超寬鋼箱梁整體頂推施工技術(shù)研究

李秉海 戴 笠 曾鵬罡 王云峰

中國(guó)建筑第五工程局有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 410000

龐大且有序的交通系統(tǒng)，是城市經(jīng)濟(jì)脈絡(luò)的重要體現(xiàn)，這一方面有助于強(qiáng)化人和人的聯(lián)系，另一方面對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和文化交流也具有推動(dòng)作用，目前國(guó)內(nèi)各城市地表交通逐漸飽和，各工程商開(kāi)始研究跨線(xiàn)橋梁施工[1]。起元大橋，屬于長(zhǎng)征文化公園于都段配套市政項(xiàng)目，其橋梁共計(jì)515.9m，寬度共計(jì)40m，設(shè)計(jì)為雙向六車(chē)道。主橋橋型為Y型連續(xù)剛構(gòu)一拱組合體系橋，兩側(cè)設(shè)置南北2座引橋，其中南引橋連接?xùn)|橋路，北引橋則通于立交單喇叭。本文主要針對(duì)該項(xiàng)目中的超寬鋼箱梁頂推施工技術(shù)展開(kāi)研究。

1 超寬鋼箱梁概況

主跨鋼箱梁長(zhǎng)度為136.8m，為全焊等寬單箱三室簡(jiǎn)支鋼箱梁結(jié)構(gòu)。截面外形對(duì)應(yīng)邊跨混凝土截面，超寬鋼箱梁頂寬共計(jì)40000mm，其中中室梁高3500mm，室寬4000mm；邊室寬13050mm，懸臂板長(zhǎng)5000mm。鋼箱梁底板、中板、頂板板厚分別為14mm、20mm、12mm，邊腹板厚度20mm，端橫梁附近頂板板厚加厚至32mm，底板板厚加厚至20mm。鋼箱梁每3000mm 設(shè)一道橫隔梁，一般橫隔梁厚度14mm，吊索橫隔梁在吊索錨固箱室內(nèi)厚度為20mm。鋼箱梁端部設(shè)上牛腿構(gòu)造接邊跨混凝土下牛腿，橫隔梁厚度20mm。箱梁端部3500mm范圍設(shè)鐵砂混凝土壓重，單側(cè)鐵砂混凝土不少于200m3。超寬鋼梁橋面板構(gòu)造選擇正交異性板，索梁錨固區(qū)的具體位置在箱梁中室，選擇鋼錨梁構(gòu)造，錨固區(qū)腹板、加勁肋版、端承板以及錨梁板共同組成鋼錨梁。

2 超寬鋼箱梁整體頂推施工技術(shù)

2.1 工藝流程圖

該項(xiàng)目中的超寬鋼箱梁選擇步履式多點(diǎn)頂推，順著橋梁軸線(xiàn)的方向，對(duì)頂推支墩進(jìn)行有效設(shè)置，頂推支墩上需要布置千斤頂，以輔助頂推施工。超寬鋼箱梁頂推工藝流程如圖1所示。

圖1 頂推施工工藝流程圖

圖2 后導(dǎo)梁吊裝立面圖

圖3 頂推施工中鋼箱梁頂推至橋位的平面示意圖

2.2 頂推操作工藝

2.2.1 前導(dǎo)梁安裝

根據(jù)頂推跨度的布置形式設(shè)置前后導(dǎo)梁，鋼箱梁頂推過(guò)程中前后懸臂的最大長(zhǎng)度均比較大，減少主梁在頂推過(guò)程中的懸臂長(zhǎng)度，降低懸臂狀態(tài)下的負(fù)彎矩峰值，減小梁體的變形量，本項(xiàng)目為設(shè)置了前后雙導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行頂推。前端導(dǎo)梁總長(zhǎng)為跨徑的2/3，40*2/3=26.7m，導(dǎo)梁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度取27m，導(dǎo)梁材質(zhì)為Q355B，連接系采用φ203*7mm鋼管和φ127*6mm，材質(zhì)為Q235B，后導(dǎo)梁總長(zhǎng)為15m，導(dǎo)梁材質(zhì)為Q355B，連接系采用φ203*7mm鋼管和φ127*6mm，材質(zhì)為Q235B，先安裝前導(dǎo)梁，然后向前頂推10m后，再安裝后導(dǎo)梁。

2.2.2 頂推設(shè)備安裝

在頂推墩墩頂墊梁上安裝小頂推單元，每2個(gè)小頂推單元布置1臺(tái)液壓泵站和1套PLC分控制系統(tǒng)，PLC集成主控制系統(tǒng)布置在棧橋處附近。

2.2.3 頂推設(shè)備調(diào)試

安裝頂推設(shè)備后，調(diào)試與系統(tǒng)相連接的電路、油路等，確保自動(dòng)或手動(dòng)模式下，能夠根據(jù)設(shè)定運(yùn)行模式運(yùn)行執(zhí)行單元。聯(lián)機(jī)調(diào)試過(guò)程中，將泵站打開(kāi)，并設(shè)置手動(dòng)運(yùn)行，主控臺(tái)操作面板中有效控制執(zhí)行元件縮缸、伸缸等動(dòng)作，嚴(yán)格檢查其動(dòng)作正確與否，同時(shí)調(diào)節(jié)裝置檢測(cè)元件，確保檢測(cè)裝置處于正常狀態(tài)。系統(tǒng)手動(dòng)試機(jī)后，更改為自動(dòng)運(yùn)行模式，對(duì)系統(tǒng)千斤頂動(dòng)作同步性、協(xié)調(diào)性等進(jìn)行檢查，若不符合要求，需要查找相關(guān)原因，解決問(wèn)題，等到系統(tǒng)動(dòng)作協(xié)調(diào)后，就說(shuō)明頂推設(shè)備調(diào)試合格[2]。

2.2.4 頂推正式施工

第一，采用手動(dòng)模式試頂推，對(duì)傳感器、油泵、糾偏頂、壓力表等異常與否進(jìn)行嚴(yán)密檢查。啟動(dòng)豎向千斤頂將梁體頂起至工作高度，并監(jiān)測(cè)梁體及臨時(shí)墩變形及應(yīng)力，確認(rèn)無(wú)安全隱患后正式頂推。

第二，將各墩頂推設(shè)備啟動(dòng)，從頂升系統(tǒng)中配備的壓力傳感器所檢測(cè)的壓力值，向支反力值轉(zhuǎn)換，再?gòu)脑撝祿Q算值將壓力加給頂推油缸，借助所設(shè)定的壓力，頂推油缸提供頂推力，通過(guò)控制臨時(shí)墩兩側(cè)頂推油缸，實(shí)現(xiàn)同步頂推，此處需要對(duì)頂升支撐油缸支反力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，不僅要確保頂推油缸推力精確性，而且還要在一個(gè)行程推進(jìn)后，頂推油缸能夠縮回到下一行程起點(diǎn)，進(jìn)而開(kāi)始下一行程頂推工作。

第三，滑移啟動(dòng)手動(dòng)操作頂推系統(tǒng)牽引主梁后，開(kāi)始切換到自動(dòng)運(yùn)行模式，自動(dòng)連續(xù)頂推主梁。自動(dòng)頂推時(shí)，需要實(shí)時(shí)記錄頂推時(shí)的油壓值。為防止頂推時(shí)箱梁發(fā)生橫向偏移，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制環(huán)節(jié)會(huì)集成中軸線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)在頂推時(shí)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控超寬剛相連中軸線(xiàn)，并對(duì)千斤頂進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，確保其處于特定誤差范圍。此外，頂推期間，有效調(diào)整各墩支撐油缸，調(diào)整該點(diǎn)中鋼箱梁標(biāo)高至規(guī)定標(biāo)高，再重復(fù)鋼箱梁頂推操作，該情況下要確保頂推油缸位移同步[3]。

2.2.5 頂推施工步驟

初始狀態(tài)：頂推前試頂檢查設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在頂推前，要做好頂推施工人員安全技術(shù)交底工作，在配置施工人員方面，主要為：指揮員1人，助理2人，安全員2人，測(cè)量人員2人，頂推施工人員若干，頂推基準(zhǔn)面高程為133.846m。

2.3 頂推施工控制

2.3.1 頂推施工中觀(guān)測(cè)項(xiàng)目

為保證鋼箱梁成橋后，能夠與所設(shè)計(jì)應(yīng)力狀態(tài)、線(xiàn)型要求等相符合，需要?jiǎng)屿o態(tài)等工況下對(duì)拼裝頂推所受日照、風(fēng)力以及溫度等影響施工的因素進(jìn)行分析，尋找影響頂推施工的不利狀態(tài)，詳細(xì)觀(guān)測(cè)最大變形值，內(nèi)容包括：（1）觀(guān)測(cè)墊梁中鋼箱梁底板接觸情況，檢測(cè)分析鋼箱梁中不利于底板與腹板受力的狀態(tài)內(nèi)力；（2）超寬鋼箱梁階段起吊與運(yùn)輸就位后出現(xiàn)變形狀態(tài)；（3）由于日照不均、溫度影響以及焊接累積誤差等導(dǎo)致縱向長(zhǎng)度發(fā)生改變，風(fēng)力影響頂推，主縱梁平面點(diǎn)標(biāo)高與橫向部位發(fā)生改變。

2.3.2 同步頂推保證措施

盡管在頂推時(shí)無(wú)法確保摩擦力保持一致，然而，可借助千斤頂同步確保位移一致，以降低不利于結(jié)構(gòu)偏移情況的出現(xiàn)概率。在頂升千斤活塞頂起超寬箱梁后，會(huì)實(shí)現(xiàn)梁頂推前移，該工藝過(guò)程需要壓力均衡控制、位移同步控制以及橫向調(diào)節(jié)控制[4]。主控臺(tái)一方面要控制橋墩頂推千斤頂動(dòng)作保持統(tǒng)一，另一方面還要確保頂推千斤頂同步進(jìn)行，具體控制方法為：相同橋墩水平頂推千斤頂主動(dòng)點(diǎn)為1#頂，設(shè)定特定伸缸速度，其它水平定點(diǎn)當(dāng)作隨動(dòng)點(diǎn)，且和1#頂作對(duì)比，每臺(tái)頂和1#頂位移量差進(jìn)行設(shè)定值的有效控制，如果哪臺(tái)頂伸缸速度比較快，那么需要降低其比例閥流量，如果速度比較慢，則需要增加其比例閥流量。如果是不同橋墩，同步控制器水平頂推千斤頂措施為：主動(dòng)點(diǎn)設(shè)定為1#頂，其他項(xiàng)和1#頂相比較，如果哪臺(tái)頂伸缸的速度比較快，那么需要降低其比例閥流量，如果速度比較慢，則需要增加其比例閥流量，保證水平頂推同步性。頂推過(guò)程中，各墩同步精度應(yīng)控制在5mm內(nèi)，且同墩兩側(cè)應(yīng)該控制在1mm內(nèi)。

因?yàn)槊颗_(tái)頂推千斤頂都會(huì)設(shè)置用來(lái)進(jìn)行荷載變化監(jiān)控的壓力變送器，借助主控臺(tái)面板與現(xiàn)場(chǎng)控制器，對(duì)每臺(tái)頂壓力最大值、相同橋墩若干頂壓力差進(jìn)行設(shè)定，計(jì)算機(jī)對(duì)每臺(tái)頂載荷變化進(jìn)行監(jiān)控，精準(zhǔn)協(xié)調(diào)系統(tǒng)載荷分配。若某臺(tái)頂載荷壓力最大值在設(shè)定值以上，系統(tǒng)就會(huì)默認(rèn)停機(jī)，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2.3.3 豎向頂升控制

在豎向頂升千斤頂?shù)幕钊蛲馍斐龊髸?huì)頂起箱梁，主控臺(tái)在該過(guò)程中一方面需要控制集群頂升千斤頂動(dòng)作，另一方面還要借助墊梁與箱梁中所安裝的位移傳感器，對(duì)頂升高度進(jìn)行檢測(cè)，確保兩側(cè)的頂升千斤頂能夠保持同步狀態(tài)。具體控制策略是以一側(cè)作為基準(zhǔn)，控制兩側(cè)的位移差在特定范圍，如果跟隨側(cè)頂升存在較大的高度，那么就需要減少這一側(cè)比例閥流量，如果頂升高度小，則需要增加流量，該過(guò)程需控制同步精度在4mm內(nèi)。

因?yàn)槊總€(gè)受力點(diǎn)都會(huì)安裝壓力傳感器，主要用于對(duì)各受力點(diǎn)荷載進(jìn)行監(jiān)控，借助主控臺(tái)面板或現(xiàn)場(chǎng)控制器，對(duì)各受力點(diǎn)壓力最大值、橋墩受力點(diǎn)壓差最大值進(jìn)行設(shè)定，通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)受力點(diǎn)載荷變化，使系統(tǒng)載荷分配得到精準(zhǔn)協(xié)調(diào)。若某受力點(diǎn)載荷上升至所設(shè)壓力最高值，橋墩受力點(diǎn)壓差最大值大于設(shè)定值，那么系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)停機(jī)，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)[5]。

2.3.4 平衡度控制

因各橋墩墊梁都安裝有傾角傳感器，主要用來(lái)檢測(cè)X、Y軸方向箱梁傾斜角度，所以，通過(guò)設(shè)定各傾角傳感器最大傾斜角度，就能夠?qū)ο淞浩胶舛冗M(jìn)行有效控制。如果某個(gè)傾角傳感器傾斜角度大于設(shè)定值，那么系統(tǒng)就會(huì)停機(jī)報(bào)警。

2.3.5 糾偏方案

頂推施工前，在鋼箱梁腹板內(nèi)側(cè)100mm提前畫(huà)出軌跡線(xiàn)，以此為千斤頂頂推中心軌跡線(xiàn)，與千斤頂中心比對(duì)進(jìn)行初步判斷。在頂推過(guò)程中，完成單次頂推動(dòng)作后，使用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行軸線(xiàn)進(jìn)行精測(cè)。當(dāng)橫橋向偏位量超過(guò)30mm時(shí)，及時(shí)給主控室進(jìn)行報(bào)點(diǎn)，采用千斤頂同步進(jìn)行鋼梁調(diào)位作業(yè)。

鋼箱梁梁頂采用全站儀進(jìn)行高程測(cè)量，在梁底腹板處貼反光片采用全站儀進(jìn)行梁底高程測(cè)量，通過(guò)比對(duì)梁底、梁頂高程觀(guān)察鋼箱梁的變化。

2.3.6 防中線(xiàn)偏差措施

（1）確保同步頂推：每次頂推前，應(yīng)仔細(xì)檢查中央控制系統(tǒng)和各墩位處頂推設(shè)備的性能，頂推過(guò)程中通過(guò)頂推位移和頂推力進(jìn)行雙控，以頂推位移為主，確保鋼梁左右側(cè)前行位移量協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

（2）監(jiān)測(cè)措施：在鋼梁前端和尾端頂面設(shè)中線(xiàn)偏移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，頂推過(guò)程中連續(xù)觀(guān)測(cè)。鋼梁吊至拼裝平臺(tái)后，在鋼梁底面離滑道中心線(xiàn)1m（外側(cè)）處用紅油漆筆作里程標(biāo)線(xiàn)，標(biāo)線(xiàn)間距1m，同時(shí)在滑道外側(cè)用油漆筆畫(huà)出刻度，精確到厘米，這樣頂推過(guò)程 中位于各滑道旁的操作人員能直觀(guān)的觀(guān)察兩側(cè)進(jìn)尺是否同步。

2.3.7 累計(jì)誤差的控制

箱梁平移時(shí)，主控制臺(tái)對(duì)各受力點(diǎn)水平頂推位移進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)位移量最大值與位移量最小值的差，計(jì)算出累計(jì)誤差，如果累計(jì)誤差大于設(shè)定值，就要暫停自動(dòng)模式，切換為手動(dòng)模式，同時(shí)單獨(dú)調(diào)節(jié)油缸動(dòng)作，使誤差得到糾正[6]。

2.3.8 頂推到位控制

為防止頂推到位時(shí)，出現(xiàn)頂推過(guò)頭現(xiàn)象，須采取如下措施：（1）在頂推端頭設(shè)置限位支架，作為頂推到位的依據(jù)和限位措施。（2）在頂推到位前1m處，停止連續(xù)頂推作業(yè)，使用點(diǎn)動(dòng)操作，每次向前頂推20cm，并進(jìn)行觀(guān)測(cè)。（3）控制頂推到位時(shí)機(jī)，防止溫差導(dǎo)致梁段移位。

2.3.9 頂推施工質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

鋼箱梁頂推施工允許偏差如下表：

表1 鋼箱梁頂推施工允許偏差值

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超寬橋梁是國(guó)內(nèi)城市交通系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，該類(lèi)橋梁在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮著重要角色，超寬橋梁施工技術(shù)是施工人員的重要工作內(nèi)容，頂推施工是極為經(jīng)典的一項(xiàng)橋梁施工技術(shù)，在市政橋梁施工中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本文以起元大橋項(xiàng)目超寬鋼箱梁頂推施工為對(duì)象，與實(shí)際相結(jié)合，展開(kāi)施工模擬，結(jié)果顯示，該頂推施工技術(shù)具有安全可靠性，且切實(shí)可行，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工具有參考價(jià)值。