頂推設(shè)備，負(fù)責(zé)鋼梁的頂升、縱向推移，同時(shí)在頂推千斤頂與鋼梁接觸部位設(shè)置橫向鋼墊梁，以分散鋼梁梁底應(yīng)力[1]。

2.3 步履頂布設(shè)方案

單個(gè)蓋梁頂布設(shè)2臺(tái)250 t步履頂，一套液壓泵站控制系統(tǒng)。2臺(tái)步履式千斤頂橫橋向?qū)ΨQ(chēng)墩身中心線(xiàn)布置，千斤頂頂部設(shè)置500 mm×500 mm箱形鋼墊梁，用于擴(kuò)大千斤頂與鋼梁接觸面積，橫向長(zhǎng)度8.7 m，頂推過(guò)程中控制鋼梁在墊梁上的橫向偏移為±1.05 m，可解決鋼梁在頂推過(guò)程中千斤頂與鋼板梁腹板不同位問(wèn)題，同時(shí)確保鋼梁平面重心始終位于千斤頂支點(diǎn)平面以?xún)?nèi)。在蓋梁頂部鋼梁前進(jìn)方向設(shè)置支撐橫梁，采用2HN600 mm×300 mm型鋼，用于步履式千斤頂在臨時(shí)下落時(shí)的臨時(shí)支撐。支撐橫梁通過(guò)高度0.74 m的鋼墊塊與蓋梁頂預(yù)埋鋼板焊接成整體，以增加支撐橫梁整體穩(wěn)定性。另外，在箱型鋼墊梁兩端、型鋼外側(cè)焊接限位板，限位板由20 mm鋼板焊接而成，高20 cm。

2.4 曲線(xiàn)頂推施工工藝

步履頂推在施工過(guò)程中，鋼梁腹板隨著圓曲線(xiàn)軌跡運(yùn)動(dòng)，而各跨鋼梁腹板平面曲線(xiàn)不在同一圓曲線(xiàn)上，因此，鋼梁腹板線(xiàn)在平面上的位置是不斷變化的，頂推過(guò)程中需要對(duì)鋼梁橫橋向位置進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整步驟如下：頂推一個(gè)行程→檢查腹板偏移情況→確認(rèn)橫向調(diào)整距離→用落梁墊塊支墊→使用步履頂橫向調(diào)整→鋼梁前后端點(diǎn)繞中心軸反方向轉(zhuǎn)動(dòng)→循環(huán)施工。

頂推的糾偏原理是將鋼梁繞質(zhì)心旋轉(zhuǎn)，將各個(gè)千斤頂位置的梁段簡(jiǎn)化為橋梁線(xiàn)形上的一個(gè)點(diǎn)，理論上該點(diǎn)繞質(zhì)心做圓周運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制不同支點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)距離和方向?qū)崿F(xiàn)糾偏，但是由于頂推設(shè)備的油缸只能水平伸縮，所以，實(shí)際糾偏距離和理論運(yùn)動(dòng)距離之間的差值通過(guò)在步履頂上設(shè)置鞍座（可轉(zhuǎn)動(dòng)3%的角度），或者減小單次頂推距離，從而減小糾偏距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。曲線(xiàn)糾偏原理示意圖如圖1所示。

圖1 曲線(xiàn)糾偏原理示意圖

步驟一：頂推一個(gè)行程40 cm，豎向千斤頂與鋼梁腹板中心線(xiàn)重合。

步驟二：豎向千斤頂回縮，落梁至鋼墊塊，縱向千斤頂回縮到初始位置，測(cè)量豎向千斤頂中心點(diǎn)偏離鋼梁腹板中心線(xiàn)距離。

步驟三：根據(jù)測(cè)出的偏差距離頂升橫向千斤頂，同時(shí)豎向千斤頂起頂，豎向千斤頂中心點(diǎn)與鋼梁腹板中心線(xiàn)重合，橫向千斤頂回縮，完成糾偏。

步驟四：頂推一個(gè)行程，重復(fù)以上步驟。

曲線(xiàn)梁頂推施工控制主要包括兩部分：一部分是現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)采集；另一部分是通過(guò)模擬計(jì)算系統(tǒng)，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，為下一步頂推提供數(shù)據(jù)支撐。

2.5 鋼梁施工線(xiàn)形控制

線(xiàn)形監(jiān)控測(cè)量包括：鋼梁線(xiàn)形測(cè)量、結(jié)構(gòu)位移測(cè)試、臨時(shí)墩和主橋墩沉降觀測(cè)、支座位移測(cè)量[2]。

鋼梁施工線(xiàn)形控制是在模型數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)施工階段測(cè)量線(xiàn)型控制，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)線(xiàn)形要求。

模型數(shù)據(jù)分析和施工線(xiàn)形控制為動(dòng)態(tài)控制，線(xiàn)形控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)要通過(guò)模擬、現(xiàn)場(chǎng)操作、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、現(xiàn)場(chǎng)糾偏等環(huán)節(jié)，并通過(guò)過(guò)程中各階段對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)的不斷修正保障最終成橋線(xiàn)形滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。由于鋼箱梁受環(huán)境溫度的影響，出現(xiàn)熱脹冷縮，因此，測(cè)量時(shí)間應(yīng)相對(duì)固定，并選擇在一天當(dāng)中溫度較低時(shí)段進(jìn)行。

2.6 施工監(jiān)控

施工監(jiān)控是橋梁頂推施工控制的基礎(chǔ)[3]，鋼梁的頂推施工控制總體來(lái)說(shuō)主要包括以下幾個(gè)方面：線(xiàn)形控制、結(jié)構(gòu)內(nèi)力（應(yīng)力）監(jiān)控。其中，線(xiàn)形控制可以通過(guò)施工監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)；結(jié)構(gòu)內(nèi)力（應(yīng)力）監(jiān)控可以通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算實(shí)現(xiàn)。

1）線(xiàn)形控制。線(xiàn)形控制主要包括兩方面：水平線(xiàn)形控制和豎向線(xiàn)形控制。其中，水平線(xiàn)形可以在頂推施工過(guò)程中通過(guò)糾偏裝置控制；豎向線(xiàn)形可以利用水準(zhǔn)儀或者經(jīng)緯儀等測(cè)量?jī)x器控制。然而，鋼梁頂推施工過(guò)程是一個(gè)受力體系不斷變化的過(guò)程，因此，在此過(guò)程中，應(yīng)該準(zhǔn)確地測(cè)量出在每一個(gè)階段下的梁高和中線(xiàn)偏位，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和糾正，以至于在成橋狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件線(xiàn)形值與設(shè)計(jì)值有較高的吻合度。

線(xiàn)形控制的最終目標(biāo)是使成橋線(xiàn)形符合設(shè)計(jì)要求。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，需要將目標(biāo)進(jìn)行分解，線(xiàn)形控制以橋面光滑平順為原則，合理分配空間節(jié)點(diǎn)誤差。由于線(xiàn)形對(duì)溫度、日照較為敏感，所以，測(cè)量時(shí)間將選在日出之前溫度較恒定的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。

2）結(jié)構(gòu)內(nèi)力（應(yīng)力）監(jiān)控。結(jié)構(gòu)內(nèi)力（應(yīng)力）監(jiān)控測(cè)量包括關(guān)鍵斷面鋼箱梁梁上、下緣、腹板應(yīng)力、頂推支點(diǎn)的局部應(yīng)力測(cè)量。鋼箱梁頂推施工中的應(yīng)力控制是施工控制的基本要素，它直接關(guān)系到施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全，也是結(jié)構(gòu)施工控制中的預(yù)警系統(tǒng)。對(duì)各個(gè)階段下的應(yīng)力理論值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析，是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的施工狀態(tài)進(jìn)行不斷調(diào)整和改善的主要依據(jù)。

3）溫度測(cè)量。溫度測(cè)量的內(nèi)容包括桿件表面溫度場(chǎng)測(cè)量和大氣溫度測(cè)量。溫度測(cè)量是為線(xiàn)形控制和結(jié)構(gòu)內(nèi)力（應(yīng)力）監(jiān)控服務(wù)的，溫度的變化對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形都有較大的影響，在鋼橋中尤為明顯。每次進(jìn)行線(xiàn)形和結(jié)構(gòu)內(nèi)力（應(yīng)力）測(cè)量都需測(cè)量溫度場(chǎng)，另選擇氣溫變化較大的一天進(jìn)行全天測(cè)試，每隔2 h測(cè)量一次，找出溫度場(chǎng)隨時(shí)間和空間的變化規(guī)律，有助于結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形等研究工作開(kāi)展。

3 結(jié)語(yǔ)

Q1匝道橋梁由于其自身曲線(xiàn)半徑較小，且現(xiàn)場(chǎng)受地形及通車(chē)條件影響，采用分段頂推、中間合龍工藝，通過(guò)千斤頂?shù)臋M向?qū)崟r(shí)糾偏功能，解決了主梁前端偏位過(guò)大的問(wèn)題，確保了拼裝線(xiàn)形；在第一段鋼梁頂推時(shí)設(shè)置前、后導(dǎo)梁避免了應(yīng)力集中，保證了頂推安全。