鋼箱梁頂推施工技術(shù)研究

摘要：以省道S270線鶴城至杜阮段擴(kuò)建工程項(xiàng)目中的鋼箱梁頂推施工為研究背景，從施工技術(shù)入手，詳細(xì)分析了鋼箱梁頂推施工技術(shù)，有針對(duì)性的探討了施工質(zhì)量保障措施。通過有限元軟件進(jìn)行建模處理，對(duì)頂推施工時(shí)梁體的變形和受力進(jìn)行了探討，從相應(yīng)的仿真結(jié)果得出施工控制結(jié)論，確保施工的安全性。

關(guān)鍵詞：鋼箱梁;頂推施工;有限元分析;施工控制

0" "引言

在交通網(wǎng)不斷完善的今天，越來越多的道路橋梁需要在復(fù)雜的環(huán)境下建設(shè)。在城市橋梁建設(shè)中，頂推法具有不占橋下空間、不影響現(xiàn)有交通的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外工程中得到了廣泛應(yīng)用。

頂推法的施工原理是通過將拼裝或澆筑平臺(tái)安裝到橋梁端部，并以分節(jié)分段的方式將梁體進(jìn)行劃分，將臨時(shí)墩設(shè)立到各梁跨間，采用千斤頂設(shè)備借助滑移裝備將梁體沿橋梁軸線朝前推進(jìn)。在推進(jìn)完一階段之后，再在平臺(tái)上澆筑梁端部，之后再推進(jìn)，直到完成施工。

1977年，陜西狄家河鐵路橋在國(guó)內(nèi)首次將頂推法施工橋梁引入。即將完工的溫州甌江北口大橋同樣在以頂推法進(jìn)行施工，作為“三塔四跨”的橋梁，其也在一定程度上反映了國(guó)內(nèi)橋梁施工的頂尖水平。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)頂推法橋梁施工進(jìn)行了很多研究，也取得了一些卓有成效的研究成果，但對(duì)頂推施工過程中的智能監(jiān)測(cè)研究較少，基于此，本文以省道S270線鶴城至杜阮段擴(kuò)建工程為研究對(duì)象，對(duì)其頂推施工技術(shù)進(jìn)行分析研究。

1" "工程概況

省道S270線鶴城至杜阮段擴(kuò)建工程（鶴城小官田村至共和寶豐新城段）路線起點(diǎn)樁號(hào)K33+589.29，為本項(xiàng)目與國(guó)道G325交叉的小官田互通立交，終點(diǎn)樁號(hào)K41+000，為共和寶豐新城全長(zhǎng)約7.4km，主要開展的工作是對(duì)舊路進(jìn)行改造。本項(xiàng)目在K39+326.458處與佛開高速相交，佛開高速樁號(hào)FKK61+902.2，并設(shè)置新建上跨佛開高速跨線橋。

在上跨佛開高速時(shí)，采用鋼箱梁頂推法施工。鋼箱梁采用50m+75m+50m三跨鋼箱梁連續(xù)梁橋。小樁號(hào)側(cè)橋面縱坡為3.03%，大樁號(hào)側(cè)側(cè)橋面縱坡為4%，橋梁結(jié)構(gòu)為等截面連續(xù)箱梁。

由于橋下有輔道通行，落墩受限，故以三柱式的框架墩作為其墩身結(jié)構(gòu)，所用混凝土等級(jí)為C35。樁基采用鉆孔灌注樁，使用C30等級(jí)的混凝土。采用預(yù)應(yīng)力式蓋梁，所用混凝土等級(jí)為C40。

本工程在上跨佛開高速時(shí)采用頂推法施工，因鋼箱梁共包含豎、平曲線和相應(yīng)的超高設(shè)置，故在施工時(shí)有較大難度。在具體施工時(shí)，隨著施工的不斷進(jìn)行，構(gòu)件的支點(diǎn)也在不斷變化，即其內(nèi)力處于隨時(shí)變化的情況，故如何確保內(nèi)力變化保持在可控范圍內(nèi)，保證施工安全，成為該施工方應(yīng)該著重考慮的問題。

2" "施工技術(shù)

2.1" "頂推架設(shè)的施工步驟

頂推架設(shè)的施工步驟如下：在右幅安裝拼裝支架、臨時(shí)支墩、拖拉系統(tǒng)。在拼裝支架上拼裝導(dǎo)梁42m，拼裝鋼箱梁1、2#節(jié)段28m。鋼箱梁拖拉15m，拼裝支架上拼裝3#、4#節(jié)段24.25m。鋼箱梁拖拉25m，拼裝支架上拼裝5#節(jié)段25.5m。鋼箱梁拖拉63m，其中走行到22m時(shí)導(dǎo)梁端頭搭上19#墩旁支撐胎架;走行到63m時(shí)鋼梁搭上19#墩旁支撐胎架。

拼裝支架上拼裝6#、7#、8#節(jié)段49.5m。鋼箱梁拖拉50m，拼裝支架上拼裝9#、10#、11#節(jié)段47.75m。導(dǎo)梁逐段拆除，鋼箱梁拖拉8.5m到右幅設(shè)計(jì)位置。鋼箱梁橫移24.75m至左幅。拆除橫移滑道，落梁至永久支座，完成左幅鋼箱梁安裝。右幅鋼箱梁安裝參照左幅鋼箱梁安裝。拆除臨時(shí)支架并恢復(fù)場(chǎng)地。

2.2" "鋼箱梁頂推拖拉

主橋在施工時(shí)共有200m需要進(jìn)行頂推。施工前需對(duì)各種機(jī)具進(jìn)行檢查，確保施工得以正常進(jìn)行。在主梁和頂推系統(tǒng)牽引了之后，即采用自動(dòng)模式，使其進(jìn)行連續(xù)的自動(dòng)頂推。此時(shí)，需要對(duì)油壓表數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

為避免橫向偏移出現(xiàn)超差，施工時(shí)實(shí)時(shí)對(duì)其中軸線進(jìn)行監(jiān)控，以便及時(shí)調(diào)整限位裝置，使其誤差保持在允許范圍內(nèi)。頂推時(shí)以兩臺(tái)千斤頂進(jìn)行頂進(jìn)，在鋼墊梁滑道上擱置好箱梁梁體，并在兩者之間安裝好MGE滑塊，以當(dāng)做滑板使用。為降低三者的摩擦力，還需進(jìn)行硅脂油的涂抹。在頂進(jìn)時(shí)，可在梁體上安裝拉錨器，以使梁體能夠被其順利帶動(dòng)滑行。

2.3" "施工控制

施工之前，應(yīng)測(cè)量梁體的中線以及滑道標(biāo)高，以為施工控制提供參考。在頂推各梁段之前，可先進(jìn)行5cm的頂推，在停止頂推以及回油之后，繼續(xù)進(jìn)行5cm的頂推。如此反復(fù)進(jìn)行3次試驗(yàn)之后，再進(jìn)行正式的施工，以便對(duì)各項(xiàng)設(shè)備性能進(jìn)行觀測(cè)。

除此之外，需觀測(cè)位移是否滿足要求，主要包括梁體中線和墩頂各方向位移。若施工時(shí)出現(xiàn)偏差，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。從施工開始便進(jìn)行連續(xù)的觀測(cè)，若位移超過允許值馬上停止頂推施工，對(duì)頂推力進(jìn)行重新調(diào)整之后再進(jìn)行施工。

鋼梁在頂推過程中特別是在首次頂推過程中，若出現(xiàn)中線偏位，可在滑塊箱滑塊處安裝側(cè)限鋼板，確保滑塊箱沿縱向軌道前行。在進(jìn)行頂推時(shí)，可隨著施工的開展不斷設(shè)置側(cè)限，以確保中線始終保持在允許范圍內(nèi)。具體可布置在工字鋼軌道腹板兩側(cè)，與腹板預(yù)留3cm間隙，以便于頂推和糾偏。糾偏時(shí)如果向左邊偏移，則右邊張拉頂推的鋼絞線受力稍大點(diǎn)即可，反之則小點(diǎn)。限位裝置如圖1所示。

若頂推施工時(shí)出現(xiàn)中線偏差，可通過如下措施進(jìn)行調(diào)整：將觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置到已經(jīng)完成了拼裝的鋼梁頂面位置，并將全站儀固定在地面三角點(diǎn)位置，以便于施工時(shí)準(zhǔn)確把握中線的偏差。可通過放松側(cè)限的方式來調(diào)整中線偏差，具體可以在施工時(shí)提高側(cè)限力，來對(duì)中心位置進(jìn)行調(diào)整。若偏差的量較小，可通過調(diào)整滑塊的方式進(jìn)行糾偏;若有較大的偏差，則應(yīng)及時(shí)停止頂推，再通過側(cè)向千斤頂進(jìn)行糾偏。

側(cè)向千斤頂在糾偏時(shí)的具體操作為：將有著糾偏作用的反力座安裝到各墩頂支架的外側(cè)面，反力座與支架頂部的滑道梁側(cè)面焊接方式連接。鋼梁在頂推過程中發(fā)生偏位時(shí)，可以通過在反力座上設(shè)置200t橫向糾偏千斤頂，對(duì)鋼梁施加橫向水平推力，實(shí)現(xiàn)鋼箱梁的糾偏。為了保證鋼梁受力良好，鋼梁橫向糾偏時(shí)，起頂位置需要設(shè)置在鋼梁的隔板位置。

本工程鋼梁頂推施工，頂推動(dòng)力來自于2臺(tái)千斤頂，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，當(dāng)鋼梁在千斤頂施力作用下行進(jìn)至設(shè)計(jì)位置時(shí)，立即關(guān)閉液壓閥。在慣性和鋼鋼絞線緊力作用下，此時(shí)鋼梁不能馬上停止行進(jìn)，會(huì)有略微向前移動(dòng)情況。為防止鋼梁頂推過頭，鋼箱梁頂推即將到位前，在邊墩墩頂支架上焊接兩塊縱移擋板，在鋼箱梁頂推到位后擋板抵鋼梁，待落梁完成后割掉擋板。

導(dǎo)梁前端到達(dá)墩頂支架滑道時(shí)，導(dǎo)梁梁底比滑道高700mm，大于懸臂最大擾度359mm，導(dǎo)梁前端能順利上至滑道。如果出現(xiàn)導(dǎo)梁前端略低于滑道，使用千斤頂在導(dǎo)梁前端將導(dǎo)梁進(jìn)行頂升，超過滑道頂標(biāo)高，再進(jìn)行拖拉，確保導(dǎo)梁能順利上到墩頂滑道上。千斤頂頂部與導(dǎo)梁之間增設(shè)MGE滑塊，并涂抹潤(rùn)滑硅脂。待導(dǎo)梁上至中支墩滑道后，使用千斤頂配合安裝中支墩滑塊箱。

3" "仿真分析

針對(duì)各工行下橋梁內(nèi)力，以軟件ansys對(duì)其進(jìn)行建模分析。限于篇幅，本文僅給出部分建模，如圖2所示，工況布置如表1所示。

3.1" "梁體變形

3.1.1" "導(dǎo)梁前段撓度分析

在不斷增加頂推距離時(shí)，隨之增加的還有導(dǎo)梁的懸臂段。其自重的作用會(huì)不斷增加梁體前段撓度，且撓度在下一墩體前達(dá)到最大值。若前端存在較大導(dǎo)梁，其撓度將會(huì)導(dǎo)致前端的標(biāo)高較低，而出現(xiàn)難以上墩的情況。此外，對(duì)結(jié)構(gòu)物而言，過大的撓度也會(huì)使其安全性受到影響。仿真結(jié)果如表2所示。

從所得結(jié)果可知，在工況二下存在最大的前段撓度，而在工況八時(shí)，相比于下一臨時(shí)墩而言，導(dǎo)梁的前段標(biāo)高低了約146.15mm。在施工時(shí)，采用千斤頂將其向上頂起100mm之后導(dǎo)梁仍難以上墩，因此使用接長(zhǎng)鼻梁，并以牽引的方法進(jìn)行上墩施工。

3.1.2" "主梁尾端撓度分析

主梁尾端在頂推施工不斷開展時(shí)會(huì)出現(xiàn)懸臂的情況，此時(shí)若存在過大的懸臂段，將會(huì)使主梁尾部出現(xiàn)過大撓度。使用千斤頂進(jìn)行頂升，比起主梁和頂推滑道間的距離而言，主梁的尾部存在更大的撓度，對(duì)其進(jìn)行頂推時(shí)，會(huì)與頂推滑道產(chǎn)生碰撞，將使摩擦力大大加大，頂推作業(yè)難以正常進(jìn)行。

從所得結(jié)果可知，在工況六中存在97.33mm的撓度最大值，大于警戒要求的80mm，故在該橋梁進(jìn)行施工時(shí)，當(dāng)梁體尾端出現(xiàn)與墩頂脫離的情況，就需要將臨時(shí)支撐設(shè)置到其尾端部分。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，采用的臨時(shí)支撐如圖3所示。

3.2" "梁體偏移

頂推施工時(shí)因?yàn)槭┕x器等的影響，難免會(huì)有不協(xié)調(diào)的步進(jìn)出現(xiàn)，使得梁體出現(xiàn)少量的橫向偏移。隨著步進(jìn)的不斷增加，偏移量不斷的累計(jì)，梁體偏移側(cè)支點(diǎn)出現(xiàn)較大受力，臨時(shí)墩出現(xiàn)嚴(yán)重的偏壓情況。最大應(yīng)力和偏移量的關(guān)系如圖4所示。從圖4可知，六號(hào)臨時(shí)墩上出現(xiàn)了最大的梁體應(yīng)力，且隨著偏移量的不斷提高而不斷增加。梁體最大應(yīng)力在30mm的偏移量之下超過了許用應(yīng)力。

對(duì)此時(shí)的六號(hào)臨時(shí)墩進(jìn)行分析研究，臨時(shí)設(shè)置的六號(hào)墩和主梁結(jié)構(gòu)存在相對(duì)應(yīng)的中心布置，當(dāng)主梁出現(xiàn)偏壓的時(shí)候，兩側(cè)設(shè)置的臨時(shí)墩均產(chǎn)生偏壓狀況，導(dǎo)致其支反力出現(xiàn)較大改變。六號(hào)臨時(shí)墩偏移量和支反力的關(guān)系如圖5所示。

隨著臨時(shí)墩朝北的偏移量不斷增加，南側(cè)臨時(shí)墩的支反力表現(xiàn)出不斷降低趨勢(shì)，而北側(cè)臨時(shí)墩則表現(xiàn)偏移量和支反力不斷提高。若梁體出現(xiàn)偏移，會(huì)造成臨時(shí)墩的軸力有所改變，若所采用材料許用應(yīng)力不能滿足軸向應(yīng)力的要求，將會(huì)威脅到結(jié)構(gòu)的整體安全性。從研究結(jié)果可知，在梁體前端朝北邊出現(xiàn)30mm的偏移量時(shí)，該處臨時(shí)墩所受的軸向應(yīng)力遠(yuǎn)超許用應(yīng)力，對(duì)其安全性較為不利。

綜合上述分析可知，在30mm的橫向偏移量下，梁體所受的應(yīng)力比許用應(yīng)力要大。為避免對(duì)橋下交通造成影響，在施工時(shí)須將偏移量以20mm為警戒線。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)墩體的前段肢柱的維護(hù)，以提高主梁與其的接觸面積，從而對(duì)其受力進(jìn)行改善。

4" "結(jié)語

本文以省道S270線鶴城至杜阮段擴(kuò)建工程為研究對(duì)象，針對(duì)其施工時(shí)所采用的頂推法進(jìn)行分析研究。對(duì)橋梁進(jìn)行建模處理，仿真分析了頂推施工時(shí)梁體的受力和位移情況，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的施工。所得結(jié)果如下：

通過有限元分析結(jié)果可知，當(dāng)導(dǎo)梁處于最大的懸臂狀態(tài)下時(shí)梁體出現(xiàn)最大位移。在施工時(shí)，若因梁體尾部撓度過大而影響到頂推施工，可通過將臨時(shí)支撐安設(shè)在梁體尾端的方式來輔助施工。若導(dǎo)梁難以上墩，可通過接長(zhǎng)鼻梁或牽引的方法進(jìn)行輔助。基于許用軸向應(yīng)力的考慮，在該工程中應(yīng)按照20mm的警戒值來控制導(dǎo)梁的前段偏移量。

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