匝道橋單點連續(xù)頂推施工技術研究

摘" 要：頂推施工是橋梁上部施工常用的一種施工方法，具有跨越能力強、不影響橋下交通、適合高墩作業(yè)等優(yōu)點。該文以某跨越既有高速公路匝道橋為例，介紹該橋吊裝與單點連續(xù)頂推相結合的施工方法。在頂推過程中采取中軸線偏位、局部失穩(wěn)、梁體豎向線形、應力監(jiān)控、橫向位移失穩(wěn)和預拱度等控制措施，并對頂推過程進行受力分析計算，經計算，在頂推過程中導梁和鋼箱梁強度、剛度滿足要求，可以用于指導橋梁施工，并為類似橋梁施工提供參考。

關鍵詞：匝道橋；頂推施工；鋼箱梁；橋梁施工；施工方法

中圖分類號：U445" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）17-0177-04

Abstract： Incremental launching method is a commonly used construction method in the upper part of the bridge， which has the advantages of strong spanning ability， not affecting the traffic under the bridge， suitable for high pier operation and so on. Taking the ramp bridge of an existing expressway as an example， this paper introduces the construction method of the combination of hoisting and single point continuous jacking of the bridge. In the process of jacking， some control measures are taken， such as central axis deviation， local instability， vertical alignment of beam， stress monitoring， lateral displacement instability， pre-camber and so on. The strength and stiffness of guide beam and steel box girder meet the requirements， thereby can be used to guide bridge construction and provide reference for similar bridge construction.

Keywords： ramp bridge; incremental launching method; steel box girder; bridge construction; construction method

頂推施工[1-3]因具有跨越障礙（河流、運營鐵路、運營高速公路）能力強、可不中斷橋下交通、適合高墩作業(yè)等優(yōu)點，使其廣泛運用于橋梁施工并得到了快速發(fā)展。而鋼箱梁具有重量輕、強度高、跨越能力強和多為等截面等優(yōu)點，尤其適合與頂推施工相結合。按頂推動力裝置分[2]，頂推施工可分為單點頂推和多點頂推，單點頂推[4-5]具有頂推點少、容易控制及調整、操作簡便和同步性強等優(yōu)點，本文中的橋梁由于頂推長度小、重量輕，因此上部鋼箱梁選擇單點連續(xù)頂推方式進行架設。

1" 工程概況

本文以某高速公路B匝道橋為例，上部結構為裝配式預應力混凝土橋面連續(xù)T梁+單箱雙室連續(xù)鋼箱梁，橋跨布置為6×20 m+6×20 m+（35+50+35） m，橋梁全長360 m。下部結構0#橋臺、15#橋臺采用柱式臺，橋墩均采用圓形截面柱式墩，墩臺采用樁基礎。平面分別位于圓曲線、緩和曲線和圓曲線上，縱斷面位于R=3 000 m的豎曲線上。第三聯(lián)設計為（35+50+35） m連續(xù)鋼箱梁橋，其中第二跨（13#墩—14#墩間，50 m主跨）將上跨原有高速公路（凈空約為5.5 m），交角約60°。第三聯(lián)鋼箱梁橋型布置如圖1所示。

鋼箱梁梁高2.2 m（箱梁內輪廓線高度），頂面全寬10.5 m，兩側各設2.0 m寬挑臂，腹板間距3.25 m。鋼箱梁頂板厚18 mm，下設“U”形和板式加勁肋；鋼箱梁底板厚16 mm，設“T”形加勁肋；腹板厚16 mm，設3道160×16 mm板式加勁肋。鋼箱梁標準斷面如圖2所示。

中跨跨中設24 mm向上預拱，邊跨跨中設置15 mm向上預拱，中間部分按二次拋物線變化。預拱度值不含制作拱度和支架墩彈性變形，施工時應考慮其影響，并將其以預拱度的形式設置。

2" 鋼箱梁施工

2.1" 總體施工方案

B匝道橋鋼箱梁施工的主要難點是跨既有高速公路，跨度為50 m。此路段交通不能中斷，也不能完全封閉，無法在高速公路中間搭設支承系統(tǒng)，中跨50 m鋼箱梁全部采用吊車吊裝難度很大。經研究擬定，邊跨12#—13#墩的34.92 m鋼箱梁（1#—3#節(jié)段）及14#—15#墩間的11#節(jié)段鋼箱梁采用吊裝；13#—15#墩間的4#—10#節(jié)段鋼箱梁（全長74.8 m），采用液壓油缸單點頂推施工工法來完成。工況4、工況5鋼箱梁頂推示意圖如圖3、圖4所示。

鋼箱梁頂推到位后，通過吊車將1#—3#節(jié)段、11#節(jié)段鋼箱梁吊裝到位，完成整個鋼箱梁橋1#—11#節(jié)段的安裝。再進行整體（119.88 m）落梁施工。最后通過落梁千斤頂將鋼箱梁下落至設計高程位置上。

2.2" 頂推施工設備及原理

本橋第三聯(lián)鋼箱梁采用2臺自動連續(xù)頂推千斤頂進行頂推施工，通過2個液壓油缸串聯(lián)，其中一個油缸頂推，另一個回程復位，當前一個油缸頂推行程快要到位時，另一個進入工作狀態(tài)，交替接力往復循環(huán)，來實現(xiàn)箱梁不停地連續(xù)頂推。

鋼箱梁頂推系統(tǒng)包括支承系統(tǒng)、導梁系統(tǒng)、頂推系統(tǒng)、落梁系統(tǒng)（落梁設備）、導向糾偏系統(tǒng)（導向限位輪）和控制系統(tǒng)（油泵及智能操控臺）6大部分。支承系統(tǒng)安裝于13#墩處、14#墩處、12#—13#墩間及14#—15#墩間，并在支承系統(tǒng)上安裝分配梁。頂推系統(tǒng)安裝于需要頂推施工的各節(jié)段鋼箱梁尾部，為鋼箱梁前進時的動力，克服鋼箱梁與支承板的摩擦力，使鋼箱梁向前移動。導向限位輪為橫向可調式，分為上部導向滾輪和可調頂絲底座，用螺栓安裝在臨時支撐上。落梁系統(tǒng)安裝于橋墩位置處支撐系統(tǒng)頂部。

2.3" 頂推施工臨時結構

導梁。為了頂推時跨越空間距離，減輕鋼梁后配重、增加鋼梁長度，安全到達前進方向支架，鋼梁+導梁是更安全有效的方法[6-7]。導梁由2片主梁及3道橫撐組成，導梁總長35 m，2片主梁中心距6 500 mm，與鋼箱梁頂板、底板、腹板焊接，導梁的2片主梁為變截面工字型結構，高度為1 500～2 500 mm，材質為Q345鋼材，重約35" t。導梁設計成標準模塊（焊接），便于現(xiàn)場組裝及拆除，導梁的腹板與鋼箱梁的外腹板焊接，按焊接鋼箱梁中腹板的要求執(zhí)行，焊縫質量要求作檢測，對接焊縫質量等級為I級。

滑道?；啦捎?00×400×16 mm截面，滑道下設置2拼（3拼、4拼）40a工字鋼分配梁，分配梁支承于鋼管柱臨時支墩頂部?；郎戏皆O置聚四氟乙烯板，尺寸為12×540×295 mm。滑道安裝好之后，吊裝導梁。

臨時支墩。14#—15#墩間的臨時支墩按3 m間距布置，在基礎上設置φ408×8 mm鋼管以調整分配梁高程。12#—13#墩間的2個臨時支墩的間距按鋼箱梁的分段長度布置，便于吊裝1#—3#節(jié)段鋼箱梁，12#—13#墩間臨時支墩采用4根φ408×8 mm鋼管組成，鋼管橫向縱向連接采用16槽鋼。13#、14#墩處臨時支墩采用鋼管柱與此處橋墩相結合的形式，在橋墩周圍設置8根鋼管（13#墩處為8根φ408×8 mm鋼管，14#墩處為4根φ600×8 mm鋼管+4根φ408×8 mm鋼管），與橋墩相結合形成組合臨時支墩，鋼管橫向縱向連接采用16槽鋼。臨時支墩鋼管及槽鋼均采用Q235鋼材。

2.4" 頂推施工步驟

①先處理臨時支墩基礎，然后安裝13#墩、14#墩處臨時支墩，再安裝14#—15#墩間的臨時支墩及12#—13#墩間的2個臨時支墩。②在臨時支墩上安裝分配梁，在分配梁上按鋼箱梁曲線線形安裝滑道（14#—15#墩間），檢查合格后，在滑道上拼裝導梁35 m，然后吊裝4#—5#節(jié)段鋼箱梁（吊裝鋼箱梁前應先將導梁向13#墩方向前移），與導梁焊接為一體，安裝頂推裝置并不斷向13#墩方向頂推。③將4#—5#節(jié)段頂推前進12 m后，拆除頂推裝置。④6#節(jié)段鋼箱梁安裝、焊接、補涂、探傷至合格后，安裝頂推裝置并頂推前進10.4 m，拆除頂推裝置。⑤與步驟④類似，安裝7#—10#節(jié)段鋼箱梁并頂推到位，拆除頂推裝置。⑥拆下導梁和滑道分配梁，吊裝11#節(jié)段鋼箱梁；在12#—13#墩間吊裝1#—3#節(jié)段鋼箱梁。⑦在1#—11#節(jié)段鋼箱梁各支墩安裝落梁裝置，同步下落至設計高程，拆除所有臨時支墩和基礎。

2.5" 頂推施工技術

①中軸線偏位控制及糾偏措施。在頂推施工過程中，通過調整順橋向及橫橋向導向限位輪、頂升支撐油缸的行程，保證鋼箱梁中線在允許范圍之內。在拼裝及對位過程中，通過各點的微調和精調，滿足拼裝精度要求。鋼箱梁頂推時通過各種導向裝置限位，防止鋼箱梁橫向偏移。頂推設備中設置了4個導向限位輪，可以對梁段位置進行橫向調節(jié)，隨時糾正頂推過程中出現(xiàn)的偏差。②保證走行順暢，防局部失穩(wěn)和控制梁體豎向線形措施。為防止梁體在頂推過程中發(fā)生局部失穩(wěn)，采取了如下措施：提高滑道的制作精度，嚴格控制滑道標高。走行時在臨時支點滑道下面設千斤頂，以便隨時調整滑道標高。在箱梁前段設置重量輕、剛度大的鋼導梁，用焊接方式將鋼導梁與鋼箱梁連接，并設置加強筋，改善鋼箱梁前部的受力狀態(tài)。以高標準嚴格控制鋼箱梁梁段拼裝質量，確保提高鋼箱梁梁底平整度。嚴格控制梁體的撓度，每一梁段完工后及時修正拼梁臺座標高。③施工過程中應力監(jiān)控措施。在鋼箱梁跨中及端部設置應力監(jiān)控斷面，實測頂推過程中梁體底板、腹板、頂板應力變化情況。④防止橫向位移失穩(wěn)的措施。為了防止鋼箱梁向一側傾斜，兩側每隔5 m設置一對導向限位輪。⑤預拱度控制措施。在鋼箱梁架設前，提前在承重支架上按照鋼箱梁分布位置焊接調節(jié)管，按照豎曲線及預拱度推算每一排支架對應位置的梁底標高，并在調節(jié)管上進行標注，隨后調整調節(jié)管管口標高到設計梁底標高為止，構件直接落在調節(jié)管上，落實之后采用千斤頂進行標高的微調。⑥落梁。鋼箱梁頂推到位后，通過吊車將1#—3#、11#節(jié)段鋼箱梁吊裝到位，完成全橋1#—11#節(jié)段的安裝，再進行整體（119.88 m）落梁施工。把8臺千斤頂分別放置在4個橋墩鋼箱梁兩邊上，并在鋼箱梁下安裝鋼墊板，在其下安裝千斤頂及墊塊先頂起鋼箱梁30 mm，在鋼墊板上安裝千斤頂和千斤頂支座，每個下落位置2個支承點為一組，共8組，然后下降一個行程是150 mm，交錯下落，鋼箱梁實際落梁到設計高程（支座上）。

2.6" 鋼箱梁施工監(jiān)控

①支架沉降監(jiān)測。在臨時支架搭設完畢并經各方驗收合格后，在鋼箱梁吊裝架設前，在臨時支架基礎上布置沉降監(jiān)測點，并測得穩(wěn)定初始值，沉降監(jiān)測點布置在每個基礎的預埋板上。②支架垂直度監(jiān)測。在臨時支架搭設完畢并經各方驗收合格后，在鋼箱梁吊裝架設前，在格構式支架立柱上布置立柱垂直度觀測點，并測得穩(wěn)定初始值。③鋼箱梁線形監(jiān)測。利用全站儀對鋼箱梁架設過程進行控制，對最不利工況下變形及全橋整體線形監(jiān)測，對于存在的偏差及時調整糾正。④鋼箱梁軸線偏位監(jiān)測。利用全站儀和水準儀對鋼箱梁頂推過程進行控制，對各工況下軸線偏移監(jiān)測，對于存在的偏差及時調整糾正。

3" 頂推過程受力計算分析

與其他施工方法相比，采用頂推施工方法時鋼箱梁受力情況比較復雜，在梁體不斷向前頂推過程中，梁體在不斷移動，其結構體系也在不斷轉換，約束條件在不斷變化，受力狀態(tài)在不斷變化。因此對頂推過程的每個工況都進行受力分析[8]就顯得非常必要。

3.1" 建模

采用有限元軟件MIDAS CIVIL對鋼箱梁及導梁進行離散，建立有限元模型如圖5所示。建模時，采用“梁不動墩動”[9]的思想，即隨著鋼箱梁不斷向前頂推，不斷激活鋼箱梁單元（節(jié)點）并移動邊界條件對頂推過程進行模擬。

頂推段鋼箱梁全長74.8 m，為單箱雙室鋼箱梁結構，材質為Q345qC鋼材，重約465 t。導梁總長35 m，為變截面工字型結構，材質為Q345鋼材，重約35 t。均采用梁單元進行模擬。Q345鋼材強度設計值見表1。

3.2" 受力分析

為了確保頂推過程中鋼箱梁的強度、剛度滿足要求，需要計算頂推過程中鋼箱梁及導梁的應力、撓度，確保其滿足規(guī)范要求。根據(jù)臨時墩布置情況，為了方便計算，將頂推過程分解為5個計算工況，見表2。

經逐個工況計算，得到鋼箱梁和導梁的應力、撓度及支反力計算結果見表3。

經計算分析，頂推過程中，工況4為最不利工況，即導梁和鋼箱梁即將上13#頂推支墩時，此時導梁和鋼箱梁懸挑長度最大，約為50 m。此時，最大撓度位于導梁前端，為228.1 mm；最大組合應力為131.0 MPa，小于Q345鋼材容許應力295 MPa；最大剪應力為23.2 MPa，小于Q345鋼材容許剪應力170 MPa；最大支反力位于14#支墩側，為1 734 kN。綜上所述，在頂推過程中，導梁及鋼箱梁強度、剛度滿足要求。

4" 結束語

本橋根據(jù)現(xiàn)場地形、交通等條件，選擇吊裝與頂推相結合的施工方法。由于本橋頂推長度小、重量輕，選擇了單點連續(xù)頂推的施工工藝，具有頂推點少、容易控制及調整、操作簡便和同步性強等優(yōu)點。在頂推施工中，要采取有效措施控制中軸線偏位、防止局部失穩(wěn)、控制梁體豎向線形、防止橫向位移失穩(wěn)、監(jiān)控局部應力和控制預拱度。對頂推過程進行受力分析計算，經計算，工況4（導梁即將上13#頂推支墩）為最不利工況，在頂推過程中，應該引起重視。所有工況下，導梁及鋼箱梁強度、剛度滿足要求。

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