高海拔小半徑曲線上跨既有高速鋼箱梁頂推施工技術(shù)

摘要：頂推施工在橋梁工程中比較常見，為了保證頂推施工的質(zhì)量和安全，首先確定了小曲線半徑橋梁的節(jié)段劃分及頂推施工工藝流程。采用數(shù)值模擬軟件對頂推施工過程進(jìn)行預(yù)演，確定導(dǎo)梁前端最大下?lián)蠟?565.1mm，最大應(yīng)力值為370MPa。鑒于導(dǎo)梁與鋼箱梁連接處受力最為集中，施工中對導(dǎo)梁與鋼箱梁連接處采取貼補(bǔ)加強(qiáng)措施。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，總結(jié)了導(dǎo)梁拼裝、臨時(shí)支墩安裝、箱梁線形控制等施工關(guān)鍵操作，為同類施工提供參考。

關(guān)鍵詞：箱梁;頂推;小半徑曲線;既有線

0" "引言

在橋梁建設(shè)領(lǐng)域鋼箱梁頂推是比較主流的施工技術(shù)[1]。頂推過程中受力變化復(fù)雜[2]，為此鋼箱梁頂推施工是一項(xiàng)復(fù)雜且綜合的工作，施工難度較大。采用計(jì)算機(jī)三維有限元頂推模型可以詳細(xì)模擬頂推施工，提前預(yù)知施工中可能出現(xiàn)的問題，并可根據(jù)模擬問題情況，對重要構(gòu)件進(jìn)行事前安全控制[3-4]。

目前關(guān)于頂推施工的案例越來越多。陳亞強(qiáng)[5]通過合理布置臨時(shí)墩及水平束，安全順利的完成了福州鼓山大橋鋼箱梁頂推施工。萬雨帆等[6]在青銀高速濟(jì)南黃河大橋鋼箱梁頂推施工中，率先采用臨時(shí)墩上設(shè)置棘塊式頂推設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)拖拉式頂推到真正頂推的轉(zhuǎn)化。豐正偉等[7]認(rèn)為頂推過程中，可通過實(shí)時(shí)監(jiān)測的方式，有效控制頂推推力，實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)、快速施工。李傳習(xí)等[8]根據(jù)瀘州沱江四橋施工情況，建議在頂推施工時(shí)根據(jù)支點(diǎn)反力對標(biāo)高調(diào)整的敏感度，合理控制標(biāo)高調(diào)整精度。

上述案例都對頂推法施工進(jìn)行了不同程度的介紹和分析，但是考慮到我國幅員遼闊，各地地勢條件千差萬別，不能涵蓋所有施工情況。本文結(jié)合某高海拔橋梁小半徑曲線上跨既有高速鋼箱梁頂推施工工程案例，詳細(xì)介紹了頂推的施工流程及關(guān)鍵施工技術(shù)，并通過數(shù)值模擬，預(yù)先判斷頂推過程中的薄弱點(diǎn)，提前對其進(jìn)行加強(qiáng)，提高了施工安全性。

1" "工程背景

1.1" "工程概況

西北繞城樞紐互通F匝道2號橋鋼箱梁，位于云南省昆明市西山區(qū)團(tuán)結(jié)街道雨花社區(qū)附近，其上跨S0501昆明繞城高速，與S0501昆明繞城高速呈59°斜交。F匝道2號橋鋼箱梁理論橋跨布置為40m+55m，為兩跨等截面連續(xù)鋼箱梁橋。主梁橫斷面為單箱雙室結(jié)構(gòu)，直腹板，設(shè)計(jì)中心線處標(biāo)準(zhǔn)梁高2220mm，頂寬10500mm，底寬7560mm，箱梁懸臂長1500mm。F匝道2號橋鋼箱梁0至2#墩橋型平面布置如圖1所示。

1.2" "周邊環(huán)境

項(xiàng)目區(qū)域?yàn)榈嶂懈咴囊徊糠郑瑘鰠^(qū)內(nèi)最高海拔2315.6m，最低地海拔2138.4m，相對最大高差177.2m，互通區(qū)橋梁測設(shè)基線通過地面高程2142.0～2218.8m，相對最大高差76.8m。

2" "鋼箱梁節(jié)段劃分施工工藝流程

2.1" "節(jié)段劃分

本項(xiàng)目鋼箱梁橋面寬度10.5m，橫向上將箱梁分為4個(gè)部分，采用平板車運(yùn)輸。最大寬度4.00m。長度方向分為11m、12m兩種類別，本文分析時(shí)以最長分段12m（質(zhì)量24.1t）為例進(jìn)行分析。箱梁縱向分段如圖2所示。箱梁橫向分段如圖3所示。

2.2" "頂推施工流程

第一步：在支架及拼裝平臺區(qū)拼裝梁段GL1、GL2，并安裝支墩、設(shè)備及鋼導(dǎo)梁（導(dǎo)梁懸挑16m）。第二步：向前頂推滑移20m，在拼裝平臺上拼裝梁段GL3、GL4。第三步：向前頂推滑移4m，此時(shí)導(dǎo)梁剛好上1#墩。第四步：向前頂推滑移41m，在拼裝平臺上拼裝梁段GL5、GL6、GL7。第五步：向前頂推滑移15m，在拼裝平臺上拼裝梁段GL8。第六步：向前頂推滑移35m，此時(shí)箱梁已經(jīng)基本頂推到位。第七步：拆除導(dǎo)梁及支架，并落梁到位。

2.3" "落梁注意事項(xiàng)

頂推到位后，在側(cè)向糾偏裝置和梁體之間用鍥形木塊塞緊，防止梁體在落梁過程中滑移。按照要求仔細(xì)檢查中線位移情況，位移滿足要求后方可落梁。先安裝千斤頂，將梁均勻頂推起20mm拆除臨時(shí)支架及滑道梁。通過控制進(jìn)油壓力來確保每個(gè)橋墩千斤頂受力均勻，且落梁速度一定不要太快，并要均勻下落[9]。

3" "頂推施工過程模擬

3.1" "模擬概況

施工總跨度為2跨，使用數(shù)值模擬軟件對結(jié)構(gòu)整體滑移情況進(jìn)行分析，根據(jù)頂推設(shè)計(jì)流程，選取3種工況分別進(jìn)行分析計(jì)算。導(dǎo)梁模型全長36m，考慮結(jié)構(gòu)及導(dǎo)梁自重和施工風(fēng)荷載對頂推的影響。鋼箱梁模型如圖4所示。

3.2" "模擬結(jié)果分析

3.2.1" "工況1

在該工況條件下鋼導(dǎo)梁滑移至1#橋墩，此時(shí)36m鋼導(dǎo)梁加4m鋼箱梁懸挑，滑移距離共計(jì)24m。工況1結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力如圖5所示。工況1結(jié)構(gòu)整體變形如圖6所示。

由結(jié)構(gòu)整體分析，鋼箱梁主要受力區(qū)域位于導(dǎo)梁與鋼箱梁連接處，最大應(yīng)力值為370MPa，屬與應(yīng)力集中現(xiàn)象。超過200MPa應(yīng)力區(qū)域很小，位于導(dǎo)梁與鋼箱梁連接處底部，建議在此處增加貼板，進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)。該工況最大變形出現(xiàn)在導(dǎo)梁端部，變形為326.6mm。

3.2.2" "工況2

在該工況條件下鋼導(dǎo)梁滑移至2#橋墩，此時(shí)36m鋼導(dǎo)梁加19m鋼箱梁懸挑，滑移距離共計(jì)79m。工況2結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力如圖7所示。

由結(jié)構(gòu)整體分析可知，鋼箱梁主要受力區(qū)域位于導(dǎo)梁與鋼箱梁連接處，最大應(yīng)力值為328.5MPa，屬與應(yīng)力集中現(xiàn)象。超過200MPa應(yīng)力區(qū)域很小，位于導(dǎo)梁與鋼箱梁連接處底部，建議在此處增加貼板，進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)。該工況最大變形出現(xiàn)在鋼導(dǎo)梁前端，變形為565.1mm。

3.2.3" "工況3

拆除導(dǎo)梁，落梁到位，橋長95m，此工況下滑移距離共計(jì)115m。工況3結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力如圖9所示。工況3結(jié)構(gòu)整體變形如圖10所示。

根據(jù)圖9、圖10可知最大應(yīng)力值出現(xiàn)在1#墩處，為113.9MPa。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，Q345鋼抗拉強(qiáng)度為305MPa，最大應(yīng)力比為0.37。最大變形出現(xiàn)在1#支墩及2#支墩中間，為113.9mm。

3.3" "模擬結(jié)論

綜合3個(gè)工況的分析結(jié)果，導(dǎo)梁前端最大下?lián)蠟?565.1mm，發(fā)生在懸臂長度55m的狀態(tài)下。滑移過程中，最大應(yīng)力值為370MPa，位于導(dǎo)梁與鋼箱梁連接處。超過200MPa應(yīng)力區(qū)域也主要集中于此處，應(yīng)該在此處通過增加貼板的方式進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)。

4" "主要施工方法

4.1" "導(dǎo)梁安拆

4.1.1" "導(dǎo)梁拼裝

導(dǎo)梁分3個(gè)節(jié)段運(yùn)送至現(xiàn)場，根據(jù)預(yù)拼裝的要求的縱橫基線進(jìn)行擺放構(gòu)建，同時(shí)控制導(dǎo)梁主梁的標(biāo)高。拼裝過程中需要注意的是，導(dǎo)梁節(jié)段之間采用螺栓連接，螺栓不得一次性擰緊，待導(dǎo)梁整體拼裝完成經(jīng)測量軸線標(biāo)高無誤后，方可進(jìn)行終擰。

4.1.2" "導(dǎo)梁拆除

若土建施工進(jìn)度快于鋼箱梁施工進(jìn)度，則借助混凝土橋面作為施工平面，借助現(xiàn)場起重機(jī)，上墩一段拆除一段。若土建施工進(jìn)度慢于鋼箱梁施工進(jìn)度，則于地面支好130t起重機(jī)，從導(dǎo)梁連接處將螺栓拆除，將導(dǎo)梁整段吊送至地面再進(jìn)形分解。

4.2" "臨時(shí)支墩安拆

4.2.1" "臨時(shí)支墩安裝

臨時(shí)支墩的扁擔(dān)梁箱型截面梁，中間每500mm設(shè)置實(shí)腹式加勁板。扁擔(dān)梁與預(yù)埋件之間用立柱連接，立柱為箱型截面梁。立柱長度超過500mm時(shí)，應(yīng)設(shè)置實(shí)腹式加勁版，間距同扁擔(dān)梁。立柱端頭處設(shè)置45°坡口，與扁擔(dān)梁和預(yù)埋件之間形成一級熔透焊縫。為了更好的保證頂推施工時(shí)臨時(shí)支墩的受力以及傳力性能，將臨時(shí)支墩的所有構(gòu)件均采用焊接連接。所有臨時(shí)支墩的立柱下方均埋設(shè)預(yù)埋件，預(yù)埋件埋設(shè)同橋墩蓋梁澆筑同步完成。

4.2.2" "臨時(shí)支墩拆除

拆除時(shí)需要使用2臺25t汽車起重機(jī)配合，分別站位于橋臺處（或遠(yuǎn)離高速一面處），每臺汽車起重機(jī)吊住一個(gè)端頭，用割刀將立柱于扁擔(dān)梁連接處隔斷。

4.3" "箱梁拼裝及焊接防腐施工

將箱梁元件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，每一段箱梁拼裝時(shí)都要保證縱橫基線位置準(zhǔn)確，超差滿足規(guī)范要求。當(dāng)一跨鋼橋拼裝完畢后，測量人員對其整體線性測量復(fù)核無誤后，對其進(jìn)行連接。焊接時(shí)[10]，采用2人進(jìn)行對稱焊接，從中軸線兩側(cè)展開。箱梁施工完成驗(yàn)收后立即進(jìn)入橋面鋪裝部分，使箱梁防腐能得到雙重保證。

4.4" "箱梁頂推線形控制

4.4.1" "總體要求

拼裝過程中要全程進(jìn)行監(jiān)控，若拼裝過程中發(fā)現(xiàn)線型有偏差要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。拼裝過程中可選用螺旋式千斤頂、手拉葫蘆等設(shè)備進(jìn)行偏差調(diào)整。

4.4.2" "防中線偏差措施

F匝道2號橋鋼箱梁位于曲率半徑200m平曲線上，為限制橫向偏移，產(chǎn)生較大偏位，在扁擔(dān)梁上提前放好箱梁底板邊線，在距離邊線20mm位置設(shè)置150mm×150mm×14mm的三角板（與扁擔(dān)梁全熔透焊接）。

在鋼梁兩端設(shè)置中線偏位監(jiān)測點(diǎn)，頂推施工過程中，通過設(shè)置在地面的儀器連續(xù)觀測該點(diǎn)位移情況。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整頂推施工速度和方向。頂推施工中，偏位監(jiān)測點(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)該與頂推體相對獨(dú)立，以能保證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5" "結(jié)語

頂推法施工整體較為復(fù)雜，需要結(jié)合現(xiàn)場情況、橋梁形式、節(jié)段劃分等進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃。通過數(shù)值模擬確定了施工時(shí)最大撓度為-565.1mm，發(fā)生在導(dǎo)梁懸挑55m處。應(yīng)力集中區(qū)域主要分布在導(dǎo)梁與鋼箱梁連接處，最大值為370MPa。數(shù)值模擬薄弱處的有效加強(qiáng)，保證了施工的質(zhì)量和安全，可以在類似工程中推廣。

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