無導(dǎo)梁鋼管矮塔斜拉整體頂推大跨度鋼梁成套施工技術(shù)及應(yīng)用研究

王鏡越

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

目前大跨度組合工字梁鋼橋的鋼主梁安裝施工多采用導(dǎo)梁連續(xù)頂推法、架橋機(jī)整孔安裝法、支架安裝法、大節(jié)段鋼梁提升安裝等施工方法。從常用施工方法在山區(qū)條件下的適用性對(duì)比可以看出，對(duì)于交通組織條件和地形條件相對(duì)不便的山區(qū)裝配化組合梁鋼橋施工而言，導(dǎo)梁頂推法和架橋機(jī)整孔安裝法的地形適用性和工期效率均良好；但當(dāng)組合工字梁鋼橋的跨徑超過50m 后，由于架橋機(jī)租賃費(fèi)用的快速上升，導(dǎo)梁頂推法的綜合經(jīng)濟(jì)性會(huì)優(yōu)于架橋機(jī)整孔安裝法。

針對(duì)傳統(tǒng)的導(dǎo)梁頂推施工法存在的弊端，開發(fā)一種能保證較大跨徑無須臨時(shí)落地支墩且無須設(shè)置導(dǎo)梁的頂推施工技術(shù)，將綜合性提高山區(qū)裝配化組合工字梁橋的施工經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)水平和管理水平。

1 無導(dǎo)梁鋼管矮塔斜拉整體頂推系統(tǒng)介紹

貴州省納雍至晴隆高速公路第T15 合同段牂牁江特大橋晴隆岸引橋上部構(gòu)造位于2% 的下坡縱斷面上，分為鋼混組合梁和現(xiàn)澆箱梁兩部分。鋼混組合梁部分采用無導(dǎo)梁矮塔斜拉牽引式頂推工藝施工，從大樁號(hào)往小樁號(hào)方向頂推，頂推方向?yàn)樯掀隆４隧斖剖┕げ捎猛侠巾斖品绞?，牽引點(diǎn)設(shè)置在鋼梁的前端，頂推千斤頂設(shè)置在晴隆岸橋塔的下橫梁支墩中跨側(cè)支架上。頂推平臺(tái)采用4m×2m 貝雷梁支架搭設(shè)，支架搭設(shè)完成后，在頂推平臺(tái)與各橋墩墩頂安裝滑道梁與側(cè)向限位裝置，然后在頂推平臺(tái)上逐段拼裝各節(jié)段鋼梁，安裝索塔、斜拉索、抗風(fēng)索與牽引索。當(dāng)斜拉索張拉至預(yù)定索力值且配重布置完成后，開始鋼梁的頂推施工[1-2]。

頂推系統(tǒng)由索塔系統(tǒng)、拖拉系統(tǒng)、滑道系統(tǒng)和平臺(tái)等部分組成。其中，頂推平臺(tái)設(shè)置在3×40m 現(xiàn)澆箱梁橋跨位置，采用墩頂托架+墩旁鋼管柱+4m×2m貝雷梁的形式，該平臺(tái)兼做箱梁現(xiàn)澆施工的支架系統(tǒng)?；啦贾迷陧斖破脚_(tái)和永久墩（6～12#墩）上，頂推平臺(tái)上的滑道設(shè)置成離散式，縱向間距為10m，沿縱向共布置12 道（含13～15#墩）?，F(xiàn)澆箱梁待鋼梁頂推到位后沿用頂推平臺(tái)改裝后作為支架進(jìn)行箱梁現(xiàn)澆施工[3]。鋼梁總體施工順序?yàn)椋轰摿簭S內(nèi)加工完成并完成預(yù)拼裝，現(xiàn)場預(yù)制橋面板—鋼梁運(yùn)至現(xiàn)場復(fù)拼場地—鋼梁2 片為一榀，安裝榀內(nèi)和榀間橫撐—安裝各支點(diǎn)永久支座，逐孔頂推鋼梁—頂推到位后，第一次落梁—安裝預(yù)制橋面板—澆筑橋面板剪力釘槽口內(nèi)混凝土及板間橫向濕接縫—澆筑縱向濕接縫—第二次同步落梁—安裝護(hù)欄—澆筑瀝青混凝土鋪裝施工—附屬設(shè)施—成橋[4-5]。

2 無導(dǎo)梁鋼管矮塔斜拉整體頂推施工方法

2.1 創(chuàng)新頂推工藝技術(shù)參數(shù)

第一，頂推跨徑：60m。

第二，頂推長度：60m×8 跨=480m。

第三，單幅鋼梁節(jié)段數(shù)：46。

第四，單幅最大頂推重量（已計(jì)入配重）：21695.052kN。

第五，單幅理論最大頂推力：3037.31kN。

第六，所需頂推裝置：每幅鋼梁需 2 臺(tái)DYSC350D-300 型頂推千斤頂。

第七，索塔：采用φ630×10 鋼管，按縱向2 列、橫向4 排布置，塔高15m。

第八，索塔斜拉索：按縱向4 列、橫向4 排布置，分別為T1～T4，采用5 束φs/15.2 鋼絞線，截面面積Ap=695mm2，彈性模量Ep=1.95×105MPa，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860MPa，其初始張拉控制力分別為：TI=230kN，T2=228kN，T3=235kN，T4=275kN。

第九，索塔抗風(fēng)索：共設(shè)6 組抗風(fēng)索，采用6×19+FC-1770MPaφ30mm 鋼絲繩，交叉布置，分別為K1～K6，與鋼梁前端布置間距分別為：K1=13m，K2=29m，K3=45m，K4=73m，K5=89m，K6=105m，馬鞍式繩卡錨固?？癸L(fēng)索的初始緊固力：K1=12kN、K2=9kN、K3=4kN、K4=8kN、K5=12kN、K6=14kN。

第十，牽引索：采用19 束（按12 束計(jì)算即可滿足要求）AS15.2 牽引鋼絞線，截面面積AP=695mm2，彈性模量EP=1.95×105MPa，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860MPa，單根鋼絞線最大長度約580m，總用量為76根鋼絞線。

第十一，頂推平臺(tái)：設(shè)置在3×40m 現(xiàn)澆箱梁橋跨位置，采用墩頂托架+墩旁鋼管桁架墩+貝雷梁的形式，滑道梁布置在永久墩（6～12#墩）與頂推平臺(tái)上；頂推平臺(tái)上的滑道梁設(shè)置成離散式，縱向間距為10m，沿縱向共設(shè)置12 道（含13～15#墩）。

第十二，落梁裝置：每個(gè)落梁支點(diǎn)對(duì)稱設(shè)置4 臺(tái)150t 落梁千斤頂，全橋一幅一聯(lián)共需64 套，準(zhǔn)備70套，6 套備用。

2.2 鋼梁拼裝平臺(tái)搭設(shè)

鋼梁拼裝平臺(tái)設(shè)置在3×40m 現(xiàn)澆箱梁橋跨位置，采用墩頂托架+墩旁鋼管桁架墩+貝雷梁的形式，貝雷梁為2×4m 加強(qiáng)型，實(shí)現(xiàn)大跨度無落地支架施工。此項(xiàng)目支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)為拼裝平臺(tái)與現(xiàn)澆箱梁施工平臺(tái)合二為一。鋼梁拼裝及頂推施工時(shí)，平臺(tái)面層采用5mm 鋼板鋪設(shè)，作為人工操作平臺(tái)使用，當(dāng)需要上汽車時(shí)，在墩柱軸線處單獨(dú)鋪設(shè)一條3.5m 寬2cm 厚鋼板通道作為汽車運(yùn)輸通道。頂推施工結(jié)束后，拆除5mm 鋼板面層，采用10cm×10cm 方木作為分配梁，分配梁上鋪設(shè)12mm 厚竹膠板作為現(xiàn)澆箱梁施工底模?，F(xiàn)澆箱梁施工預(yù)拱度采用方木分配梁進(jìn)行調(diào)節(jié)，鋼梁拼裝平臺(tái)及現(xiàn)場頂推施工如圖1 所示。

圖1 鋼梁拼裝平臺(tái)及現(xiàn)場頂推施工

2.3 頂推臨時(shí)設(shè)施安裝

2.3.1 斜拉索塔

根據(jù)設(shè)計(jì)以及加工和拼裝的考慮，此項(xiàng)目采用無導(dǎo)梁斜拉矮塔牽引式頂推工藝，為保證鋼梁前端結(jié)構(gòu)剛度，在第一跨鋼梁上端設(shè)計(jì)三角斜拉索塔進(jìn)行加固。左右幅鋼梁各設(shè)一組斜拉索塔。斜拉索塔結(jié)構(gòu)采用鋼管立柱矮塔作為支點(diǎn)支撐，梁端采用鋼絞線斜拉索進(jìn)行張拉懸掛，前端長度53m，后端長度42m，高度15m。矮塔采用φ630 鋼管，按縱向2 列、橫向4 排布置，塔高15m；拉索按縱向4 列、橫向4 排布置，分別為T1～T4，采用5 束φs/15.2 鋼絞線，截面面積Ap=695mm2，彈性模量Ep=1.95×105MPa，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860MPa，其初始張拉控制力分別為：T1=230kN，T2=228kN，T3=235kN，T4=275kN。另外，為加強(qiáng)鋼梁頂推抗風(fēng)性能，在索塔與鋼梁間設(shè)置6 組抗風(fēng)索，抗風(fēng)索采用6×19+FC-1770MPaφ30mm 鋼絲繩，交叉布置，分別為K1～K6，與鋼梁前端布置間距分別為：K1=13m，K2=29m，K3=45m，K4=73m，K5=89m，K6=105m，采用馬鞍式繩卡錨固。抗風(fēng)索的初始緊固力推薦 值：K1=12kN、K2=9kN、K3=4kN、K4=8kN、K5=12kN、K6=14kN。

為安裝矮塔拉索，需在鋼梁設(shè)置拉索錨固點(diǎn)，錨固點(diǎn)為三角錨箱結(jié)構(gòu)，采用2cm 厚鋼板焊接成型，焊縫高度16mm，在鋼梁制造廠隨鋼梁一同加工制造出廠。立柱與鋼梁連接的上翼緣需作變寬度處理，兩側(cè)各加寬15cm，共加寬30cm。索塔拉索錨固端采用JYM15-5 P 型錨具，張拉端采用YJM15-5 錨具。斜拉矮塔采用13#、15#墩塔吊吊裝搭設(shè)，搭設(shè)時(shí)鋼管自下而上、逐根安裝，搭設(shè)一段鋼管立柱便及時(shí)安裝平聯(lián)、斜撐，嚴(yán)禁平聯(lián)、斜撐未安裝便升高立柱，連續(xù)頂推作業(yè)中斜拉矮塔在墩頂和跨中受力施工狀況圖見圖2。

圖2 連續(xù)頂推作業(yè)中斜拉矮塔在墩頂和跨中受力施工狀況圖

矮塔的水平位移為新工藝鋼梁頂推施工中的重要控制項(xiàng)目之一，表1 是部分頂推工況下，臨時(shí)矮塔的順橋向和橫橋向水平位移計(jì)算結(jié)果。

表1 臨時(shí)矮塔頂部的順橋向和橫橋向水平位移 單位：mm

2.3.2 連續(xù)頂推動(dòng)力系統(tǒng)

此創(chuàng)新工藝采用超大型構(gòu)件液壓同步頂推施工技術(shù)，具有以下特點(diǎn)：其一，通過頂推設(shè)備的擴(kuò)展組合，頂推重量、跨度和面積不受限制。其二，頂推工藝相對(duì)安全，實(shí)施過程中可以對(duì)構(gòu)件進(jìn)行任意鎖定，并且頂推使用儀器可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，具有高精度的調(diào)節(jié)能力，能夠確保鋼梁頂推過程的高效完成，并且過程可控。其三，斜拉鋼絞線相當(dāng)于采用柔性軌道承重，具備合理的承重吊體系，實(shí)現(xiàn)了頂推過程中高度不受限制的效果。其四，使用的頂推設(shè)備體積小、重量輕，但承載力大，對(duì)類似工程的大型鋼結(jié)構(gòu)的頂推作業(yè)非常適用。其五，使用的液壓動(dòng)力頂推設(shè)備通過液壓回路驅(qū)動(dòng)，其運(yùn)行動(dòng)作過程的加速度非常小，幾乎無附加動(dòng)荷載（振動(dòng)和沖擊），實(shí)現(xiàn)了設(shè)備和頂推鋼梁框架結(jié)構(gòu)的高效工作。其六，項(xiàng)目動(dòng)力設(shè)備的自動(dòng)化程度非常高，不僅實(shí)現(xiàn)操作方便靈活、安全可靠，而且便于操作和推廣應(yīng)用。其七，應(yīng)用的液壓同步頂推，是通過計(jì)算機(jī)控制各頂推點(diǎn)的同步，在頂推實(shí)施過程中，鋼梁構(gòu)件不僅始終能夠保持平穩(wěn)的頂推姿態(tài)，而且同步控制精度高。其八，此創(chuàng)新工藝高效利用現(xiàn)場施工作業(yè)面，對(duì)項(xiàng)目總體工期控制非常有利。在該工程中，液壓頂推承重設(shè)備主要采用液壓數(shù)控連續(xù)千斤頂DYSC350D-300 型，其額定頂推重量為358.5t，及DYCP20-2D 型液壓數(shù)控泵站（見圖3）。

圖3 DYSC350D-300 型頂推器及DYCP20-2D 型液壓數(shù)控泵站

2.3.3 創(chuàng)新頂推同步控制策劃

此創(chuàng)新技術(shù)采用的控制系統(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定的精細(xì)化控制策略和系統(tǒng)算法，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)整體頂推鋼梁架體的姿態(tài)控制和荷載控制。在頂推過程中，該創(chuàng)新工藝對(duì)以下安全性指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制：首先，確保鋼梁各個(gè)頂推點(diǎn)所配置的液壓頂推設(shè)備的系數(shù)一致性；其次，確保鋼梁構(gòu)架在頂推過程中的穩(wěn)定性，確保頂推各個(gè)單元結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確就位，同時(shí)保持鋼梁構(gòu)架體各個(gè)吊點(diǎn)在上升或下降過程中的同步性（±20mm）。針對(duì)以上施工難點(diǎn)，采取以下管控措施：在索塔橫梁上設(shè)置的頂斜拖拉點(diǎn)的液壓頂推千斤頂通過液壓數(shù)控泵站進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，每套液壓數(shù)控泵站設(shè)置2 臺(tái)泵機(jī)。

2.3.4 鋼梁頂推實(shí)施導(dǎo)向架制作、安裝

此創(chuàng)新工藝采用的液壓頂推千斤頂在施工中，會(huì)在頂部留有長出的鋼絞線。然而，需要注意預(yù)留的鋼絞線長度要適當(dāng)。如果預(yù)留的鋼絞線過長，將對(duì)鋼梁頂推過程中鋼絞線的運(yùn)行、液壓頂推器的天錨和上錨的鎖定以及打開產(chǎn)生較大影響。因此，每臺(tái)液壓千斤頂需要事先配置好導(dǎo)向架，以確保頂部多余的鋼絞線能夠順利導(dǎo)出。

導(dǎo)向架安裝在液壓千斤頂?shù)暮蠓剑ㄉ愿撸?，?dǎo)向架的導(dǎo)出方向要便于安裝油管和傳感器，并且不影響鋼絞線自由下墜。導(dǎo)向架橫梁距離天錨的高度應(yīng)大于1.5～2m，并且偏離液壓千斤頂?shù)闹行谋３衷?～10cm。導(dǎo)向架可以使用現(xiàn)場的角鋼或腳手管架進(jìn)行臨時(shí)制作，但必須確保架體具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。

2.3.5 牽引鋼絞線的安裝

在此工程中，采用19 束AS15.2 牽引鋼絞線。每根動(dòng)力牽引鋼絞線的最大長度為580m。總共使用4臺(tái)液壓千斤頂，共計(jì)使用76 根鋼絞線。由于牽引動(dòng)力鋼絞線較長，在穿鋼絞線時(shí)，技術(shù)員考慮采取以下步驟：首先，在拼裝平臺(tái)端放置索架，并通過架設(shè)牽引系統(tǒng)將鋼絞線牽引至千斤頂?shù)纳隙?；其次，?dāng)基本到位后，即可穿過連接錨具。在操作過程中，鋼絞線不可發(fā)生竄孔、打結(jié)或整體扭轉(zhuǎn)等情況。每束鋼絞線露出段應(yīng)保持平齊，穿好的鋼絞線的上端通過夾頭和錨片進(jìn)行固定。

2.3.6 逐級(jí)加載實(shí)施頂推

鋼梁框架的各構(gòu)件在工廠加工完成后，被運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，并按照規(guī)范進(jìn)行存放和驗(yàn)收。在拼裝過程中，使用35t 龍門吊將鋼梁桿件進(jìn)行散拼，然后進(jìn)行整體縱橫向的組拼安裝。最后，進(jìn)行頂推施工。頂推完成后，在平臺(tái)上繼續(xù)拼裝下一個(gè)鋼梁節(jié)段單元，并循環(huán)執(zhí)行此過程。在液壓頂推系統(tǒng)檢測(cè)和試運(yùn)行無誤之后，開始正式的頂推施工。在實(shí)施頂推之前，需要計(jì)算確定液壓千斤頂?shù)纳旄讐毫Γ紤]壓力損失）和縮缸壓力。試頂推開始時(shí)，液壓千斤頂?shù)纳旄讐毫Ρ仨氈饾u上調(diào)。開始加載壓力設(shè)定為總壓值的20%、40%、50%。在確認(rèn)一切正常后，繼續(xù)加載到60%、70%、80%、90%、95%、100%。試驗(yàn)頂推結(jié)束后，必須再次全面檢查液壓頂推器、設(shè)備系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。只有當(dāng)確認(rèn)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性時(shí)，才能進(jìn)行正式的頂推工作。

2.3.7 滑塊倒換與落梁

滑塊是滑道梁與鋼梁之間的摩擦面。每頂推一段距離后，需要對(duì)滑塊進(jìn)行倒換。拼裝頂推平臺(tái)及各墩頂?shù)幕瑝K倒換時(shí)機(jī)為滑塊即將滑出滑道梁的時(shí)刻，在操作時(shí)需保證每個(gè)滑道梁上至少2 塊滑塊，確?；瑝K接觸處鋼梁的穩(wěn)定性。頂推到位及橋面板施工完成后需要將鋼梁下落到支座上，落梁總高度約65cm。采用鋼板和墊塊抄墊，千斤頂下放的方式進(jìn)行落梁，為保證落梁穩(wěn)定性，每個(gè)落梁支點(diǎn)對(duì)稱設(shè)置4 臺(tái)150t落梁千斤頂，支墊塊與千斤頂交替受力完成落梁過程。操作過程中需在墩頂預(yù)埋鋼板，安裝落梁裝置時(shí)將立柱與預(yù)埋鋼板焊接在一起，或者直接通過植筋的方式用化學(xué)錨栓將整個(gè)落梁調(diào)平墊板進(jìn)行固定。

3 無導(dǎo)梁大跨鋼梁連續(xù)頂推施工全過程受力安全分析

3.1 鋼主梁抗滑移驗(yàn)算

鋼主梁大懸臂豎向變形會(huì)引起向外側(cè)的滑移水平分力和臨時(shí)斜拉索向外側(cè)的不平衡水平分力，這些會(huì)導(dǎo)致鋼主梁在頂推過程中產(chǎn)生滑移安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.1 滑道頂支反力

針對(duì)各工況下支承滑道上最不利水平反力和豎向反力情況，驗(yàn)算單個(gè)滑道的抗滑移安全系數(shù)。

從表2 可以看出，頂推工況CS30 會(huì)出現(xiàn)滑道中較大水平力和較小的豎向反力組合情況，此時(shí)鋼主梁在滑道上存在滑移風(fēng)險(xiǎn)（見圖4）。

表2 各支承滑道中最不利水平力和豎向反力數(shù)據(jù) 單位：kN

圖4 滑道及拼裝現(xiàn)場施工圖

3.1.2 抗滑移校核

考慮滑道梁頂與鋼主梁間設(shè)置了不銹鋼板，有潤滑的滑動(dòng)摩擦系數(shù)可取為0.06，則滑道的抗滑移安全系數(shù)：

校核驗(yàn)算結(jié)果表明，鋼主梁在頂推過程中，抗滑移安全性可以滿足控制要求。

3.2 鋼梁整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

項(xiàng)目新工藝安全性校核的關(guān)鍵內(nèi)容之一是驗(yàn)證頂推過程中永久結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定安全系數(shù)。由于項(xiàng)目采用無導(dǎo)梁頂推新工藝，其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)具有特殊性，傳統(tǒng)的一階屈曲分析無法得出合理的計(jì)算結(jié)果。因此，在該研究中采用Pushover 分析來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的二階彈塑性極限點(diǎn)穩(wěn)定分析。在合理設(shè)置鋼主梁的材料非線性特性的情況下，結(jié)合指定的加載模式，利用Pushover 分析可以準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)極限點(diǎn)穩(wěn)定的極限值。與屈曲分析相比，通過Pushover 分析得到的分支點(diǎn)和穩(wěn)定的上限值更加可靠和精確。通過分析得到的全過程能力-位移曲線，可以根據(jù)初始塑性鉸出現(xiàn)時(shí)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定荷載來計(jì)算整體穩(wěn)定安全系數(shù)（見表3）。

表3 各關(guān)鍵頂推工況下鋼主梁整體穩(wěn)定安全系數(shù)值

通過對(duì)項(xiàng)目頂推過程中鋼主梁的靜力彈塑性分析，得到的頂推過程中鋼主梁的極值點(diǎn)整體穩(wěn)定安全系數(shù)均超過4.0，說明頂推過程中鋼主梁的整體穩(wěn)定能滿足安全性控制要求。

3.3 鋼主梁局部穩(wěn)定驗(yàn)算

無導(dǎo)梁頂推施工新工藝的核心是在鋼主梁上設(shè)置臨時(shí)扣塔，利用臨時(shí)斜拉索調(diào)整懸臂鋼梁段受力狀態(tài)。

頂推過程中，由于臨時(shí)斜拉索的索力不斷變化，臨時(shí)扣塔會(huì)承受較大的豎向力和彎矩作用，而臨時(shí)扣塔塔柱會(huì)將作用力傳遞給鋼主梁，對(duì)鋼主梁局部產(chǎn)生巨大的壓力和拉力。因此，必須對(duì)鋼主梁的局部穩(wěn)定性進(jìn)行安全性校核分析。在SAP2000 中建立前/后塔柱下局部鋼梁板殼三維模型，將塔柱軸壓力作為均布?jí)簭?qiáng)作用在鋼梁頂翼緣。然后對(duì)鋼梁模型進(jìn)行特征值屈曲分析，其中前塔柱下鋼梁局部精細(xì)建模分析的屈曲系數(shù)為21.6，后塔柱下鋼梁局部精細(xì)建模分析的屈曲系數(shù)為25.3。這些屈曲系數(shù)表明構(gòu)件穩(wěn)定性可以滿足安全性控制要求。

4 無導(dǎo)梁大跨鋼梁連續(xù)頂推施工抗風(fēng)穩(wěn)定性分析

由于風(fēng)場的方向和切入角問題，在橋梁風(fēng)荷載計(jì)算中，存在構(gòu)件間風(fēng)作用的遮擋。該仿真模擬針對(duì)計(jì)算風(fēng)荷載全部作用于邊榀鋼主梁和協(xié)同分配到4 榀鋼主梁進(jìn)行計(jì)算，評(píng)估風(fēng)荷載傳遞時(shí)鋼主梁間側(cè)向支撐剛度問題。

從圖5 的分析結(jié)果可以看出，風(fēng)荷載均勻施加在4榀鋼主梁上和施加在邊榀鋼主梁上，得到的側(cè)向變形差值很小，基本可忽略，說明各榀鋼主梁之間的支撐剛度較好，能夠滿足風(fēng)荷載在各榀鋼主梁間協(xié)同分配的計(jì)算假定。

圖5 風(fēng)荷載施加在不同位置上鋼主梁的側(cè)向變形結(jié)果情況

5 施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及監(jiān)測(cè)預(yù)警

5.1 施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

鋼梁頂推施工中需要大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)和重型設(shè)備參與施工，且施工工序相對(duì)復(fù)雜，存在以下幾點(diǎn)施工安全風(fēng)險(xiǎn)：

其一，鋼梁施工中，鋼梁在拼裝平臺(tái)進(jìn)行拼裝，如果拼裝施工控制不合理，產(chǎn)生質(zhì)量問題，各梁段連接處存在強(qiáng)度缺陷，則有可能為此后的頂推施工工作埋下隱患，引發(fā)嚴(yán)重施工安全風(fēng)險(xiǎn)；

其二，頂推施工時(shí)如不能保證鋼梁運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性，造成鋼梁的“爬行”運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)高墩會(huì)造成反復(fù)沖擊，引發(fā)嚴(yán)重施工安全風(fēng)險(xiǎn)；

對(duì)多次點(diǎn)爐、拆開回火器和燒嘴，利用廢布在爐口燃燒實(shí)驗(yàn)等措施進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)造成綠色、紫色回火器炸裂的主因是C排以上形成“鍋蓋”，爐內(nèi)燃燒氣氛上行受阻，導(dǎo)致回火器和防爆片炸裂；而“鍋蓋”成因主要是C5水冷套管內(nèi)部有3個(gè)砂眼漏水，停爐后吹掃過程中，由于被汽化的水蒸汽比空氣的比熱大，冷卻過程中帶走熱量更多，散熱速度快，C排以上一些已熔化的銅在吹風(fēng)時(shí)下落，下落至C排以上立即凝固，因此堵塞氣體上行的縫隙，加之爐內(nèi)上部電銅的重力作用，使得C排以上電銅形成一層密封嚴(yán)實(shí)的電銅塊，即形成“鍋蓋”；點(diǎn)爐過程中，將易燃的廢布、木塊丟進(jìn)爐口后，未見明顯火焰、氣流上升，則說明爐內(nèi)氣氛上升受阻。

其三，若頂推不同步，會(huì)產(chǎn)生負(fù)載集中的現(xiàn)象，加重先啟動(dòng)千斤頂?shù)呢?fù)擔(dān)，墩水平受力異常增大，鋼箱梁橫向偏移、都會(huì)使高墩發(fā)生過大偏移，甚至超出其允許值，同時(shí)導(dǎo)致頂推過程中梁出現(xiàn)中線偏離、各高墩墩頂偏位超出設(shè)計(jì)要求的問題，引起的施工安全風(fēng)險(xiǎn)；

其四，當(dāng)鋼梁底部預(yù)制不夠平整，滑道頂面不夠光潔，滑道及支座存在標(biāo)高誤差時(shí)，則可能造成鋼梁底板應(yīng)力集中，增加頂推的摩阻力，影響頂推的順利進(jìn)行，從而引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

5.2.1 應(yīng)變監(jiān)測(cè)方案

（1）頂推過程中高墩底部混凝土的應(yīng)變測(cè)試。

測(cè)試部位：選取兩個(gè)受力較大的高墩，在高墩底部四個(gè)面布置測(cè)點(diǎn)，具體位置見圖6。

圖6 高墩應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖

測(cè)點(diǎn)數(shù)量：16 個(gè)測(cè)點(diǎn)。

測(cè)試設(shè)備：DH3819 無線靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀（采樣頻率60Hz）。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：高墩底部混凝土的彎曲應(yīng)力情況。

測(cè)試頻率：頂推施工時(shí)連續(xù)測(cè)量。

（2）頂推過程中臨時(shí)扣塔的應(yīng)變測(cè)試。

測(cè)試部位：選取臨時(shí)扣塔邊柱和相鄰的鋼柱進(jìn)行測(cè)量，選取應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置在臨時(shí)扣塔的鋼柱底部橫橋向及順橋向位置。具體位置見圖7。

圖7 臨時(shí)扣塔應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖

測(cè)點(diǎn)數(shù)量：8 個(gè)測(cè)點(diǎn)。

測(cè)試設(shè)備：DH3819 無線靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀（采樣頻率60Hz）。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：頂推施工過程中臨時(shí)扣塔在斜拉索及纜風(fēng)繩的作用下底部應(yīng)力變化情況。

測(cè)試頻率：頂推施工時(shí)連續(xù)測(cè)量。

（3）變形監(jiān)測(cè)方案

變形監(jiān)測(cè)是頂推施工中主要測(cè)試項(xiàng)目之一，變形監(jiān)測(cè)主要針對(duì)鋼梁懸臂端附近的變形和臨時(shí)扣塔頂部水平變形監(jiān)測(cè)。

測(cè)試部位：在頂推施工過程中進(jìn)行測(cè)試，其中鋼梁前段2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，臨時(shí)扣塔4 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，鋼梁最大脫空處2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，T2斜拉索位置2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共10 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具體位置見圖8。

圖8 鋼梁變形測(cè)點(diǎn)布置圖

測(cè)試設(shè)備：精密數(shù)值水準(zhǔn)儀、數(shù)字全站儀。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：頂推過程中臨時(shí)扣塔頂端及鋼梁懸臂端變形情況。

監(jiān)測(cè)頻率：頂推施工及橋面板安裝施工時(shí)連續(xù)測(cè)量。

6 結(jié)語

無導(dǎo)梁大跨鋼梁連續(xù)頂推施工新工藝的核心在于引入輔助臨時(shí)施工裝置，如臨時(shí)鋼管矮扣塔和臨時(shí)斜拉索，并應(yīng)用2×4m 加強(qiáng)型無落地支架設(shè)置方法。通過在貴州省納雍至晴隆高速公路第T15 合同段牂牁江特大橋晴隆岸引橋上的應(yīng)用過程中進(jìn)行研究和實(shí)施，取得顯著的效果。這項(xiàng)工藝減少大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)的總用鋼量26t，降低材料采購和制作費(fèi)用24 萬元，縮短引橋施工工期35 天（2 聯(lián)），減少高空作業(yè)工班55個(gè)，并產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益125 萬元。通過優(yōu)化無導(dǎo)梁頂推施工工藝，可以降低頂推平臺(tái)約20%的設(shè)計(jì)豎向荷載，節(jié)省施工支架措施費(fèi)用約12 萬元；同時(shí)，通過優(yōu)化墩旁托架設(shè)計(jì)，還可以節(jié)約材料采購和制作費(fèi)用約4 萬元。綜上分析，此創(chuàng)新頂推工藝結(jié)合裝配式組合鋼管矮扣塔的定型化和標(biāo)準(zhǔn)化施工，應(yīng)用于此項(xiàng)目中可產(chǎn)生約140 萬元/橋的直接經(jīng)濟(jì)效益。如果將此項(xiàng)目研究成果未來應(yīng)用于其他橋梁建造中，將產(chǎn)生更加豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。