基于重交通條件下曲線(xiàn)橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)

湯天惟

（中交一公局第三工程有限公司，北京）

前言

在我國(guó)交通建設(shè)里程不斷增加的背景下，復(fù)雜橋梁不斷涌現(xiàn)，對(duì)施工作業(yè)提出了更大的挑戰(zhàn)。特別是重交通條件下的曲線(xiàn)橋梁施作，面臨著施工車(chē)輛多、作業(yè)空間小、作業(yè)精度要求高、偏心風(fēng)險(xiǎn)大等諸多難題。因此，為有效降低偏心風(fēng)險(xiǎn)，保障施工質(zhì)量升級(jí)達(dá)標(biāo)，探究重交通條件下的曲線(xiàn)橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)非常必要。

1 基于重交通條件下的曲線(xiàn)橋梁施工背景

某曲線(xiàn)橋梁為客流主通道，全上跨長(zhǎng)516 m，寬41 m。橋梁由主橋、引橋、道路組成，主橋長(zhǎng)240 m，拱塔高82.2 m。主橋需跨越既有線(xiàn)，主橋上部結(jié)構(gòu)為28 m～32 m 預(yù)應(yīng)力T 型箱梁，橋上線(xiàn)路為400 m 小半徑曲線(xiàn)（含圓曲線(xiàn)、緩和曲線(xiàn)），橋上線(xiàn)路最大坡度為9‰，超高90 mm。橋墩（圓柱墩）為左線(xiàn)、右線(xiàn)錯(cuò)開(kāi)孔位布置，梁體斜向放置。

2 基于重交通條件下的曲線(xiàn)橋梁施工問(wèn)題分析

2.1 移動(dòng)模架偏位問(wèn)題描述

在案述曲線(xiàn)橋梁主橋施工時(shí)利用上行式移動(dòng)模架造橋機(jī)，可以在不配備輔助吊機(jī)情況下自動(dòng)完成支腿過(guò)孔移動(dòng)位置，同時(shí)主梁兩側(cè)挑梁頂部頂棚兼具防雨水、防日曬功能，可以實(shí)現(xiàn)全天候高效率運(yùn)行[1]。但是，經(jīng)筆者現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于案述橋梁曲線(xiàn)半徑過(guò)小，移動(dòng)模架在前移過(guò)孔期間，前支腿沿著導(dǎo)梁移動(dòng)到下一個(gè)橋墩位置，沿橫向無(wú)法順利落入橋墩中心，出現(xiàn)位置偏移。若簡(jiǎn)單將前支腿橫向糾偏促使其落入橋墩中間，導(dǎo)梁、前支腿橫向無(wú)法對(duì)中，出現(xiàn)偏載。此時(shí)，移動(dòng)模架主體結(jié)構(gòu)順導(dǎo)梁行進(jìn)到即將施工孔位時(shí)，主體結(jié)構(gòu)自重經(jīng)導(dǎo)梁下壓到前支腿，整個(gè)移動(dòng)模架主體重量易引發(fā)前支腿局部應(yīng)力過(guò)大，甚至失穩(wěn)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)性荷載下力學(xué)性能分析

為確定偏心程度，我認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)曲線(xiàn)橋梁移動(dòng)模架前支腿橫梁、支柱形式，結(jié)合移動(dòng)模架支腿滑移參數(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)性荷載情況，進(jìn)行力學(xué)性能分析，局部參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 曲線(xiàn)橋梁移動(dòng)模架力學(xué)性能分析參數(shù)

根據(jù)表1，計(jì)算偏載。偏載計(jì)算圖式見(jiàn)圖1。

圖1 曲線(xiàn)橋梁移動(dòng)模架偏載計(jì)算圖式

圖1 中，1 為荷載作用點(diǎn)荷載大??；2 為計(jì)算跨距；3 為橫梁上2 個(gè)著力點(diǎn)間距；4 為支腿滑移橫梁上托輥箱中心距。

根據(jù)上述計(jì)算圖式，采用有限元軟件ABAQUS 構(gòu)建三元實(shí)體有限元模型（見(jiàn)圖2），提取移動(dòng)模架前支腿局部應(yīng)力大小[2]。

圖2 某曲線(xiàn)橋梁三元實(shí)體有限元模型

在局部應(yīng)力提前時(shí)，考慮橋梁結(jié)構(gòu)施工所處環(huán)境溫度干擾，進(jìn)行修正，修正公式如下

式中，s 為修正后讀數(shù)，kN；st為橋梁糾偏過(guò)程中讀數(shù)，kN；；s0為初始讀數(shù)，kN；Tt為橋梁糾偏過(guò)程中溫度值，℃；T0為初始溫度，℃。修正后，得出結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 移動(dòng)模架前支腿局部應(yīng)力

根據(jù)表2，可推測(cè)移動(dòng)模架前支腿局部應(yīng)力過(guò)大，且偏載一側(cè)支腿橫梁應(yīng)力超出Q345B 鋼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，整個(gè)曲線(xiàn)橋梁移動(dòng)模架作業(yè)期間失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.3 曲線(xiàn)橋梁移動(dòng)模架偏位程度判定

在圖2 基礎(chǔ)上，利用Midas Civil，構(gòu)建同一聯(lián)上行線(xiàn)、下行線(xiàn)的有限元模型，經(jīng)彈性連接模擬支座[3]。根據(jù)實(shí)際支座平面布設(shè)情況進(jìn)行多方向支撐剛度連接，對(duì)比上行線(xiàn)、下行線(xiàn)偏心值，得出重交通長(zhǎng)期作用下案述曲線(xiàn)橋梁移動(dòng)模架將出現(xiàn)向曲線(xiàn)內(nèi)側(cè)偏移，局部見(jiàn)表3。

表3 重交通條件下曲線(xiàn)橋梁移動(dòng)模架偏位值

由表3 可知，曲線(xiàn)橋梁偏心以運(yùn)行重車(chē)的上行線(xiàn)較為突出，最大偏心值達(dá)到310 mm（1 孔），偏心超出限值（70 mm）的區(qū)段主要為1 孔、5 孔、15 孔，多為圓曲線(xiàn)，局部為緩和曲線(xiàn)；下行線(xiàn)偏心程度相對(duì)較小，最大偏心值為92 mm（1 孔），主要出現(xiàn)在圓曲線(xiàn)段。

3 基于重交通條件下曲線(xiàn)橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用策略

3.1 移動(dòng)模架外側(cè)加固技術(shù)

移動(dòng)模架外側(cè)加固是應(yīng)對(duì)重交通條件下曲線(xiàn)橋梁移動(dòng)模架前支腿橫梁端部在應(yīng)力應(yīng)變下彎曲的主要手段。加固如圖3 所示。

圖3 曲線(xiàn)橋梁移動(dòng)模架加固

圖3 中，1 為橫梁；2 為前支腿；3 為加長(zhǎng)橫梁；4為斜撐。根據(jù)圖3，可以將橫向移動(dòng)平臺(tái)增設(shè)到前支腿上部橫梁外側(cè)，橫向移動(dòng)平臺(tái)向外加長(zhǎng)50 cm，確保曲線(xiàn)橋梁移動(dòng)模架前支腿橫梁偏載情況下最外側(cè)輥輪接觸部位超出橫梁端部邊緣，從源頭規(guī)避局部應(yīng)力集中問(wèn)題。同時(shí)考慮到結(jié)構(gòu)不平衡水平力，利用3 條20 mm 厚鋼板斜撐，焊接在橫梁加載端下部立柱，設(shè)置與實(shí)際重載列車(chē)運(yùn)行速度相適應(yīng)的曲線(xiàn)外軌超高[4]。鋼板斜撐焊接超高根據(jù)均方根速度計(jì)算，計(jì)算公式如下

式中，V 為均方根速度；N 為一晝夜各類(lèi)重載列車(chē)趟數(shù)；Q 為各類(lèi)列車(chē)質(zhì)量；V0為實(shí)測(cè)各類(lèi)列車(chē)速度。根據(jù)式（2）計(jì)算結(jié)果進(jìn)行斜撐超高設(shè)置，確保重交通條件下曲線(xiàn)橋梁移動(dòng)模架偏載情況下承受應(yīng)力處于標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)。

3.2 下行線(xiàn)架橋糾偏

原架橋機(jī)由主梁、前支腿、后支腿、起重小車(chē)、輔助支腿、前懸臂梁幾個(gè)部分組成。在上行式移動(dòng)模架造橋機(jī)應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)不同跨度時(shí)支腿位置調(diào)整要求將多個(gè)前支腿連接位設(shè)置到主梁下蓋板，并將支腿邊跨縱向移動(dòng)軌道、起重天車(chē)運(yùn)行軌道分別設(shè)置到主梁下部、上部，利用前橫梁、后橫梁將2 根主梁連接為一個(gè)整體[5]。主梁前端部固定的工字板梁式懸臂梁可以確保上行式移動(dòng)模架造橋機(jī)縱移穩(wěn)定。同時(shí)在上行式移動(dòng)模架造橋機(jī)過(guò)孔時(shí)，需利用輔助支腿輔助縱向移動(dòng)，輔助支腿經(jīng)球面芯盤(pán)、芯軸與走行小車(chē)相連接，滿(mǎn)足曲線(xiàn)橋梁架設(shè)要求。輔助小車(chē)橫移動(dòng)機(jī)構(gòu)橫向移動(dòng)量限定在±350 mm，無(wú)法滿(mǎn)足400 m 小半徑曲線(xiàn)橋梁過(guò)孔。400 m 小半徑曲線(xiàn)橋梁過(guò)孔要求上行式移動(dòng)模架造橋機(jī)輔助小車(chē)橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)橫向移動(dòng)量超出±930 mm?；诖?，在上行式移動(dòng)模架造橋技術(shù)應(yīng)用時(shí)，就需要從增加輔助小車(chē)橫向移動(dòng)行程著手，擴(kuò)大輔助小車(chē)橫向移動(dòng)空間。即將懸臂梁內(nèi)側(cè)的鏈條驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定支座轉(zhuǎn)移到前懸臂梁外側(cè)，并將輔助小車(chē)橫向移動(dòng)輪距由760 s mm 縮短為640 mm。同時(shí)利用±950 mm 輔助小車(chē)橫向移動(dòng)油缸代替原有油缸。而后支座輪箱鉸座則由直接螺栓固定轉(zhuǎn)變?yōu)閹Я⑤S可旋轉(zhuǎn)鉸座，經(jīng)立軸安裝孔與手孔連接，允許走形輪箱與上行式移動(dòng)模架造橋機(jī)進(jìn)行微量自由旋轉(zhuǎn)，避免架設(shè)曲線(xiàn)橋整機(jī)過(guò)孔時(shí)因無(wú)活動(dòng)余量而出現(xiàn)橫向局部應(yīng)力集中。

3.3 上行線(xiàn)頂推糾偏

在主橋架設(shè)后，因案述曲線(xiàn)橋梁無(wú)法直接現(xiàn)澆，預(yù)應(yīng)力T 型箱梁主橋需在既有線(xiàn)外側(cè)現(xiàn)澆后張拉頂?shù)撞夸撌?，促使梁體處于軸向壓力狀態(tài)，在梁體進(jìn)入預(yù)設(shè)位置后，進(jìn)行剩余鋼束張拉，完成上行線(xiàn)的頂推糾偏施工。根據(jù)案述曲線(xiàn)橋梁處于重交通條件、作業(yè)空間小的特點(diǎn)，優(yōu)選運(yùn)輸便捷的小里程側(cè)場(chǎng)地，利用步履式多點(diǎn)頂推方案，由小里程側(cè)向大里程側(cè)進(jìn)行頂推糾偏，頂推步進(jìn)距離為0.70 m，控制頂推線(xiàn)路縱向坡度小于-9‰。同時(shí)考慮到連續(xù)梁高于簡(jiǎn)支梁，調(diào)整相鄰橋墩支撐高度，進(jìn)行鋼筋混凝土接長(zhǎng)處理。

在步履式多點(diǎn)頂推技術(shù)應(yīng)用于曲線(xiàn)橋梁上行線(xiàn)偏心整治時(shí)，需遵循經(jīng)濟(jì)適用、配套恰當(dāng)?shù)姆结?，選擇QF100-800 的水平千斤頂搭配DBC2.0/DBC10L 液壓泵站、QF400-60 豎向千斤頂，在預(yù)應(yīng)力T 型箱梁制作平臺(tái)上布設(shè)滑道，并在頂部設(shè)置長(zhǎng)45 cm、寬45 cm、厚4 cm 的不銹鋼墊層與四氟復(fù)合板，確?；腊迤秸?。頂推過(guò)程位置限定裝置為滾輪限位器，限位器底座豎向滾輪負(fù)責(zé)限制預(yù)應(yīng)力T 型箱梁的平面位置，并促使其朝著頂進(jìn)方向滾動(dòng)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，根據(jù)上行線(xiàn)頂推施工作業(yè)過(guò)程梁體橫向偏移風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)，增設(shè)導(dǎo)向糾偏裝置，固定在案述曲線(xiàn)橋梁兩側(cè)，一旦梁體出現(xiàn)橫向偏移，第一時(shí)間啟動(dòng)千斤頂對(duì)梁體進(jìn)行頂推調(diào)整，避免橫向偏移量過(guò)大引發(fā)梁體失穩(wěn)。比如，在上行線(xiàn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力T 型箱梁前進(jìn)軌跡偏離設(shè)計(jì)軌道，且墩頂位置上部箱梁內(nèi)側(cè)與外側(cè)縱向增量相差較大時(shí)，技術(shù)人員可以調(diào)整伸縮縫位置千斤頂外側(cè)頂推力、千斤頂內(nèi)側(cè)頂推力之比為1.3:1，均衡上行線(xiàn)橋梁關(guān)鍵控制點(diǎn)應(yīng)變，將橋梁主體與橋墩共同頂推糾偏到位。糾偏到位后，促使曲線(xiàn)橋梁伸縮縫位置護(hù)欄、前端橋梁護(hù)欄與后端相鄰橋梁護(hù)欄基本對(duì)位。

上行線(xiàn)頂推糾偏的本質(zhì)是將頂推反力架沿著曲線(xiàn)橋梁縱軸方向的伸縮縫位置、連續(xù)支座橋墩位置安裝，經(jīng)水平千斤頂施加應(yīng)力，借助臨時(shí)滑移面向所需方向頂推連續(xù)橋跨結(jié)構(gòu)，頂推到位且確定無(wú)誤后進(jìn)行臨時(shí)限位裝置的設(shè)置。我認(rèn)為案述橋跨結(jié)構(gòu)上行線(xiàn)糾偏應(yīng)當(dāng)沿著每處橫向安裝2 臺(tái)千斤頂，經(jīng)平衡分流閥組合控制，逐級(jí)施加縱向水平頂推力，并以連續(xù)梁體發(fā)生位移為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行主千斤頂組水平頂推力的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)上行線(xiàn)預(yù)應(yīng)力T 型箱梁的均衡移動(dòng)。期間需要先沿著橋梁縱軸方向，在伸縮縫位置、橋墩位置安裝反力架，再安裝水平千斤頂，千斤頂前后與梁體接觸位置接觸擴(kuò)大鋼板墊進(jìn)行處理，確定千斤頂有效作用于箱梁腹板指定高度后，借助楔形枕木鎖死沿線(xiàn)橋梁伸縮縫梁體。隨后依據(jù)位移4 mm±1 mm 的標(biāo)準(zhǔn)，多次頂推，每次頂推后靜置20 min，每12 h 累計(jì)頂推量控制在10 mm 以?xún)?nèi)，確保上行線(xiàn)偏位糾正過(guò)程安全開(kāi)展。

4 基于重交通條件下曲線(xiàn)橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用效果

重交通條件下，以每一階段施工進(jìn)入尾聲、下一階段模板標(biāo)高定位前為節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行多次觀(guān)測(cè)，并記錄曲線(xiàn)橋梁移動(dòng)模架內(nèi)外側(cè)偏移數(shù)值。移動(dòng)模架外側(cè)加固關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用前后曲線(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用前后曲線(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性參數(shù)

由表4 所示，曲線(xiàn)橋梁偏心糾正關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用后，內(nèi)側(cè)橫移、外側(cè)橫移數(shù)值顯著下降，橫移變化趨于穩(wěn)定。表明關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用可以改善曲線(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，重交通條件下的曲線(xiàn)橋梁施作任務(wù)重、時(shí)間緊、難度大，面臨著偏心整治問(wèn)題。我認(rèn)為技術(shù)人員應(yīng)堅(jiān)持現(xiàn)場(chǎng)謀劃病害、現(xiàn)場(chǎng)推進(jìn)工作、現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題，積極發(fā)揮技術(shù)專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，突破重交通條件下的曲線(xiàn)橋梁施工難題。同時(shí)綜合利用頂推復(fù)位、移動(dòng)模架造橋等技術(shù)，高標(biāo)準(zhǔn)、高效率、高質(zhì)量地完成重交通條件下的曲線(xiàn)橋梁施作任務(wù)。