鋼箱梁步履式頂推施工控制要點(diǎn)及對策分析

文/劉成

1 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁施工方法也在不斷地發(fā)展和更新。每一種橋梁施工方法都具有獨(dú)特性，也決定了其優(yōu)缺點(diǎn)，在選擇具體施工方法時(shí)，要綜合考慮橋梁的構(gòu)造特點(diǎn)、施工技術(shù)、施工設(shè)備、現(xiàn)場環(huán)境、氣候條件等內(nèi)容。頂推法施工是目前橋梁施工中常用的施工方法之一，它的雛形來自19 世紀(jì)早期鋼橋的拖拉法、導(dǎo)梁拖拉法、縱向鏈接拖拉法等。由于鋼箱梁頂推施工對施工作業(yè)條件、人員、設(shè)備等要求較高，因此，頂推施工作業(yè)程序多。本文將以京滬高速公路沂淮至淮江段擴(kuò)建工程新沂二標(biāo)主線跨連霍高速公路大橋鋼箱梁頂推施工為背景，對影響鋼箱梁施工安全、質(zhì)量的因素進(jìn)行全面分析，針對頂推施工控制要點(diǎn)制定有效的對策，保證頂推施工的安全及質(zhì)量滿足要求。

2 工程概況

京滬高速公路改擴(kuò)建工程新沂樞紐互通式立交跨連霍高速主線橋采用既有橋梁拆除重建的擴(kuò)建方案，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁、鋼箱梁（第五聯(lián)），全橋共7 聯(lián)，跨徑組成為4×25+4×25+5×25+5×25+（40+40+40+25.685）+3×25+3×25m。第五聯(lián)為鋼箱梁結(jié)構(gòu)（40+40+40+25.685），箱梁頂、底板平行，箱體整體旋轉(zhuǎn)成橫坡，腹板與底板垂直，橫向高差通過墩柱高度調(diào)整。主梁采用全焊接封閉鋼箱梁，標(biāo)準(zhǔn)頂板斷面全寬20.5m，底板面寬16.48m。鋼箱梁高度1.77m。主體結(jié)構(gòu)為單箱四室截面，一般梁段每隔2.8m 設(shè)置橫隔板，頂?shù)装逶O(shè)置U 型縱向加勁肋。

3 步履式頂推工藝分析

步履式頂推在鋼箱梁跨路、跨河安裝時(shí)，只需利用一側(cè)場地，通過頂推架一側(cè)拼裝、頂推到位。頂推工藝具有很多優(yōu)勢：對現(xiàn)有交通影響小、臨時(shí)場地征用少。具有縱向、橫向、上下三個(gè)方向的調(diào)節(jié)功能，采用新一代液壓同步控制系統(tǒng)，通過高精度傳感器不斷采集設(shè)備的壓力和行程信息，能夠確保多臺(tái)步履式頂推設(shè)備實(shí)施同步頂推作業(yè)，做到作業(yè)安全、安裝精度高[1]。

多點(diǎn)分散頂推的動(dòng)力學(xué)原理之?dāng)?shù)學(xué)表達(dá)式如下：

當(dāng)ΣFi>Σ（fi±ai)Ni 時(shí)，梁體才能被推動(dòng)。

式中：Fi——第i 個(gè)支撐架處的頂推動(dòng)力裝置的頂推力；

Ni——第i 個(gè)支撐架處的支點(diǎn)瞬時(shí)（最大）支反力；

fi——第i 個(gè)支撐架處的支點(diǎn)裝置的相應(yīng)摩擦系數(shù)；

ai——支撐架縱坡率，“＋”為上坡頂推，“－”為下坡頂推。

多點(diǎn)頂推與集中單點(diǎn)頂推比較，可以避免配置大型頂推設(shè)備，能有效地控制頂推時(shí)梁體的偏移，頂推時(shí)可消除對橋墩的水平推力。頂推水平力計(jì)算經(jīng)驗(yàn)值：頂推總水平力按重量的5%取值[2]。

4 頂推控制要點(diǎn)及對策

頂推工藝與大型吊機(jī)安裝相比，有較多的優(yōu)勢，但頂推工藝比較復(fù)雜，包括從廠內(nèi)制造、運(yùn)出、現(xiàn)場拼裝架基礎(chǔ)、拼裝架安裝、上架焊接拼裝、節(jié)段頂推、重復(fù)拼裝頂推到位、調(diào)整落梁線形等過程，施工中的安全、質(zhì)量影響因素多，在頂推作業(yè)時(shí)，必須加強(qiáng)施工過程控制，對各控制要點(diǎn)制定有效的對策。

4.1 步履式頂推設(shè)備選型

在選擇步履式頂推設(shè)備時(shí)，首要考慮的因素是頂推反力值，按照本工程頂推架的布置，計(jì)算最大頂推反力值210t，考慮頂推的額定功率儲(chǔ)備值不小于1.5。本工程實(shí)際使用的步履式頂推設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)包括：3750kN 額定頂升能 力、200mm 頂升行程、1000kN額定推移能力、1000mm 推移行程；主結(jié)構(gòu)外形尺寸，長3m×寬0.7m×高1.5m；1 套泵站驅(qū)動(dòng)6 套移橋器，25MPa 泵站額定壓力、變頻控制方式、泵站功率60kW。

4.2 頂推安全控制

4.2.1 頂推基礎(chǔ)

為避免多次頂推作業(yè)后頂推架不發(fā)生傾斜，頂推基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要以支反力（本工程按210t 為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)值）為基礎(chǔ)，同時(shí)按照頂推作業(yè)施工時(shí)換手墩的位置、支反力作用點(diǎn)的不同，進(jìn)行基礎(chǔ)抗彎、抗剪驗(yàn)算，并根據(jù)地基承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)。施工時(shí)，觀測基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定后開始頂推作業(yè)，作業(yè)時(shí)按照2mm/d 控制[3]。

4.2.2 頂推反力控制

控制頂推過程的反力值是頂推過程控制的首要任務(wù)。

根據(jù)頂推架布置情況，采用MIDAS 計(jì)算軟件對鋼梁及導(dǎo)梁進(jìn)行整體建模，計(jì)算時(shí)，鋼箱梁自重按照規(guī)范取分項(xiàng)系數(shù)1.3。

本工程鋼箱梁在頂推過程中，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為53MPa、結(jié)構(gòu)最大下?lián)蠟?4mm，步履機(jī)頂推時(shí)最大反力為1990kN。頂推過程中，最小抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為5.54，滿足規(guī)范要求。

根據(jù)計(jì)算，在頂推作業(yè)時(shí)通過自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)定頂推反力限制值，可以確保頂推作業(yè)的安全。

4.2.3 頂推同步控制

在保證實(shí)際支反力不大于計(jì)算值的前提下，控制頂推同步值。

本工程中安全不同步值取15mm，調(diào)節(jié)不同步值取10mm。即頂推點(diǎn)不同步值超出10mm 時(shí)，系統(tǒng)停下，操作人員協(xié)同分析各支撐點(diǎn)是否存在障礙，待情況明確后啟動(dòng)系統(tǒng)單點(diǎn)單動(dòng)功能，直到所有頂推點(diǎn)不同步值在10mm 以內(nèi)繼續(xù)頂推[4]。

4.3 頂推線形控制

按照現(xiàn)行規(guī)范，鋼箱梁頂推到位、落梁成橋后，軸線偏位誤差小于±10mm，高程值誤差控制在10mm 內(nèi)。

平面位置通過控制箱梁軸線實(shí)現(xiàn)：每個(gè)節(jié)段按照設(shè)計(jì)平曲線，在頂推拼裝架上測設(shè)每個(gè)鋼箱梁軸線位置，逐段拼裝形成設(shè)計(jì)平曲線。步履式頂推最大的優(yōu)點(diǎn)就是橫向移動(dòng)十分方便，靈活、機(jī)動(dòng)、操作簡單。

鋼箱梁高程對線形控制難度較大，影響因素較多，實(shí)踐證明主要控制因素有：鋼箱梁節(jié)段廠內(nèi)制造、支座安裝高程、現(xiàn)場拼裝時(shí)分段頂推拼裝支墊不同高度的調(diào)節(jié)管等環(huán)節(jié)重點(diǎn)控制，通過測量動(dòng)態(tài)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)高程控制的目的。

4.3.1 鋼箱梁廠內(nèi)制造

在廠內(nèi)分別進(jìn)行鋼箱梁頂板、底板、隔板、腹板、挑臂等小組件制作，后拼焊成運(yùn)輸分段，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行頂推。單元件的制造質(zhì)量直接影響橋梁分段的幾何形狀、尺寸精度和內(nèi)在、外觀質(zhì)量，是保證質(zhì)量的基本控制點(diǎn)。胎架設(shè)置應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙中的縱向豎曲線縱坡、橫坡、預(yù)拱度、焊接變形及自重變形等因素，所以胎架縱向拱度值=豎曲線縱坡+監(jiān)控預(yù)拱度值（包括焊接工藝變形值），采用N+1 連續(xù)匹配整體制造，連續(xù)匹配制作后，檢驗(yàn)合格后安裝臨時(shí)匹配件。

4.3.2 鋼箱梁頂推架拼裝高程設(shè)置

根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)縱曲線要素值，確定鋼箱梁拼裝節(jié)段頂面標(biāo)高（成橋設(shè)計(jì)高程值），加上預(yù)拱度值后，反算頂推拼裝架斷面處的鋼箱梁底板的支墊標(biāo)高，每次頂推拼裝前根據(jù)鋼箱梁不同位置計(jì)算確定。

4.3.3 鋼箱梁永久支座安裝

永久支座安裝在鋼箱梁吊裝前實(shí)施。支座安裝的高程誤差嚴(yán)格按照規(guī)范控制，支座墊石混凝土施工采用高度可調(diào)節(jié)鋼模，方便墊石混凝土高程控制，平整度采用刮尺、打磨等方法，完全能夠滿足施工規(guī)范要求。

鋼箱梁頂推吊裝前，根據(jù)設(shè)計(jì)平面位置及高程在支座墊石上安裝支座。頂推到位落梁時(shí)，鋼箱梁落梁時(shí)用調(diào)平鋼板調(diào)整箱梁高程，可以通過鋼板支墊使鋼箱梁與支座接觸緊密，并與鋼箱梁焊接。

4.3.4 落梁線形調(diào)整

在頂推到位后，重點(diǎn)控制墩頂處高程，滿足規(guī)范高程誤差要求±10mm。加密觀測鋼箱梁斷面高程，通過支座處調(diào)平鋼板適當(dāng)支墊，確保鋼箱梁線形滿足要求。

落梁時(shí)需要準(zhǔn)備若干個(gè)100～150mm 高的鋼板墊，用于頂升、換手抽墊，使鋼箱梁緩慢降落，在這一過程中監(jiān)控支反力的變化、測量鋼箱梁各斷面的頂面高程。

4.4 鋼箱梁成橋支反力的控制

鋼箱梁成橋支反力的控制：在現(xiàn)行橋梁規(guī)范中只是參照混凝土梁控制，混凝土梁的支反力按照10%控制。在實(shí)際支反力控制時(shí)，先通過成橋狀態(tài)的支反力計(jì)算，在實(shí)際落梁至支座頂面，調(diào)整鋼箱梁的平面位置及高程滿足監(jiān)控（考慮成橋預(yù)拱度值）要求時(shí)，觀測千斤頂?shù)闹c(diǎn)反力值，即鋼箱梁“稱重”。

5 結(jié)語

京滬高速公路改擴(kuò)建工程新沂樞紐互通式立交跨連霍高速主線橋鋼箱梁采用步履式千斤頂頂推施工，施工時(shí)結(jié)合現(xiàn)代信息化監(jiān)控手段，對鋼箱梁現(xiàn)場拼裝、頂推全過程進(jìn)行應(yīng)力、變形監(jiān)測，施工全過程的控制緊緊圍繞安全、質(zhì)量兩大主線，對影響施工因素進(jìn)行了全面的分析，針對頂推施工上述控制要點(diǎn)，及時(shí)制定有效的對策，控制措施到位，保證頂推施工的安全及質(zhì)量滿足要求。同時(shí)，在施工過程中確保了連霍高速的正常通行。