公路桁架橋梁施工方法探討

王瑩

(華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 江蘇 南京 201104)

0 引言

桁架橋梁的施工通常分為兩個(gè)部分，鋼結(jié)構(gòu)桁架的施工和橋面板的施工。通常可先進(jìn)行鋼桁架的施工。在鋼桁架施工完畢后，可以鋼桁架作為臨時(shí)的施工平臺(tái)進(jìn)行混凝土橋面板的施工[1-3]。鋼桁架的施工主要可以分為制作、運(yùn)輸至橋位現(xiàn)場(chǎng)、在橋位現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接或者焊接成桁架整體、將桁架架設(shè)到指定位置幾個(gè)步驟。橋面板則通常可以分為現(xiàn)澆橋面板和預(yù)制橋面板兩種。以鋼桁架作為施工平臺(tái)，可以大大節(jié)省鋼桁架橋梁的施工措施費(fèi)用。鋼桁架的施工也具有靈活性，可采用不同的運(yùn)輸和拼接方式，適應(yīng)不同的運(yùn)輸條件和橋位現(xiàn)場(chǎng)的吊裝能力條件。

鋼桁架的施工一般有頂推施工、吊裝施工、懸拼施工等方法。對(duì)于中小跨度橋梁、附近運(yùn)輸條件良好時(shí)，可采用吊裝施工，當(dāng)運(yùn)輸條件較差或者跨河橋梁由于河面太寬不適合采用頂推法時(shí)，可以采用水上吊機(jī)進(jìn)行架設(shè)。當(dāng)鋼桁架下弦桿采用平行弦桿的設(shè)計(jì)時(shí)，可以考慮采用頂推法進(jìn)行施工。頂推法施工可以充分發(fā)揮鋼桁架自身抗彎剛度大，自重較輕的特點(diǎn)。而頂推的施工方式則與傳統(tǒng)的混凝土橋梁的頂推方式區(qū)別不大。當(dāng)橋位現(xiàn)場(chǎng)的吊裝能力較好時(shí)，可以采用分節(jié)段運(yùn)輸、拼接和吊裝到位的方式進(jìn)行施工，可大大提高施工效率。當(dāng)桁架橋了跨越河流時(shí)，還可以考慮采用浮吊進(jìn)行吊裝施工。懸臂拼裝多用于跨徑較大、頂推和大節(jié)段吊裝存在限制的情況[4-7]。

1 頂推施工

在進(jìn)行桁架橋梁的頂推施工設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先充分考慮桁架橋在頂推過(guò)程中的應(yīng)力狀態(tài)。但鋼材具有拉壓同性的特點(diǎn)，因此鋼桁架在頂推施工過(guò)程中反復(fù)承受正、負(fù)彎矩作用時(shí)，其并不會(huì)像混凝土橋梁一樣出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。在頂推施工時(shí)，當(dāng)橋梁跨徑較大時(shí)，頂推過(guò)程中處于懸臂狀態(tài)的桁架可能產(chǎn)生較大的負(fù)彎矩，可通過(guò)設(shè)置輔助墩或設(shè)置導(dǎo)梁來(lái)解決這一問(wèn)題。對(duì)于設(shè)置導(dǎo)梁進(jìn)行頂推的方案，其導(dǎo)梁長(zhǎng)度的設(shè)置可以通過(guò)有限元計(jì)算或簡(jiǎn)化分析得出。通常對(duì)于連續(xù)梁來(lái)說(shuō)，其導(dǎo)梁的長(zhǎng)度建議為連續(xù)梁?jiǎn)慰卓鐝降?.5 倍左右，導(dǎo)梁的豎向抗彎剛度則至少應(yīng)達(dá)到主梁抗彎剛度的1/5.5 以上。

鋼桁架的頂推施工方案設(shè)計(jì)比較靈活，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：頂推施工對(duì)頂推設(shè)備要求較低，對(duì)橋位現(xiàn)場(chǎng)的吊裝能力要求較低。同時(shí)還可將鋼桁架的拼接場(chǎng)地設(shè)置在頂推現(xiàn)場(chǎng)，拼接桁架和頂推工作同步進(jìn)行。這樣便可以大大縮短施工時(shí)間，減小施工成本。

頂推施工方法的經(jīng)濟(jì)跨徑通常不超過(guò)90m。同時(shí)對(duì)于直橋的頂推施工工藝較為簡(jiǎn)單，對(duì)于曲線橋梁，也可采用多點(diǎn)頂推的辦法，但相應(yīng)的施工復(fù)雜程度較高。由于頂推施工的作業(yè)面施工位于橋梁墩頂，對(duì)于橋梁下跨地形或線路的影響較小。因此頂推施工較為適用于跨線橋梁以及跨越深溝、峽谷的橋梁。

2 吊裝施工

對(duì)于跨徑較小而橋跨數(shù)量較多的橋梁，如跨海大橋的引橋，地基土質(zhì)較為薄弱的高架橋梁等，采用標(biāo)準(zhǔn)的吊裝施工具有較好的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)采用吊裝施工時(shí)，可采用整孔吊裝施工的施工方法。

圖1 干海子大橋頂推施工

對(duì)于公路桁梁橋的吊裝施工而言，影響吊裝施工經(jīng)濟(jì)性的主要因素在于橋位現(xiàn)場(chǎng)的吊裝能力。不同的起吊設(shè)備吊裝能力不同，對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)的條件也要求不同。比如當(dāng)橋梁的墩高較大時(shí)，采用汽車(chē)吊進(jìn)行吊裝時(shí)則應(yīng)該考慮最大吊高。當(dāng)橋面距離地面高差超過(guò)30m 時(shí)則應(yīng)考慮采用架橋機(jī)進(jìn)行吊裝施工。當(dāng)橋梁施工時(shí)的運(yùn)輸條件和吊裝能力均較好時(shí)，可考慮采用吊裝能力較大的施工機(jī)械選擇整孔吊裝的方法進(jìn)行施工，可極大的增加施工效率，發(fā)揮桁梁橋自重輕的特點(diǎn)。

圖2 鋼桁梁節(jié)段吊裝

吊裝施工相對(duì)頂推施工具有施工效率高，施工階段主梁應(yīng)力變化較小的特點(diǎn)，且適用于標(biāo)準(zhǔn)化裝配式的施工。同時(shí)還具有工廠制作精度高，現(xiàn)場(chǎng)安裝作業(yè)量較小的特點(diǎn)，保證了桁梁橋的施工質(zhì)量。橋面板的施工可以和桁架節(jié)段吊裝的施工同時(shí)進(jìn)行，縮短了工期。但吊裝施工對(duì)于施工方的運(yùn)輸能力和吊裝機(jī)械及場(chǎng)地的要求較高。

3 懸拼施工

懸臂施工與混凝土懸臂施工較為類(lèi)似，通常多采用單側(cè)懸臂施工和對(duì)稱(chēng)懸臂施工兩種施工方法。采用單側(cè)懸臂施工則需要提前進(jìn)行施工階段的不平衡力矩的計(jì)算，保證施工階段鋼桁架的穩(wěn)定性。采用對(duì)稱(chēng)懸臂施工則相對(duì)較為安全，其兩側(cè)的懸臂荷載形成自平衡，由墩頂向橋梁跨中依次進(jìn)行施工。

圖3 西班牙Ulla 橋懸拼施工

鋼桁架的懸臂拼裝受橋位現(xiàn)場(chǎng)的自然環(huán)境影響較小，對(duì)附近的交通等環(huán)境也影響較小。但是采用懸臂拼裝過(guò)程中桁架的受力狀態(tài)與橋梁運(yùn)營(yíng)階段的受力狀態(tài)存在差異。在懸臂拼裝階段隨著桁架懸臂端的加長(zhǎng)，其墩頂負(fù)彎矩逐漸增大，應(yīng)力水平也隨之增大。最大懸臂端的撓度也同步增大。因此有必要在進(jìn)行懸臂拼裝之前對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果調(diào)整拼裝方法，或者設(shè)置必要得臨時(shí)措施來(lái)保證施工的安全性。同時(shí)懸臂拼裝的鋼桁架階段吊裝到位后還需要在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的連接操作。在懸臂端的連接主要包括焊接和栓接兩種方式。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼桁梁橋類(lèi)型豐富、適應(yīng)性強(qiáng)。從其鋼桁架、橋面板、連接件來(lái)看，各自有多種結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)與施工方法的多樣性發(fā)展及其相互影響，促進(jìn)了設(shè)計(jì)與施工的相互結(jié)合。對(duì)公路桁梁橋常用的施工方法即頂推施工、吊裝施工以及懸臂拼裝施工方法進(jìn)行了分析，給出這三種施工方法的適用條件以及所對(duì)應(yīng)的技術(shù)難點(diǎn)，并結(jié)合既有公路桁梁橋的施工實(shí)例進(jìn)行了橫向?qū)Ρ龋瑢?duì)該類(lèi)型的公路橋梁的工程應(yīng)用提供了參考和依據(jù)，為該類(lèi)橋型的推廣提供了理論基礎(chǔ)。