虎門二橋小半徑平曲線鋼箱梁落梁施工關鍵技術

孫 濤，付凱歌，朱小金，楊 敏，謝國強

(中交二公局第五工程有限公司，陜西 西安 710065)

1 工程概況

圖1 鋼箱梁布置(單位：cm)

2 橋面成坡方式

對于小半徑平曲線高速公路橋梁，從行車安全性和結構排水功能性要求考慮，橋面必須設置橫坡。對于頂?shù)淄?、直腹式單箱雙室鋼結構箱梁，橋面橫坡有以下2種成坡方式。

1)成坡方式1(見圖2) 鋼箱梁各橫截面沿設計中心線的徑向旋轉6%成坡，特點為：①橋面為圓錐環(huán)，底板不在平面上，且該圓錐任意母線的坡度為6%；②任意沿徑向的箱梁橫截面頂板橫坡均為6%。該成坡方式可看成是紙質雨傘的環(huán)面，雨傘骨架類似于圓錐母線，每根骨架坡度沿徑向相同，兩骨架中間為平面，體現(xiàn)以直代曲；相鄰骨架位于同一個平面上。

圖2 成坡方式1示意

2)成坡方式2(見圖3) 頂、底板均為平面，鋼箱梁沿兩端點連線旋轉形成橫坡，并控制端截面的橫坡為6%，特點為：兩端截面沿徑向橫坡為6%，但整個橋面所在平面與水平面夾角為6.16%，即中間墩位處的橫坡為6.16%，其余各截面橫坡均不相同。該成坡方式可看成是扇子的扇面，繞下邊直線旋轉i%坡度后，中間骨架坡度最大，為i%，其他骨架坡度均

圖3 成坡方式2示意

成坡方式1的鋼箱梁頂、底板位于空間曲面上而非平面上，鋼箱梁加工和現(xiàn)場安裝施工的難度都較大。成坡方式2的鋼箱梁頂、底板是平面，但各斷面的鋼箱梁橫坡不同，為達到橋面橫坡相同目的，橋面現(xiàn)澆層各處的厚度將會不同。

經過比選，為便于鋼箱梁加工和現(xiàn)場安裝施工，本項目采用成坡方式2成坡，即通過整體旋轉和在鋼箱梁頂面設混凝土現(xiàn)澆層作為調平層，實現(xiàn)橋面橫坡。

3 鋼箱梁安裝及落梁工藝

3.1 鋼箱梁頂推安裝

受制于現(xiàn)場的施工環(huán)境，為降低施工難度，按先解決鋼箱梁曲線和縱坡問題再解決橫坡問題的思路進行鋼箱梁頂推安裝。頂推施工前，在鋼箱梁拼裝區(qū)域搭設不帶橫坡、僅有3.34%縱坡的拼裝平臺，拼裝平臺布置在R=200m的平曲線上；鋼箱梁在拼裝平臺上分節(jié)、分塊焊接完成后，經分析對比，采用步履式千斤頂進行頂推施工。采用頂推方式完成鋼箱梁的跨線施工后，調整好步履式千斤頂，準備落梁。

在落梁過程中，以A6，A8墩內側千斤頂支點為連線作為旋轉軸，鋼箱梁繞旋轉軸整體旋轉至各斷面橫坡滿足設計要求后，安裝并固定支座，澆筑橋面混凝土調平層，完成鋼箱梁安裝施工(見圖4)。

圖4 落梁時旋轉軸示意

3.2 落梁旋轉時鋼箱梁支撐點橫橋向間距變化

端截面在6%橫坡的條件下，鋼箱梁底板內、外側高差為5 890×6%=353.4mm。

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鋼箱梁由水平狀態(tài)整體旋轉至端截面呈6%橫坡狀態(tài)過程中，如內側邊點不發(fā)生位移，則鋼箱梁中心線將往內側偏移5.3mm、外側邊點將往內側偏移10.6mm(見圖5)。即在旋轉過程中，除旋轉軸上的支撐點外，鋼箱梁底板上的其他支撐點在橫橋向的間距隨著旋轉的進展而發(fā)生相應變化(見圖6，7)。

圖5 鋼箱梁旋轉到位時中線位移變化示意

圖6 旋轉時底板的初始狀態(tài)與最終狀態(tài)示意

圖7 每次旋轉支點間距變化示意

旋轉前，鋼箱梁底板與蓋梁間的最小距離為353.4mm；旋轉過程中，隨著高度的變化，支點橫橋向間距變化如表1所示。

表1 每次旋轉變化高度與支點橫橋向間距變化 mm

為減少旋轉過程中支點橫橋向間距變化而引起千斤頂?shù)母郊恿?，防止千斤頂被“憋壞”，每次旋轉時變化高度控制在50mm。

為確保旋轉落梁后的鋼箱梁平面位置滿足設計要求，在旋轉過程中，設置校核點，以檢測固定點是否處于不動狀態(tài)；若設定的固定點發(fā)生偏移，則需在橫坡調整到位后再次調整鋼箱梁的平面位置至設計位置。

3.3 落梁各工況計算

為確保旋轉落梁過程中鋼箱梁的受力和施工安全，采用有限元軟件按實際支撐點的位置進行落梁全過程模擬，并擬定7種可能出現(xiàn)的不利工況，計算鋼箱梁受力和穩(wěn)定性，計算結果如表2所示。

表2 落梁各工況計算結果

根據(jù)模擬計算分析，當A7墩位處兩支點千斤頂?shù)穆淞何灰瞥^其他2個墩位處的千斤頂落梁位移達55cm時，即出現(xiàn)工況2的狀態(tài)；當A8墩位處兩支點千斤頂?shù)穆淞何灰瞥^其他2個墩位處的千斤頂落梁位移達60cm時，即出現(xiàn)工況3的狀態(tài)；當A7墩位處內側支點低于外側支點2.1cm時，內側支點脫空，即為工況4；當A7墩位處外側支點低于內側支點2.5cm時，外側支點脫空，即為工況5；當A8墩位處內側支點低于外側支點1.3cm時，內側支點脫空，即為工況6；當A8墩位處外側支點低于內側支點1.5cm時，外側支點脫空，即為工況7。

由計算結果分析可知，各工況下鋼箱梁的應力均在可控范圍內，但在工況2條件下，鋼箱梁曲線外側支反力遠大于曲線內側支反力，鋼箱梁變形較大，在橫向風荷載或其他荷載擾動下有較大傾覆風險；在工況3條件下，A7墩位處的支反力遠大于A6墩位處的支反力，鋼箱梁變形較大，有較大傾覆風險。

為確保落梁安全，落梁過程中，需對落梁千斤頂進行荷載和位移雙控，并以位移控制為準。

3.4 落梁施工步驟

1)第1步 頂推到位后，調整鋼箱梁的縱坡至設計位置，將鋼箱梁中線往外側預偏移5.3mm。

2)第2步 采用千斤頂按“碎步慢走”、逐級同步進行落梁。

3)第3步 內側支點不動，分次逐級起頂外側千斤頂，使支座截面處底板最外側升高353.4mm，使支座截面處鋼箱梁的頂、底面產生6%的橫坡。此時需復核箱梁中線、邊線是否在理論位置，若有偏差，應及時微調。

4)第4步 逐級落梁至支座上，并對齊支座螺栓，落梁過程中復核箱梁中線位置。

5)第5步 支座螺栓暫時不擰緊，微調平面位置和高程至滿足設計要求，擰緊支座連接螺栓，灌漿，完成落梁施工。

4 實施情況

當落梁旋轉到位時，鋼箱梁的最小橫坡為6%，大于鋼箱梁與千斤頂間鋼對鋼的靜摩擦系數(shù)1%，即若不采取止滑措施，在自重作用下鋼箱梁有下滑趨勢。因此，在旋轉前，先在各墩位處設置側向限位裝置，防止可能出現(xiàn)的下滑，且限位裝置與鋼箱梁間的距離稍大于旋轉產生的偏位，防止旋轉過程中鋼箱梁在限位裝置處“卡住”。

鋼箱梁旋轉過程中，原計劃保持外側千斤頂不動，通過內側千斤頂回油，使鋼箱梁在自重作用下主動向內傾完成旋轉。實施過程中，由于鋼箱梁自身剛度和平曲線影響，當內側千斤頂回油時，外側千斤頂油壓迅速增大，A7墩千斤頂油壓的增速明顯大于其他兩墩，且鋼箱梁不動。為確保落梁安全，根據(jù)計算分析重新調整落梁旋轉方案，最終鎖定A6，A8墩內側千斤頂，以其連線作為旋轉軸，其他部位圍繞旋轉軸旋轉，落梁過程中，各千斤頂行程差控制在5mm內，順利完成施工。

5 結語

本文結合A匝道小半徑平曲線鋼箱梁頂推施工工程實例，分析總結了等高度直腹板鋼箱梁在頂推到位后的落梁施工關鍵技術，在惡劣的施工環(huán)境下將安全風險降至最低。