跨104國道特大橋84 m鋼桁梁高位拼裝懸臂頂推架設施工技術

張銳光，彭洪波

(中鐵十局集團有限公司第八工程公司，山東泰安 271000)

1 工程簡介

跨104國道特大橋位于京滬高速鐵路濟滬南聯絡線上，橋梁全長2 155.59 m，為雙線橋，其中39號～40號墩間為1-80 m雙線簡支鋼桁梁，為上跨104國道特大橋而設，鋼桁梁線位處與104國道公路橋斜交角度53.5°，國道行車繁忙，施工安全壓力較大。

鋼桁梁全長85.5 m，自重10 858 kN。主桁采用無豎桿三角桁，主桁中心距10.6 m，桁高12.3 m，節間長度12 m，共7節。上下弦桿采用箱形截面，斜腹桿采用箱形截面和H形截面，主桁節點采用整體節點形式，上、下弦桿及斜腹桿均采用全截面拼接，主桁弦桿和斜腹桿的連接采用M27高強度螺栓。橋面系縱、橫梁除端橫梁外均為焊接工字形截面，端橫梁為焊接箱形截面，在縱梁、橫梁及上、下弦桿上翼緣焊有剪力釘與混凝土橋面連接。縱、橫梁的連接采用M24高強度螺栓。上平縱聯系統中心距為10.4 m，采用交叉式的腹桿體系，橫撐及斜桿均采用工字形截面，與平聯節點板的連接形式為M24高強度螺栓對接。鋼桁梁端斜桿上設斜向橋門架，橋門架及橫聯均采用板式結構。

2 施工方案的選定

2.1 總體施工方案

因104國道上車流量較大，在橋面上搭設臨時支墩的施工方法難以實現，為確保104國道正常通行，根據工程實際，經過經濟技術比選后，本鋼桁梁架設采用長導梁頂推架設方案，104國道主路上不再設置臨時支墩。在兩主墩靠路側設置排樁臨時支墩，減少導梁懸臂長度，通過長導梁整體頂推完成鋼桁梁架設。頂推立面總布置見圖1。

圖1 頂推立面總布置(單位:mm)

2.2 施工方案的設計

原施工方案中擬采用龍門吊進行鋼桁梁桿件的吊運、拼裝，但由于桿件長度大，重量大，現場操作空間狹小;另外由于受相鄰營業線接觸網影響(距離臨時墩邊緣僅2.6 m)，龍門吊無法在地面架設。經項目部研究，決定租用1臺260 t大型履帶龍門吊進行鋼桁梁現場拼裝作業。前導梁拼裝根據工程實際采用普通吊車拼裝。

鋼桁梁拼裝場地設置在40號墩后，長約150 m，寬28 m。平臺直線布置。鋼梁整體拼裝完成后由上海端(40號墩)向濟南端(39號墩)一次頂推到位。

由于104國道車流量大，封閉道路施工相對困難，故僅在104國道兩側設置臨時支墩。鋼桁梁所跨104國道主路沿橋軸線方向寬度為40.7 m，根據鋼梁與104國道斜交且上滑道的布置特點，確定鋼梁頂推懸臂計算長度為60 m。由頂推最大跨度確定導梁長度為48 m，采用直線桁架變高結構形式，導梁自重1 700 kN;由于在大懸臂上墩過程中前端下撓較大，導梁最前端設置頂升牛腿輔助上墩。

(1)頂推力計算

主梁和導梁全部拼裝完進行頂推，總重為12 408 kN，根據頂推力計算公式

式中，K為安全系數，取K=1.2～1.5;G為所需頂推鋼梁的總重;f為滑道摩擦系數，取f=0.2;I為頂推時的坡度;安全系數K取1.2，得H=2 980 kN。

采用ZLD150型連續頂推千斤頂2臺，提供頂推力為3 000 kN，此頂的頂推速度為6 m/h。2臺千斤頂設置在40號墩墩頂，另外在 39號墩設置 2臺1 000 kN水平頂推千斤頂作為備用千斤頂。頂推千斤頂安裝在反力架上，反力架采用型鋼構件制作，與預埋在橋墩內的預埋件焊接。反力架為組焊件。拉

錨器設置于端橫梁(與主拉錨器對應)、次端橫梁(與備用拉錨器對應)上，一次性頂推到位。拉桿采用鋼絞線，拉錨器在鋼梁后端橫梁與橫梁接縫處，左右對稱布置，中心距離為7.27 m。

(2)配套滑道設計

在橋墩、臨時支墩以及貝雷梁上設置頂推用的滑動支承裝置即下滑道。下滑道結構形式采用鋼軌鋪設。頂推滑道中心間距為10.6 m。

下滑道是由2根鋼軌構成的連續滑道，鋼軌中心距750 mm(與下弦桿翼緣尺寸相配合);上滑道為在下弦桿節點處并排安裝2根3.5 m長八三墩桿件反扣槽鋼，非重要節點采用2.0 m長八三墩反扣槽鋼構成。為減小滑動過程中的摩擦力，在連續下滑道及間斷上滑道反扣槽鋼內均涂抹黃油。

(3)拉錨器和牽引裝置(圖2)

拉錨器設置在梁底端橫梁拼接板處，拉錨器為組焊件，采用高強螺栓安裝在前次端橫梁、后端橫梁上，螺栓孔利用拼接頭處現有螺栓孔。拉錨器和拉桿要確保其強度滿足要求，拉錨器采用夾片式錨具，錨具是鋼絞線束的固定裝置，采用OVM15－7型錨具;鋼絞線束根數依頂推力確定，使其彈性伸長值小于5 cm為準，一端同頂推千斤頂連接，另一端固定在拉錨器上，采用抗拉強度1 860 MPa的8-7φ5 mm鋼絞線;拉錨器和鋼絞線安裝好后，對鋼絞線進行預緊，以保證頂推過程中鋼絞線受力均勻。

2.3 臨時設施

2.3.1 臨時支墩及施工平臺

臨時支墩分為2種，一種為φ630 mm×14 mm的鋼管柱制作而成，另一種利用已澆筑完成的工程墩做為臨時支墩，其布置見圖3。

圖2 拉錨器大樣(單位:mm)

圖3 臨時支墩布置(單位:mm)

采用鋼管柱制作的臨時支墩編號為2號、4號、8號、10號、11號，其中2號、4號、8號臨時墩基礎為明挖基礎，尺寸為5 m×5 m，明挖基礎厚度以土層的承載力確定，承載力要求不小于150 kPa，明挖基礎厚度一般為2.5～3 m。鋼管柱間設置橫向聯結。10號、11號臨時墩基礎為樁基承臺基礎，承臺尺寸為9.2 m×4.5 m×1.2 m，每個承臺下設3根鉆孔樁，樁長45 m，樁直徑為1.25 m。排樁支墩橫向布置為2根，間距10.6 m，縱向布置為4根，間距3.6 m，鋼管截面采用φ630 mm×14 mm。鋼管縱橫向間設置I20a焊接件作橫向連接。各墩頂墊梁直接采用八三墩桿件做墊梁。1～9號墩間墊梁頂每側設置8排貝雷梁組裝的施工平臺，9～10號、11～12號墩頂每側設置18根密排的I45b型鋼做為施工平臺。

2.3.2 導梁

因鋼桁梁計算最大懸臂長度小于設計孔跨，在施工過程中必須設置前導梁，導梁采用八七梁組拼。導梁與鋼桁梁間設置過渡段，過渡段高為13.533 m，導梁長度48 m，米字桁架結構，導梁高度由8.68 m變至4.34 m，節間長度8 m，導梁主桁中心距10.36 m。總重1 700 kN。鋼桁梁下弦桿X1上預留螺栓孔，導梁與主桁之間利用高強螺栓連接。

3 頂推工況分析

3.1 滑道和臨時墩布置工況分析

上滑道布置見圖4。

(1)考慮鋼梁頂推滑行過程，總共分18種工況計算。

根據頂推工況，上滑道傳遞反力值見表1(支點編號按步驟圖從左到右)。

(2)根據頂推過程18種工況的計算結果，可以確定墩的設計載荷。

各臨時支墩單側的最大反力見表2。

考慮各跨彎矩及剪力值不同，根據表2反力值，保證12號～11號，10號～9號支墩之間能通過3 830 kN的集中載荷。

3.2 導梁和主梁受力驗算

(1)導梁主要構件受力(表3)

從表3計算結果可以看到，導梁在頂推整個過程中，受力滿足要求。

(2)主梁構件受力(表4)

從以上計算結果可以看出主梁所有構件最小都能承受4 896 kN(截面最小，長度最長E6－A7桿件容許承載力)的軸向壓力。表中計算結果可以看到，頂推過程中，主梁結構的受力都比4 896 kN要小，說明主梁結構安全。

表1 上滑道傳遞反力值kN

kN表2 各臨時支墩單側的最大反力

表3 導梁主要構件受力 kN

表4 主梁構件受力 kN

4 頂推施工

4.1 頂推施工步驟

頂推施工共分為4步。

第1步:鋼桁梁前5節和導梁拼裝完成，拉錨器布置在后錨點1處。見圖5。

第2步:頂推24 m后，導梁懸臂24 m，完成第6、7兩個節間的拼裝，更換拉錨器至后錨點2處。見圖6。

第3步:繼續頂推，導梁即將上墩，此時懸臂51 m，拉錨器更換至后錨點3。見圖7。

第4步:更換拉錨器至后錨點4，繼續頂推至設計位置，拆除導梁。見圖8。

4.2 頂推施工過程

頂推動力由2臺ZLD150型連續千斤頂提供，電動油泵啟動后，千斤頂開始工作，開始連續不間斷進行頂推作業。頂推過程中需更換后錨點位置3次。

(1)首先進行試頂，檢查2臺連續千斤頂的同步性。調整后進行正式頂推作業，此時拉桿位置固定在后錨點1上。

(2)電動油泵啟動，連續千斤頂開始運轉，鋼桁梁開始向39號墩方向前進。

圖5 第1步(單位:mm)

圖6 第2步(單位:mm)

圖7 第3步(單位:mm)

圖8 第4步(單位:mm)

(3)頂推過程中鋼桁梁前端及末端各安排2名工人，觀察梁體走行情況，防止走行偏位并及時對滑道頂面涂抹黃油，保證潤滑。

(4)鋼桁梁第1次頂推24 m，導梁懸空24 m，更換拉錨器位置至后錨點2上，頂推設備進行檢修。

(5)第2次啟動電動油泵，千斤頂開始連續頂推作業，鋼桁梁繼續前進27 m，導梁懸空51 m，前導梁即將上到11號臨時支墩頂的滑道上。此時停止作業，更換拉錨器位置至后錨點3上。頂推設備進行檢修。

(6)11號臨時支墩頂滑道上海端設置2臺50 t液壓式千斤頂，支撐在導梁端頭處的頂升牛腿上輔助導梁上墩。第3次啟動電動油泵，千斤頂開始連續頂推作業，鋼桁梁繼續前進36 m，停止頂推作業，更換拉錨器位置至后錨點4上。頂推設備進行檢修。當導梁上墩前進6 m后，一邊進行頂推作業，一邊進行前導梁拆除作業。

(7)第4次啟動電動油泵，千斤頂開始連續頂推作業，鋼桁梁繼續前進32 m至設計位置，導梁全部拆除完畢。至此，頂推作業完成。

5 糾偏和線形控制

(1)橫向糾偏

鋼桁梁頂推時發生橫向偏移超過2 cm，則采用橫向千斤頂進行糾偏，千斤頂反力架焊接在施工平臺上，利用2臺80 t千斤頂進行糾偏。若超過2 cm，則應立即停止頂推，制定整改措施后，再繼續頂推。

(2)在37號橋墩上設置全站儀，在鋼桁梁前端設置橫向標尺。頂推過程中安排專人24 h輪換不間斷地觀測主梁的橫向偏移。

(3)在主梁下弦桿中間位置設置塔尺，在37號墩頂設置水準儀，頂推過程中設置專人24 h輪換不間斷地觀測主梁的撓度。

6 落梁

(1)落梁前的準備工作

①在鋼梁端頭4個支座設計位置附近各放置1個500 t的千斤頂，并搭設落梁保護跺。

②起頂時，同一端的2個千斤頂同時起頂2 cm后停止，在保護垛上添加墊板，然后另一端再頂起2 cm，填加墊板，使墊板及千斤頂同時受力，此時鋼梁與滑道脫空，將滑道拆除。

③安裝支座。

④落梁墊塊準備充分到位，指揮人員和操作人員準備就緒。

(2)落梁施工

鋼桁梁兩端交替下落，每個橋墩每次下落按5 cm進行控制，直至落到設計高程，支座完全受力。調整梁體線形滿足設計和規范要求，灌注支座。

7 結語

濟滬南聯絡線跨104國道特大橋1-84 m鋼桁梁工程采用了高位拼裝懸臂頂推架設施工技術，在104國道主路上不設臨時支墩，僅在兩主墩靠公路側設置排樁支墩，減小導梁懸臂長度，通過48 m長導梁連續頂推完成鋼桁梁整體架設。與其他架設方法相比較，該技術有受外界因素干擾小、穩定性好、設備簡單、操作方便、施工快速、安全可靠，節約工期的特點。

［1］TB10212—98 鐵路鋼橋制造規范［S］.

［2］TBl0002.2—2005 鐵路橋梁鋼結構設計規范［S］.

［3］GB50010—2002 混凝土結構設計規范［S］.

［4］GB50007—2002 建筑地基基礎設計規范［S］.

［5］JGJ94—94 建筑樁基技術規范［S］.

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［7］TB10415—2003 J286—2004 鐵路橋涵工程施工質量驗收標準［S］.

［8］GB50205—2001 鋼結構工程施工質量驗收規范［S］.

［9］TB10401.1—2003 鐵路工程施工安全技術規程［S］.

［10］TB10401.2—2003 鐵路工程施工安全技術規程［S］.