復(fù)雜線形鋼混組合梁頂推施工技術(shù)

朱慶慶，張 何，任 偉

(1.中交路橋建設(shè)有限公司，北京 100007； 2.長安大學(xué) 舊橋檢測與加固技術(shù)交通運輸行業(yè)重點實驗室，陜西 西安 710064)

0 引 言

頂推施工方法是指在橋墩或橋臺縱軸方向的后方設(shè)主梁預(yù)制場地，分節(jié)段或全部預(yù)制上部構(gòu)造，通過設(shè)置在后方的水平千斤頂將梁段頂推出拼裝平臺，不斷地重復(fù)循環(huán)，直至梁體頂推到位[1]。中國在陜西西延線狄家河鐵路橋和廣東東莞萬江公路橋采用單點頂推法施工，在湖南溈水橋的施工中首次采用多點頂推[2]。近年來，中國頂推施工技術(shù)發(fā)展迅速，各種橋型、公鐵橋梁都有頂推法施工案例[3]。但是，絕大多數(shù)成功案例均是在直橋上實現(xiàn)的，位于平曲線上的橋梁由于空間姿態(tài)控制難度大，施工案例相對較少，也缺乏成功經(jīng)驗[4]。

綜上，本文以集通高速黎明互通匝道橋為依托，從鋼箱梁組拼頂推、臨時設(shè)施設(shè)計、監(jiān)測等方面對復(fù)雜線形鋼混組合梁頂推施工技術(shù)展開研究。

1 依托工程

1.1 橋梁概況

集通高速黎明互通匝道橋上跨段橋梁采用鋼混組合梁結(jié)構(gòu)，鋼混組合梁截面為單箱雙室，由預(yù)制閉口鋼箱梁和現(xiàn)澆混凝土橋面板通過抗剪連接器組成。鋼箱梁底寬6.56 m，橋面板寬10 m。底板橫向均為水平，橋面橫坡由鋼箱內(nèi)外側(cè)高度不等腹板形成。鋼箱梁跨徑為(33+52+33)m，全橋質(zhì)量為563 t。鋼梁根據(jù)實際情況共分為5個制作段，各段長度分別為22.977 m、20.000 m、32.194 m、20.000 m、23.138 m。鋼箱梁位于半徑R1=1 800 m、A=155 m、R2=290 m的曲線上，橋面橫坡由2%漸變到4%，上跨既有高速公路，與既有高速公路交角144.4°。

1.2 實施方案

根據(jù)設(shè)計意圖，在既有鶴大高速公路橋梁上部設(shè)置臨時支架，并在橋下相同位置設(shè)置臨時支架，使橋上、下作用點相互對應(yīng)，保護既有橋梁結(jié)構(gòu)安全。在設(shè)計階段，既有高速公路暫未通車，該方法可行。在施工階段，該高速公路已投入運營，長時間封閉高速公路會造成較大的社會影響。吊裝完成后，在既有橋梁上設(shè)置支架也會對橋梁結(jié)構(gòu)造成影響，后期監(jiān)控及修復(fù)等費用高昂[5]。

為避免長期封閉交通，盡量少利用或不利用既有高速公路橋，經(jīng)計算分析后決定將鋼箱梁吊裝改為鋼箱梁頂推方案[6]。

圖2 臨時支架平面布置

2 鋼箱梁頂推關(guān)鍵技術(shù)

2.1 臨時設(shè)施設(shè)計

2.1.1 支架設(shè)計

根據(jù)模擬分析，該段鋼箱梁從大樁號向小樁號頂推，軸線偏位較小。原計劃在拼裝區(qū)域搭設(shè)10個支架，將5段鋼箱梁全部吊裝完成后，進行頂推作業(yè)。該施工區(qū)域位于河道內(nèi)，若全部吊裝后頂推，河道將被嚴(yán)重壓縮。考慮上游泄洪的影響，將拼裝方案改為先拼裝3段，待頂推1段后，再吊裝第4段，頂推完畢再吊裝最后1段。該方案既可減少支架搭設(shè)，節(jié)約材料，又有利于頂推過程中糾偏控制。

支架是由Φ630 mm×10 mm鋼管、Φ426 mm×9 mm鋼管、雙拼HN700型鋼縱梁、雙拼HN700型鋼橫梁焊接成的桁架結(jié)構(gòu)，高度為19 m左右，支架上面布置滑道梁及糾偏裝置設(shè)施，如圖1所示。

圖1 臨時支架設(shè)計

臨時支墩的具體布置如圖2所示：17#永久墩處設(shè)置ZJ1作為落梁支架；18#、19#永久墩處布置頂推及落梁支架，編號為ZJ2、ZJ3；拼裝及頂推臨時支架共計7個，編號為ZJ4～ZJ10；為縮短跨徑，在鶴大高速分隔帶間設(shè)置單排支架ZJ9作為頂推支架。

為確保支架的整體穩(wěn)定性，支架ZJ3、ZJ4、ZJ5之間采用Φ325鋼管連接；ZJ9為單排支架，在較大水平推力的作用下容易發(fā)生傾覆，故在ZJ9與ZJ3之間采用3根鋼絲繩水平連接，用鋼絲繩抵消頂推過程中的部分水平推力。

2.1.2 導(dǎo)梁設(shè)計

為加大頂推跨度，減小頂推過程中的鋼箱梁內(nèi)力，導(dǎo)梁的設(shè)計尤為重要[7]。在導(dǎo)梁設(shè)計時充分考慮鋼箱梁的自重及剛度，選擇合理的導(dǎo)梁材料及長度。

在工廠內(nèi)制作導(dǎo)梁片體，然后運輸至安裝現(xiàn)場，在地面上焊接成整體之后吊裝。導(dǎo)梁由HN700型鋼焊接而成的2個片體組成，片體之間由7根Φ325 mm×6 mm鋼管連接。導(dǎo)梁長度宜為最大跨度的0.75倍，根據(jù)鋼箱梁的最大跨度，設(shè)計為24 m；梁寬度與鋼箱梁一致，為6.5 m；導(dǎo)梁與鋼箱梁邊腹板采用焊接形式，可更有效地傳遞應(yīng)力，焊縫等級為全熔透焊縫。鋼箱梁吊裝完成后，進行導(dǎo)梁吊裝。

2.2 橫向位移適應(yīng)裝置設(shè)計

該段鋼箱梁處于復(fù)雜曲線段，在頂推過程中，需實時改變糾偏限位裝置的位置，起到動態(tài)糾偏的作用。因此，頂推過程橫向位移適應(yīng)裝置的設(shè)計尤為關(guān)鍵[8]。

此次糾偏裝置分2種形式設(shè)置，一種為常規(guī)設(shè)置，即在臨時支架兩側(cè)設(shè)置反力座，在反力座處設(shè)置千斤頂，在鋼箱梁頂推過程中通過改變千斤頂?shù)男谐?，調(diào)整鋼箱梁線形。該鋼箱梁位于復(fù)雜曲線段，且曲線半徑較小，在頂推過程中，鋼箱梁呈現(xiàn)擺頭擺尾的運動軌跡，又因臨時支架間距較大，前端糾偏行程有限，很難將鋼箱梁前端糾偏到位。因此，在頂推過程中，采用另一種裝置輔助鋼箱梁糾偏[9]。該裝置采用螺栓連接，固定在鋼箱梁底板中間，每間隔30 m設(shè)置一個固定式拉錨器，拉錨器下部設(shè)置一個開口，方便鋼絞線自由進出固定式拉錨器中間預(yù)留孔。在頂推過程中，固定式拉錨器使鋼絞線呈折線狀，鋼絞線為鋼箱梁提供向前的拉力以及在固定拉錨器位置提供向內(nèi)弧的推力，使鋼箱梁在鋼絞線力的作用下向內(nèi)弧移動，從而減小導(dǎo)梁橫向偏移，降低糾偏工作量[10]。

2.3 鋼箱梁頂推形式

鋼箱梁節(jié)段拼裝成整體并安裝導(dǎo)梁后，采用連續(xù)頂推千斤頂拖拉，千斤頂通過預(yù)應(yīng)力鋼絞線與拉錨器連接，將梁段頂推就位后，整體落梁。

根據(jù)鋼箱梁質(zhì)量及摩阻力大小，采用1臺200 t連續(xù)頂推千斤頂，頂推速度約為0.2 m·min-1。千斤頂配6根Φ15.2 mm預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，固定在支架ZJ3上部，拉錨器安裝在鋼箱梁尾部。在頂推過程中，根據(jù)鋼箱梁軸線偏差調(diào)整尾部拉錨器位置。

2.4 導(dǎo)梁上墩技術(shù)

為防止導(dǎo)梁在接觸臨時支墩滑道時出現(xiàn)無法上墩的問題[11]，在滑枕兩側(cè)設(shè)置斜坡，導(dǎo)梁前端也設(shè)置與滑枕相同坡比的反向斜坡，防止導(dǎo)梁與滑枕接觸時水平推力過大，影響臨時支架整體安全。

既有高速公路橋中央分隔帶之間為單排支架，且與鋼箱梁軸線斜交，在頂推過程中，內(nèi)弧導(dǎo)梁先與單排支架上部滑枕接觸?？紤]到單排支架穩(wěn)定性較差，不易控制內(nèi)弧導(dǎo)梁上支墩時的水平推力，在施工過程中，將該單排支架標(biāo)高降低5 cm，待外弧導(dǎo)梁通過滑枕后，再將導(dǎo)梁緩慢落到滑枕上，單排支架開始受力，結(jié)構(gòu)更加安全。

2.5 滑枕抄墊

由于梁段設(shè)置預(yù)拱度，頂推過程會存在局部滑枕脫空現(xiàn)象，若不及時處理，可能導(dǎo)致鋼箱梁跨徑變大，對鋼箱梁及臨時支架的受力影響較大。因此，在頂推過程中需要實施抄墊。

通過計算機模擬頂推過程，按每5 m一個工況進行分析，統(tǒng)計頂推過程中各支點的懸空高度，及時進行抄墊。若頂推過程中個別支點抄墊過高，導(dǎo)致其他支點脫空，且繼續(xù)頂推后脫空更大，應(yīng)立即停止頂推，利用千斤頂將鋼箱梁頂起，取出抄墊后施工。

2.6 鋼箱梁頂推監(jiān)控

在鋼箱梁頂推過程中，為保證安全施工，對關(guān)鍵構(gòu)件、支撐的受力和變形情況進行觀測[12]。在監(jiān)測過程中，采用GPRS自動傳輸信號，軟件自行采集數(shù)據(jù)，當(dāng)實測應(yīng)力值或變形值大于規(guī)范限值時，將即時預(yù)警，待采取處理措施后方可繼續(xù)施工。

本次頂推共布設(shè)30個振弦式表面應(yīng)變計、5個傾角計，分別布置在導(dǎo)梁、主梁及臨時支墩上，具體布置如圖3～5所示。

圖3 主梁測點

圖4 導(dǎo)梁測點

圖5 臨時支墩測點

通過安裝應(yīng)力片及傾角計，及時收集頂推過程中導(dǎo)梁、鋼箱梁及支架的受力數(shù)據(jù)，分析頂推過程中鋼箱梁、導(dǎo)梁及支架的受力狀態(tài)，及時進行調(diào)整，指導(dǎo)現(xiàn)場施工(圖6)。

圖6 頂推過程

3 結(jié) 語

針對復(fù)雜線形橋梁頂推過程中梁體姿態(tài)控制難度大，缺乏施工案例和成功經(jīng)驗的問題，本文對復(fù)雜線形鋼混組合梁頂推施工技術(shù)展開研究，得到以下結(jié)論。

(1)對頂推施工臨時設(shè)施和橫向位移適應(yīng)裝置的設(shè)置、鋼箱梁頂推工藝、導(dǎo)梁上墩方法、滑枕抄墊等技術(shù)難點進行了詳細的說明。

(2)對頂推施工監(jiān)測中的過程控制、結(jié)構(gòu)安全、變形、姿態(tài)調(diào)整問題進行論述。

(3)在頂推過程中，鋼箱梁、導(dǎo)梁及支架應(yīng)力變形指標(biāo)未超出規(guī)范要求，安全余量較大。且橋梁下部高速公路正常運行，對交通的影響被降到最低。