寧波樞紐余姚江特大橋頂推施工技術(shù)

呂俊 LV Jun；葉博 YE Bo；陳海峰 CHEN Hai-feng

（中鐵二局集團(tuán)有限公司，成都 610036）

1 工程概況

余姚江特大橋起于莊橋站南側(cè)、麗江西路北側(cè)，跨過(guò)余姚江后，止于余姚江南岸。新建橋位于既有杭深上行線余姚江大橋上游約25m 處，主要為跨越余姚江而設(shè)，是增建寧波三四線的控制性重點(diǎn)工程。橋梁全長(zhǎng)958.780m，主橋采用80m+128m+80m 簡(jiǎn)支直弦鋼桁梁形式跨越余姚江。主跨施工步驟如圖1。

圖1 余姚江特大橋頂推施工步驟圖

1.1 128m 跨簡(jiǎn)支桁架橋概況

余姚江特大橋14#～15#孔跨為雙線128m 無(wú)豎桿整體節(jié)點(diǎn)平行弦三角桁架下承式簡(jiǎn)支鋼桁梁橋，計(jì)算跨度128m，梁全長(zhǎng)130m，節(jié)間長(zhǎng)度為16.0m，桁高16.0m。兩片主桁中心距11.8m，人行道設(shè)置于主桁外側(cè)，人行道寬度為0.8m。

1.2 80m 跨簡(jiǎn)支桁架橋概況

余姚江特大橋13#~14#跨和15#~16#跨結(jié)構(gòu)形式為雙線80m 無(wú)豎桿整體節(jié)點(diǎn)平行弦三角桁架下承式簡(jiǎn)支鋼桁結(jié)合梁橋。計(jì)算跨度80m，梁全長(zhǎng)82m，節(jié)間長(zhǎng)度為10.0m，桁高11.6m。

80m 與128m 鋼桁梁主桁上、下弦桿均采用焊接箱形截面，端部斜腹桿形式采用箱形截面，中部斜腹桿采用H形截面。采用焊接整體節(jié)點(diǎn)，箱形截面桿件均在節(jié)點(diǎn)外四面拼接，H 形截面桿件與節(jié)點(diǎn)采用插入式連接，主桁桿件與節(jié)點(diǎn)之間采用M30 高強(qiáng)螺栓連接。

2 技術(shù)特點(diǎn)

鋼梁場(chǎng)內(nèi)預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝；支架搭設(shè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，基礎(chǔ)承載力要求較高；主體結(jié)構(gòu)拼裝采用門式起重機(jī)，安全系數(shù)高；鋼桁梁采用邊拼邊頂施工方式；簡(jiǎn)支體系轉(zhuǎn)換連續(xù)體系頂推施工，施工流程化繁為簡(jiǎn)；無(wú)導(dǎo)梁施工，考慮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以前跨鋼梁作為后跨鋼梁導(dǎo)梁，節(jié)省額外投入；頂推全過(guò)程液壓體系同步控制；安裝、頂進(jìn)全程監(jiān)控測(cè)量；頂推跨度大、距離長(zhǎng)、精度高、重量大；主墩采用雙滑塊施工；對(duì)周邊環(huán)境影響較小，符合綠色發(fā)展理念；相對(duì)滿堂支架施工方式節(jié)省臨時(shí)材料使用，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)；施工過(guò)程安全快捷，可適用于臨近既有線路施工。

3 施工工藝

頂推施工工藝見(jiàn)圖2 頂推施工流程圖。

圖2 頂推施工流程圖

4 施工要點(diǎn)

4.1 施工拼裝場(chǎng)地及支撐系統(tǒng)

包括支架基礎(chǔ)樁基、承臺(tái)，預(yù)埋件及上部支墩、滑道、橫向連接裝置，需計(jì)算符合承載能力是否滿足施工荷載。

4.2 拼裝

采用33m-50t 門式起重機(jī)吊裝。安裝前，先在支架上放線放出基點(diǎn)位置，在梁上作出標(biāo)記。安裝順序的原則為：前序桿件不影響后續(xù)桿件安裝。用全站儀復(fù)核桿件幾何位置，并作出微調(diào)。拼裝均在支架上進(jìn)行，全梁預(yù)拱度通過(guò)節(jié)點(diǎn)處抄墊高度來(lái)進(jìn)行設(shè)置，以一端梁底支點(diǎn)位置為基準(zhǔn)，對(duì)后續(xù)節(jié)間的預(yù)拱進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.3 頂推

在滑道梁前端設(shè)置反力座（見(jiàn)圖3），以精軋螺紋鋼為傳力索，連接滑塊和千斤頂，帶動(dòng)鋼梁整體前移[1]。鋼桁梁的多點(diǎn)同步頂推采用DLZ 控制系統(tǒng)，以保證各個(gè)千斤頂同步頂進(jìn)[2]。

圖3 頂推反力座

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求及施工條件限制，項(xiàng)目將施工順序優(yōu)化，并舍棄傳統(tǒng)增設(shè)頂推導(dǎo)梁施工的方式，而創(chuàng)新使用臨時(shí)連接桿件將3 跨簡(jiǎn)支鋼桁梁連接成為一個(gè)整體連續(xù)鋼桁梁。在過(guò)主跨上墩時(shí)，全橋以后部結(jié)構(gòu)自重來(lái)平衡前端大懸臂的力矩，最大抗傾覆系數(shù)達(dá)2.19。其安全系數(shù)高，施工難度低，且臨時(shí)材料使用量較少，對(duì)于周邊環(huán)境影響小，特別是對(duì)既有鐵路、航道影響極小。全橋拼裝組合后結(jié)合體長(zhǎng)度288m，頂推精度要求較高，因此對(duì)橫向糾偏措施及縱向頂推速度的控制極為重要。

滑塊下部設(shè)有限位板（如圖4 所示），可有效保證梁體左右受力不平衡發(fā)生旋轉(zhuǎn)、偏移；頂推若出現(xiàn)梁體橫橋向偏位，在豎向荷載較小時(shí)可采用縱向不等距離張拉控制（比如，橋梁中線左偏，將右側(cè)千斤頂錨固的時(shí)候預(yù)留2cm活動(dòng)量，順橋向頂推時(shí)，先左側(cè)前移，可糾回梁體偏位）。當(dāng)豎向力很大時(shí)，需安裝楔形塊（如圖5）強(qiáng)制糾偏。楔形塊的尺寸根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況定，其斜面坡度不大于1:4（坡度太大可能會(huì)直接拉斷，解決方式為可在滑塊下部限位板上切割小斜口導(dǎo)向）。斜面長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況可以適當(dāng)調(diào)整，保證糾偏的有效性。

圖4 限位板示意圖

圖5 糾偏楔塊示意圖

頂推施工距離為321m，頂推重量為5300t；最大懸臂長(zhǎng)度達(dá)116m，懸臂受力為87820t*m?？箖A覆力由后部桿件自重提供，抗傾覆系數(shù)為2.19，上弦桿最大拉應(yīng)力計(jì)算值為215MPa，實(shí)測(cè)值為197MPa，與設(shè)計(jì)基本吻合，且小于設(shè)計(jì)容許值264MPa（上弦最大受力處需根據(jù)計(jì)算和設(shè)計(jì)要求適當(dāng)加強(qiáng)處理）。

頂推施工動(dòng)力裝置：安裝于滑道頂進(jìn)方向側(cè)有反力支座，支座前端安裝頂推穿心千斤頂作為動(dòng)力裝置。

滑移裝置：滑道梁頂鋪設(shè)并焊接不銹鋼板，不銹鋼板上涂裝黃油作潤(rùn)滑劑[3]。滑塊下面安裝四氟乙烯板，以減小滑動(dòng)摩阻。四氟乙烯下底面、潤(rùn)滑劑、不銹鋼板頂面作為滑移面，此類裝置可有效減小摩阻系數(shù)，最小可至0.1 以下。

滑塊：滑塊是用于傳遞鋼梁豎向荷載以及頂推縱向荷載的裝置，由于其承載鋼梁整體重量大，安裝位置必須位于節(jié)點(diǎn)板加強(qiáng)位置。同時(shí)，滑塊行進(jìn)過(guò)程中，需考慮支架受力，偏心距不宜過(guò)大。頂進(jìn)：頂進(jìn)是通過(guò)滑道梁端頭千斤頂提供牽引力，帶動(dòng)傳力精軋螺紋鋼（頂前與滑塊后均用錨板和螺栓錨固），牽引滑塊向前推進(jìn)（建議采用長(zhǎng)行程穿心千斤頂，可有效提高施工效率）。滑塊上承鋼梁，帶動(dòng)鋼梁向前推進(jìn)[4]。頂進(jìn)過(guò)程中需注意，縱向千斤頂需要同時(shí)起頂，退回時(shí)需全部退到位，以避免因千斤頂行程不均衡使得鋼梁線性位置發(fā)生偏移。

4.4 計(jì)算與監(jiān)測(cè)

建立橋梁施工計(jì)算模型，對(duì)鋼梁在施工過(guò)程中所經(jīng)歷的各個(gè)工況的應(yīng)力狀態(tài)及前端撓度變化進(jìn)行驗(yàn)算，隨后同規(guī)范對(duì)比各項(xiàng)數(shù)據(jù)是否超過(guò)規(guī)范容許范圍。在施工過(guò)程中，在鋼梁上設(shè)置位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和應(yīng)力應(yīng)變計(jì)，對(duì)鋼梁整體進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變以及位移變形監(jiān)測(cè)，以計(jì)算書為參照，監(jiān)測(cè)結(jié)果同計(jì)算結(jié)果相對(duì)比、印證，以保證施工過(guò)程中梁體受力不超規(guī)范容許范圍，變形量不影響后續(xù)施工。其中最不利工況下，應(yīng)力如圖6。

圖6 最大懸臂狀態(tài)應(yīng)力圖

梁體前后采用全站儀實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)上傳梁體線性數(shù)據(jù)，指導(dǎo)下序工作。

當(dāng)梁體軸線發(fā)生偏移時(shí)，利用糾偏楔塊、左右不等距離起頂、橫向糾偏千斤頂可用于糾正橫橋向的位移偏差；滑塊抄墊高度控制左右梁體高程。

4.5 落梁施工

頂推到設(shè)計(jì)位置后，調(diào)節(jié)臨時(shí)連接支點(diǎn)與兩端自由支點(diǎn)的相對(duì)高差，使臨時(shí)桿件應(yīng)力解除，之后拆除臨時(shí)連接結(jié)構(gòu)。待連續(xù)體系轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)支梁后，開(kāi)始落梁到設(shè)計(jì)位置，安裝橋梁支座，完成施工。

本梁落梁最大高度達(dá)222cm，落梁安全保證措施是鋼梁架設(shè)過(guò)程的重難點(diǎn)工序。本方案中，采用小型鋼墊塊進(jìn)行組合的方式，作為落梁安全墊塊。小型鋼墊塊具有安裝、拆除較簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，且能滿足落梁時(shí)兩端高差不超過(guò)5cm的要求。同時(shí)設(shè)計(jì)了墊塊鎖定裝置，將小型墊塊有效地鎖定為整體結(jié)構(gòu)，并固定在墩頂，可確保落梁墊塊的整體穩(wěn)定性。落梁至距離墊石高度1m 時(shí)，需要切割墊石預(yù)埋鋼板，隨后安裝鋼梁支座。支座安裝應(yīng)提前做好十字線，標(biāo)記好參考點(diǎn)位，否則在落梁過(guò)程中放線難度大且易出現(xiàn)誤差。

落梁高度順橋向存在差異，應(yīng)當(dāng)做到盡快落梁，減少起頂次數(shù)，若需要縱向糾偏，可利用既有橋梁或橋臺(tái)，檢算縱向反力后，方可進(jìn)行。

5 技術(shù)總結(jié)

①頂推施工需要做好施工組織設(shè)計(jì)，編制合理的施工進(jìn)度計(jì)劃，做好對(duì)基礎(chǔ)及支架受力計(jì)算。②施工現(xiàn)場(chǎng)安全管控主要臨近營(yíng)業(yè)線施工，需要控制大型機(jī)械站位及工作時(shí)間，高空作業(yè)安全保護(hù)措施等。③臨時(shí)支架樁基應(yīng)具有設(shè)計(jì)強(qiáng)度與設(shè)計(jì)承載能力，上部支架連接應(yīng)符合規(guī)范要求，保證支撐體系具有較強(qiáng)的承載能力及較小的沉降系數(shù)。滑道梁頂部應(yīng)做到左右高程不超過(guò)5mm，同一側(cè)滑道前后高差不超過(guò)3mm。④鋼桁梁拼裝應(yīng)提前放線，做好監(jiān)控量測(cè)工作，保證桿件安裝精度，控制好桿件整體垂直度、幾何線性、對(duì)角線差等形位判定指標(biāo)。尤其是首個(gè)節(jié)段，其框架的形位一旦定型，必然影響后續(xù)桿件拼裝，會(huì)對(duì)梁體整體的線性產(chǎn)生不利影響，必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求對(duì)參數(shù)進(jìn)行分析、對(duì)各個(gè)組件位置進(jìn)行調(diào)整。⑤鋼桁梁下弦桿臨時(shí)連接采用對(duì)接焊，并外側(cè)焊接加勁板加固。焊接前必須對(duì)準(zhǔn)預(yù)留槽口，并對(duì)焊接區(qū)域做好焊前處理，打磨掉銹漬、漆皮，焊接嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，焊接完成后對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波探傷，焊縫等級(jí)為一級(jí)焊縫。⑥上弦桿臨時(shí)連接方式為臨時(shí)桿件與端頭節(jié)點(diǎn)板栓接，栓接質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)與正式桿件相同。頂推施工前，需對(duì)液壓管、控制系統(tǒng)、千斤頂、分壓器、錨固位置、基座等位置做好全面檢查，檢查系統(tǒng)是否同步有效，油管有無(wú)漏油脫落，油頂是否正常伸縮，受力結(jié)構(gòu)焊接位置有無(wú)裂縫，精軋螺紋鋼連接是否牢靠。⑦頂推施工過(guò)程中，及時(shí)做好位移及應(yīng)力監(jiān)測(cè)、支架沉降監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)。在頂推跨越主跨時(shí)，加大監(jiān)測(cè)頻率，增設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)支架的檢查監(jiān)控頻率提高，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同理論數(shù)據(jù)及前一上墩工序的數(shù)據(jù)相對(duì)比印證，確保結(jié)構(gòu)處于安全的狀態(tài)。⑧結(jié)構(gòu)在頂推前，每個(gè)工況應(yīng)做好復(fù)核檢算工作，對(duì)抗傾覆系數(shù)、承載能力及變形量復(fù)核檢算。⑨滑塊與鋼梁的相對(duì)位置關(guān)系必須滿足滑塊在鋼桁梁節(jié)點(diǎn)受力范圍，以滿足梁體受力傳力穩(wěn)定。懸臂狀態(tài)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制滑塊位置，其偏心位置不能超過(guò)設(shè)計(jì)位置，頂推過(guò)程需安排專人監(jiān)控指揮。⑩頂推到位后，自由端需用預(yù)制墊塊抄墊，其抄墊高度通過(guò)模擬落梁試驗(yàn)得出，以釋放臨時(shí)桿件拉應(yīng)力，為安全解除臨時(shí)連接做好準(zhǔn)備。?落梁施工應(yīng)當(dāng)做到：落梁前控制前后及左右高程差，做到前后高差不超過(guò)5cm，左右不超過(guò)1cm。前后交叉落梁，可防止梁體縱向、橫向移動(dòng)。

6 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

①該工法施工過(guò)程中，拼裝區(qū)域相對(duì)固定，可減少施工用地范圍；②頂推施工橋梁的方法，能減少梁跨之間的臨時(shí)支撐材料使用，有效降低基礎(chǔ)處理投入，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效；③頂推施工，可提高施工效率，流水線作業(yè)，一拼、二焊、三栓，相互不沖突；④頂推施工工法可有效減少對(duì)既有構(gòu)筑物和下穿線路的影響；⑤使用范圍廣泛，不局限于鋼梁施工，亦可用于連續(xù)梁、框架等結(jié)構(gòu)物；⑥施工簡(jiǎn)便，控制容易；各個(gè)參數(shù)都可通過(guò)測(cè)量獲得，且頂推過(guò)程中線性控制簡(jiǎn)便快捷，頂推動(dòng)力與摩擦力可自平衡，對(duì)永久結(jié)構(gòu)影響小。