蝴蝶式拱橋整體頂推施工控制

張伯林

(珠海大橫琴口岸實(shí)業(yè)有限公司，廣東 珠海 519031)

1 工程概況

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

某蝴蝶式拱橋，計(jì)算跨徑118 m。主橋共設(shè)兩片組合拱肋,每片拱肋由主拱和副拱組合而成(見圖1)。主拱采用鋼管混凝土拱、副拱采用鋼管拱，主拱和副拱的理論跨徑均為118 m，主拱與豎直面的夾角為內(nèi)傾13°，副拱以與豎直面的夾角為外傾10°，主拱平面和副拱平面夾角為傾23°。主拱和副拱拱軸線交于拱腳系桿頂面。主拱豎向矢高23.6 m，矢跨比1/5；副拱豎向矢高34.6 m，矢跨比1/3.41。主拱和副拱之間豎向間隔2.5 m設(shè)一道橫聯(lián)桿件，主拱肋之間對(duì)稱設(shè)置五道橫撐，中間三道為一字撐，靠近拱腳的為K形撐。全橋共設(shè)兩根系桿,采用鋼箱截面。橋面系采用鋼結(jié)構(gòu)縱橫梁支承PBL鍵組合橋面板的形式。

1.2 施工工藝

全橋鋼結(jié)構(gòu)共2 800 t，在專業(yè)工廠分段預(yù)制，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝，采用步履式頂推設(shè)備整體頂推(見圖2)。全橋共設(shè)8組臨時(shí)墩P1～P8，P1～P4和P8為岸上墩，基礎(chǔ)采用直徑400 mm預(yù)應(yīng)力管樁，采用50號(hào)柴油錘施工；P5，P6和P7在河中，基礎(chǔ)采用φ530 mm×10 mm鋼管樁，采用船吊90 kW振動(dòng)錘施工。通過吊裝臨時(shí)墩鋼平臺(tái)和墊梁。全橋拼裝完成后，安裝導(dǎo)梁和A撐。頂推設(shè)備主要由一套帶支撐頂升油缸、頂推平移油缸、橫向調(diào)整油缸的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通過液壓泵站的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)頂推。利用“頂”“推”“降”“縮”的四個(gè)步驟交替進(jìn)行，先將主橋整體頂升托起；然后頂推平移油缸向前推送一個(gè)行程；之后將主橋整體下降置于臨時(shí)墊梁上；頂推平移油缸再縮缸到底，完成一個(gè)行程的頂推。通過位于臨時(shí)墩頂?shù)?0套步履式頂推設(shè)備，將全橋自東向西頂推至設(shè)計(jì)位置，落梁就位。

2 臨時(shí)墩施工控制

2.1 管樁施工控制

1)打樁船需固定，施工期間應(yīng)避免占用現(xiàn)有航道，在作業(yè)區(qū)域上下游設(shè)置安全警示樁，懸掛夜間警示燈,做好航道通航安全維護(hù)措施。水上施工需獲得海事、航道主管部門的批準(zhǔn)方可施工。

2)計(jì)算鋼管樁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，確保滿足承載力要求；根據(jù)設(shè)計(jì)承載力要求選擇振動(dòng)錘，保證擊振力滿足要求。

3)復(fù)核測(cè)量水中樁基插樁定位，及時(shí)糾正偏差。施打過程中對(duì)樁身加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，樁頂中心偏差不能超過10 cm，單樁垂直度不得超過1%。

4)水中鋼管樁應(yīng)連續(xù)下沉，中間盡量減少停歇，以免土的摩阻力恢復(fù)導(dǎo)致下沉困難。

5)如振動(dòng)錘自動(dòng)跳閘，應(yīng)檢查連接電纜是否滿足輸送功率要求。電纜發(fā)熱過大，可引起振動(dòng)錘過載保護(hù)而自動(dòng)跳閘，并未達(dá)到額定功率和擊振力；使用發(fā)電機(jī)時(shí)，亦應(yīng)考慮有足夠的輸出功率；檢查電壓表和電流表，確保振動(dòng)錘達(dá)到額定功率作業(yè)，保證擊振力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，檢查振動(dòng)錘傳動(dòng)皮帶，破損或松弛將會(huì)降低傳動(dòng)力。

2.2 臨時(shí)墩平臺(tái)施工控制

1)要求對(duì)支架、臨時(shí)墩搭設(shè)進(jìn)行力學(xué)分析計(jì)算，確保其結(jié)構(gòu)安全性。嚴(yán)格對(duì)專項(xiàng)施組進(jìn)行核算審查。施工平臺(tái)應(yīng)做好安全防護(hù)措施。

2)用全站儀檢查臨時(shí)墩搭設(shè)標(biāo)高，確保滿足設(shè)計(jì)要求，避免用過多地鋼板墊高，局部位置有間隙時(shí)，需用鋼墊板墊平。

3)臨時(shí)墩應(yīng)能承受頂推過程中最大的豎向荷載，不應(yīng)發(fā)生沉陷；需有足夠的橫向和水平剛度能抵抗承受頂推時(shí)的水平推力，滿足其受力和穩(wěn)定要求；支架應(yīng)進(jìn)行預(yù)壓，確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定[1]。

3 頂推輔助構(gòu)件控制

1)前導(dǎo)梁設(shè)計(jì)方案應(yīng)包括結(jié)構(gòu)受力計(jì)算書，應(yīng)進(jìn)行復(fù)核，確保滿足結(jié)構(gòu)安全要求。

2)導(dǎo)梁全部節(jié)間拼裝應(yīng)平整，底緣與系桿箱梁底應(yīng)在同一平面上。如導(dǎo)梁桿件變形過大，系桿端部負(fù)彎矩過大時(shí)，應(yīng)停止頂推，進(jìn)行加固處理。導(dǎo)梁和系桿間焊縫須進(jìn)行探傷檢測(cè)，確保連接可靠。

3)為減小橋梁在頂推過程中的變形，同時(shí)增加全橋的整體剛度，全橋增設(shè)4道A字撐，4道一字撐，均由φ800 mm×12 mm的鋼管組成。審核A撐計(jì)算書，檢驗(yàn)進(jìn)場(chǎng)材料，應(yīng)與設(shè)計(jì)一致，特別注意接頭的焊接質(zhì)量，是受力的關(guān)鍵點(diǎn)。

4 頂推準(zhǔn)備工作

1)頂推前,根據(jù)主橋長(zhǎng)度、重量、水平推力等選擇頂推設(shè)備和頂推方式。根據(jù)頂推過程不同工況,對(duì)主橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力和變形分析,并對(duì)頂推設(shè)備與系梁的局部應(yīng)力進(jìn)行分析。根據(jù)整體分析產(chǎn)生的最大反力，加載到臨時(shí)墩，進(jìn)行臨時(shí)墩結(jié)構(gòu)分析。結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形應(yīng)在允許范圍內(nèi)，確保頂推過程施工安全。

2)在頂推設(shè)備準(zhǔn)備過程中，對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)、檢測(cè)，并記錄試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果。對(duì)不滿足技術(shù)要求的設(shè)備，進(jìn)行檢查處理，確保所有設(shè)備出廠前達(dá)到檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。檢查頂推設(shè)備，控制泵站、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)質(zhì)檢資料和檢驗(yàn)報(bào)告，確保頂推設(shè)備具有良好的工作性能。

3)各墩支承處應(yīng)設(shè)置摩擦墊，其大小尺寸應(yīng)根據(jù)墩頂反力和橡膠板容許承載力計(jì)算確定。

4)頂推設(shè)備實(shí)際總頂推力不應(yīng)小于計(jì)算頂推力的2倍。頂推設(shè)備的滑板應(yīng)保持清潔，并按要求涂抹黃油。應(yīng)避免頂推設(shè)備發(fā)生故障，產(chǎn)生過大的不平衡力。

5)頂推設(shè)備應(yīng)放置在系桿下，確保受力點(diǎn)在系桿腹板下。檢查頂推設(shè)備的安放位置是否牢靠，管路和線路連接是否正確、牢固、密封。檢查傳感器和壓力表是否安裝正確，橫向油缸是否調(diào)整到位，系統(tǒng)調(diào)試是否正常。

6)頂推前，應(yīng)對(duì)全橋拼裝線形、質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，驗(yàn)收合格并做好頂推的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后，方可頂推。

主橋結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量、線型均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；解除與頂推無關(guān)的一切荷載；頂推將要經(jīng)過的空間無任何障礙物、懸掛物；主體結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)的連接是否已全部去除。

7)檢查監(jiān)控布點(diǎn)、接線是否完成，是否已測(cè)得初始值。

8)建立統(tǒng)一指揮系統(tǒng)，明確分工職責(zé)，指令收發(fā)，各主要管理人員應(yīng)配備對(duì)講機(jī)；建立信息傳遞系統(tǒng)，及時(shí)反饋?zhàn)钚滦畔ⅰ?/p>

9)頂推作業(yè)指導(dǎo)書應(yīng)詳細(xì)，控制參數(shù)應(yīng)量化，并做好技術(shù)交底[2]。

5 調(diào)試與試驗(yàn)

1)頂推設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后，應(yīng)進(jìn)行空載試驗(yàn)，檢驗(yàn)系統(tǒng)各構(gòu)件運(yùn)作的正確性，系統(tǒng)壓力損失不得大于額定壓力的5%，檢驗(yàn)油缸是否漏油。

2)進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，檢驗(yàn)系統(tǒng)負(fù)載工作性能和可靠性，各墩頂設(shè)備工作同步性；加載后,仔細(xì)摸查全橋是否有異常狀況。

3)進(jìn)行應(yīng)急試驗(yàn)，油管破裂時(shí)，能自動(dòng)停止；誤操作能自動(dòng)閉鎖，不影響系統(tǒng)安全；突然斷電時(shí)，自動(dòng)停止，不失控。

4)做好液壓油缸、控制泵站和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)記錄，確保試驗(yàn)結(jié)果符合要求。

6 頂推過程控制

1)正式頂推，須按操作→觀測(cè)→分析→決策的程序進(jìn)行，并作好記錄。按要求進(jìn)行操作；各個(gè)頂推設(shè)備觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)認(rèn)真做好觀察測(cè)量工作，及時(shí)反映測(cè)量數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)匯交現(xiàn)場(chǎng)指揮系統(tǒng)，比較實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的差異；若有數(shù)據(jù)偏差，有關(guān)各方應(yīng)認(rèn)真分析，及時(shí)糾偏；認(rèn)可當(dāng)前工作狀態(tài)，并決策下一步操作。

2)頂推施工過程中，在控制室應(yīng)能隨時(shí)調(diào)整頂推力的大小，控制頂進(jìn)速度，使主橋同步勻速前進(jìn)，以保證主橋系桿不受扭，控制主橋軸線偏差在規(guī)范容許范圍內(nèi)。為保證在意外情況下能及時(shí)改變?nèi)珮蜻\(yùn)動(dòng)狀態(tài)，控制系統(tǒng)需設(shè)置急停按鈕。

3)主橋被頂進(jìn)過程中，每個(gè)頂推設(shè)備均應(yīng)配備技術(shù)人員觀測(cè),及時(shí)反饋各工況信息,并及時(shí)處理設(shè)備故障。如偏離軸線超過20 mm，應(yīng)采用橫向千斤頂糾偏。如頂推過程中若發(fā)現(xiàn)頂推力驟升，應(yīng)及時(shí)停止并檢查原因，特別是檢查滑板。

4)做好施工過程監(jiān)控。重點(diǎn)審核測(cè)量布點(diǎn)設(shè)置是否能滿足監(jiān)控要求；監(jiān)測(cè)的頻率是否滿足施工過程監(jiān)控的要求。保護(hù)好測(cè)點(diǎn)，確保監(jiān)控能順利實(shí)施。做好施工過程監(jiān)測(cè),如超過預(yù)警限值，應(yīng)分析原因，采取措施糾正。及時(shí)向參建方傳達(dá)監(jiān)控指令和結(jié)果，并督促施工單位落實(shí)監(jiān)控指令和建議。

5)頂推施工中，各工況均監(jiān)測(cè)主橋關(guān)鍵截面應(yīng)力應(yīng)變，主橋軸線偏移和線形、墩頂?shù)奈灰啤⑺卸粘两档龋_保橋梁安全才繼續(xù)往前頂推。

6)頂推時(shí)，應(yīng)派專人檢查導(dǎo)梁及主橋，如果導(dǎo)梁構(gòu)件有變形、螺絲松動(dòng)、導(dǎo)梁與主橋聯(lián)結(jié)處有變形或箱梁局部變形等情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)立即停止頂推，進(jìn)行分析處理。

7)參建各方應(yīng)做好協(xié)調(diào)配合，及時(shí)解決頂推有關(guān)問題，確保安全有序施工。

7 落梁控制

1)落梁時(shí)，每次的下落量相同，各頂推設(shè)備應(yīng)同步進(jìn)行，下落必須均勻緩慢。

2)嚴(yán)格控制每次落梁高度，每次落梁結(jié)束，必須對(duì)橋梁段線型進(jìn)行測(cè)量，并控制在允許范圍以內(nèi)。如果出現(xiàn)上下游偏位較大時(shí)，需用橫向調(diào)整油缸及時(shí)調(diào)整。

3)若發(fā)現(xiàn)下落量超差,負(fù)載超差,應(yīng)停機(jī)檢查超差原因,并進(jìn)行處理,確保每個(gè)墩受力在計(jì)算范圍之內(nèi)。

8 頂推安全控制

1)頂推施工所用的機(jī)具設(shè)備、材料在使用前，應(yīng)全面檢查、驗(yàn)收和試驗(yàn)。

2)頂推前，應(yīng)采取必要的加固措施(如臨時(shí)A撐)，以保證頂推作業(yè)中鋼結(jié)構(gòu)的安全。

3)各臨時(shí)墩及主墩頂周邊設(shè)欄桿，操作人員應(yīng)帶救生設(shè)備。

4)頂推施工中，應(yīng)有統(tǒng)一的指揮信號(hào)，每走一步都應(yīng)收集各頂推部位的情況，安全正常才繼續(xù)往前頂推。

5)落梁完畢，拆除千斤頂及其他設(shè)備時(shí)，應(yīng)先用繩拴好，并用吊機(jī)吊出。在吊運(yùn)時(shí)，應(yīng)防止吊裝物撞擊梁體。

6)拱梁頂推遇六級(jí)以上大風(fēng)時(shí)，立即鎖定主縱梁底部，停止作業(yè)。每一個(gè)墩上都設(shè)置導(dǎo)向限位裝置是為了防止風(fēng)作用，確保橋梁在臨時(shí)墩上的安全。在臺(tái)風(fēng)季節(jié)，臺(tái)風(fēng)來臨之前，在臨時(shí)墩頂面與導(dǎo)梁、橋梁之間須臨時(shí)固定。

9 結(jié)語

本項(xiàng)目主橋受通航影響，選擇了在陸上拼裝成橋，整體頂推就位的施工工藝，減少了水上施工作業(yè)，降低了河道通航安全風(fēng)險(xiǎn)。10套頂推設(shè)備分布在各臨時(shí)墩上，形成多點(diǎn)同時(shí)推進(jìn)，比傳統(tǒng)頂推施工先進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了大跨度和大噸位橋梁的頂推施工。采用步履式頂推設(shè)備整體頂推施工，安全可靠，施工速度較快，拼裝加頂推到位只用了三個(gè)月，節(jié)約了工期。該蝴蝶式鋼管拱橋采用整體拼裝頂推施工工藝首次在廣東省內(nèi)采用，通過各方的共同努力，本項(xiàng)目順利頂推就位，獲得了成功。采用整體拼裝頂推工藝在質(zhì)量、安全、工期、投資控制方面均取得了良好的效果。