市政道路鋼箱梁橋頂推設(shè)計與施工工藝

原婷婷 山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)有限公司

1 前言

頂推是橋梁建設(shè)中較為常見的施工工藝，以千斤頂為主要裝置，由其提供水平推力，在滑塊的輔助下促進(jìn)梁段向前移動，到位后精準(zhǔn)落梁，再更換正式支座。頂推施工期間有諸多細(xì)節(jié)，各處細(xì)節(jié)的施工質(zhì)量均會直接對頂推作業(yè)安全性和最終的頂推效果造成影響，因此需加強(qiáng)技術(shù)探討，以便設(shè)計出更加科學(xué)的方案，并由施工人員有序開展梁段頂推作業(yè)，最終將鋼箱梁設(shè)置到位。

2 工程概況

某大跨徑橋梁工程，主梁以懸臂現(xiàn)澆法施工成型，為等截面鋼箱梁，單箱5 室，頂、底板寬度分別為22m、16.06m。道路設(shè)計中線處梁高1.4m，頂板設(shè)置雙向1.5%橫坡，底板水平，上部結(jié)構(gòu)采用的是分離式單式箱梁，整體為（50+80+45）m的三孔連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)。工程底板寬17.5m，過渡型橋墩施工材料采用強(qiáng)度等級為C30的混凝土，主橋墩施工所用混凝土的強(qiáng)度等級為C40。考慮到鋼箱梁質(zhì)量可靠性、施工安全性及便捷性多項要求，施工單位決定采用頂推施工技術(shù)，將鋼箱梁有效頂推到位。具體至實際施工環(huán)境中，橋位區(qū)地質(zhì)條件較差，淤泥層厚度約12m，若要采用支架法，必須對現(xiàn)場的淤泥做有效處理，否則支架在使用期間有下陷的情況。

3 鋼箱梁頂推裝置

頂推采用ZLDB2 自動連續(xù)頂推泵站系統(tǒng)，核心組成包含千斤頂、連續(xù)泵站、閉合控制系統(tǒng)等。行程開關(guān)作為動作傳感元件，可采集千斤頂活塞的位置信號，及時傳輸給主控臺，根據(jù)現(xiàn)有運行狀況生成調(diào)控策略，向泵站傳送相應(yīng)信號，由泵站做出響應(yīng)，借助電磁閥控制千斤頂?shù)膭幼鳎瑢崿F(xiàn)精細(xì)化頂推。頂推系統(tǒng)的運行采用到電氣控制機(jī)制，控制柜內(nèi)集成各控制元件和顯示元件，便于高效操控。千斤頂以兩臺為一點，分別在兩臺之間設(shè)一處泵站，反頂架處布設(shè)兩臺千斤頂。主控臺是重要的調(diào)控裝置，將其布設(shè)在頂推的平臺上。在鋼箱梁縱腹板外側(cè)以錨固的方式穩(wěn)固鋼結(jié)構(gòu)，防止失穩(wěn)。在箱梁前后端配置兩套錨固鋼結(jié)構(gòu)，在臨時墩千斤頂及箱梁前端錨固鋼結(jié)構(gòu)間穿入鋼絞線。

4 常見鋼箱梁施工方案及選擇

4.1 懸臂頂推安裝法

在鋼箱梁橋的施工中，懸臂頂推法的常見形式有如下幾種。

（1）后臺處規(guī)劃拼裝場，在該處完成鋼箱梁節(jié)段的拼裝作業(yè)，待各節(jié)段完全拼裝到位且經(jīng)過檢查后，將成型的鋼箱梁向前頂推，實現(xiàn)懸臂過跨操作。

（2）拼裝場內(nèi)有序拼裝各鋼箱梁節(jié)段，再將其向前頂推，直至完全到位為止。在此方法中，未涉及導(dǎo)梁操作，僅需及時設(shè)置后續(xù)各段的下滑道即可。但結(jié)合工程實際環(huán)境展開分析可以發(fā)現(xiàn)，整個橋距后臺約20m處有矩形涵洞，由于該建筑物的存在，加大箱梁拼裝場的布置難度，在實際施工中必然存在諸多難點。

4.2 分節(jié)段頂推安裝法

于0號臺和1號墩間搭設(shè)拼裝平臺，以便開展分節(jié)段頂推作業(yè)，此方法能夠解決現(xiàn)場場地不足的局限性。在拼裝場的設(shè)計中，考慮到分節(jié)段頂推安裝的便捷性要求，在兩側(cè)通長布置下滑道，以便在鋼箱梁拼裝后可借助該設(shè)施頂推到位。

4.3 鋼箱梁頂推施工工藝分析

根據(jù)橋梁工程的現(xiàn)場條件不難發(fā)現(xiàn)，分節(jié)段頂推施工工藝在鋼箱梁安裝環(huán)節(jié)更具可行性。施工中，沿橫向?qū)撓淞簞澐譃? 個節(jié)段，沿縱向分為7個，共產(chǎn)生42 個節(jié)段，在此劃分方式下，頂推節(jié)段長度9.2m～12.5m，最大頂推節(jié)段重241t。外側(cè)墩柱通長布置，在配套鋼管柱的支撐作用下，保證下滑道的穩(wěn)定性。在0號臺和1號墩間規(guī)劃節(jié)段拼裝平臺，具體由橫向、縱向工字梁構(gòu)成。根據(jù)各節(jié)段的規(guī)格，適配的吊裝設(shè)備為200t汽車式起重機(jī)，布設(shè)位置在0號臺后路基上，先完成節(jié)段的拼裝作業(yè)，再頂起節(jié)段，在滑塊的輔助下將其支撐在下滑道上，精細(xì)調(diào)控布設(shè)在節(jié)段梁尾部的千斤頂，以便有序向前頂推，按該方法施工后，各節(jié)段前行到位，逐步將拼裝臺位置騰出，以便繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)節(jié)段的拼裝作業(yè)。

5 下滑道、拼裝平臺及滑塊的設(shè)計

5.1 下滑道的設(shè)計

沿外側(cè)墩柱布置下滑道，每側(cè)下滑道均含有2片工字梁，共設(shè)置3跨，邊跨、中跨的下滑道梁高分別為1.8m、2.0m。考慮到滑塊在下滑道中順暢滑移的要求，對下滑道工字梁上翼緣做連接處理，構(gòu)成完整穩(wěn)定的整體，并在該連接作業(yè)后對接頭做適度的打磨。下滑道頂面與鋼箱梁底部的距離以35cm～38cm較為合適，基于支梁計算法則，確定單側(cè)滑動承重量，約為870t，盡可能使下滑道荷載的分布具有均勻性。

5.2 拼裝平臺的設(shè)計

以縱梁和橫梁為主要構(gòu)件，共同組成拼裝平臺。縱梁采用的是工字梁，梁高1000mm，將Φ630mm×10mm鋼管立柱支撐于承臺上，用于維持主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。橫梁也采用工字梁，梁高調(diào)整為600mm。按簡支梁計算，合理布設(shè)縱梁和橫梁，正常狀況下橫梁最大荷載約為195kN。

5.3 滑塊的設(shè)計

鋼箱梁橋頂推滑塊設(shè)計的重點考慮對象為箱形墊塊，此裝置應(yīng)具有合理性。箱形墊塊的布設(shè)位置以鋼箱梁和下滑道之間較為合適，在滑塊頂部鑲嵌方木，起到頂托鋼箱梁底部的作用，用于維持鋼箱梁的穩(wěn)定性。滑塊底部鋼板厚度為40mm，各節(jié)段底部的滑塊數(shù)量均為16 個。在設(shè)計時，可將滑塊受力集中作用在豎向力上，通過多個滑塊的共同應(yīng)用，達(dá)到有效支撐頂推節(jié)段的效果。在安裝滑塊時，需要將鋼箱梁頂起，在做出頂起的動作后，滑塊處于兩點受力的狀態(tài)，需根據(jù)實際工況合理計算滑塊的受力，有效避免受力異常。

6 鋼箱梁安裝的技術(shù)要點

6.1 鋼箱梁分節(jié)段組拼

（1）合理設(shè)定吊裝分節(jié)段外形尺寸，以便高效完成分節(jié)段組拼作業(yè)，在本工程中，將該尺寸設(shè)為14.5m×6.1m×1.5m，自重約為41t，進(jìn)而根據(jù)尺寸和重量適配作業(yè)設(shè)備，即200t汽車式起重機(jī)。

（2）在鋼箱梁分節(jié)段組拼作業(yè)前，先安排200t 汽車式起重機(jī)就位，工作人員站在0 號臺后路基上，協(xié)同起重設(shè)備有效完成分節(jié)段吊裝作業(yè)。為保證安全和效率，從中間開始向兩側(cè)以對稱的方式吊裝各節(jié)段，此外配套Φ200mm無縫鋼管，作為支撐裝置使用。

6.2 鋼箱梁節(jié)段頂推

頂推千斤頂?shù)倪\行性能將直接影響到鋼箱梁節(jié)段的頂推效果，因此合理選型至關(guān)重要。在設(shè)備選型時，以最大節(jié)段的重量為主要出發(fā)點（達(dá)到241t），滑塊和下滑道之間鋼與鋼接觸，兩者間的滑動摩擦系數(shù)為0.05～0.10。頂推施工流程圖如圖1所示。

（1）阻力系數(shù)增加至3 時，滑塊和下滑道間產(chǎn)生的最大摩擦力超過1000kN，為保證鋼箱梁節(jié)段頂推作業(yè)的順利進(jìn)行，配套2 臺150t 的千斤頂，兩者聯(lián)合作業(yè)。

（2）頂推反力架結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，考慮的是反力架、調(diào)節(jié)行程方管等設(shè)施，做好各部分的設(shè)計工作，進(jìn)而共同構(gòu)成完整的反力架結(jié)構(gòu)體系。反力架用螺栓錨固，與下滑道工字梁上翼緣保持連接關(guān)系，根據(jù)工程施工要求，可及時調(diào)節(jié)方管，例如將其適量向外抽出，以此保證千斤頂不受到其他因素的影響。

（3）鋼筋梁節(jié)段頂推環(huán)節(jié)，先將箱梁頂起，在梁底下滑道工字梁上完成滑塊的安裝作業(yè)；為降低滑塊和下滑道的摩擦力，在兩者間涂抹適量的黃油，用于潤滑；對鋼箱梁節(jié)段尾部對稱部位，也需配套頂推千斤頂?shù)认嚓P(guān)設(shè)施；此外，對反力架與工字梁做連接處理，使兩者穩(wěn)定結(jié)合于一體。

6.3 鋼箱梁節(jié)段組拼及支座安裝

（1）臨時支承固定。鋼箱梁頂推至設(shè)計位置后，檢測并對其平面位置、標(biāo)高做靈活的調(diào)整。①支座端。在支座兩側(cè)布設(shè)液壓千斤頂，在其輔助下，調(diào)整平面及標(biāo)高位置，直至達(dá)到要求，換成Φ200mm 無縫鋼管承。②非支座端。液壓千斤頂布設(shè)位置規(guī)劃在下滑道處，并做精細(xì)化的調(diào)整。

（2）節(jié)段組拼對位。有效調(diào)整節(jié)段間的拼縫，確認(rèn)無誤后用碼板固定，確保接縫的高差被控制在許可范圍內(nèi)；待鋼箱梁各節(jié)段組拼成型后，安排環(huán)縫及嵌補段的焊接作業(yè)，構(gòu)成完整、穩(wěn)定性的鋼箱梁，而后拆除設(shè)置在下滑道上的各支點（對于布設(shè)在支座旁邊的支點，則予以保留），將支座安裝到位。

（3）支座的安裝。將支座錨栓安裝到位，待鋼箱梁總拼結(jié)束后，拆除設(shè)置在滑道上的臨時支承，根據(jù)梁底支座墊板的檢測情況做調(diào)整，使其準(zhǔn)確就位，而后用千斤頂向上托起支座，直至支座上座板與梁底支座墊板保持緊密貼合的狀態(tài)，對位后，對上支座與梁底支座墊板做焊接處理。針對支座下座板及錨栓孔，用位能灌漿法對其做填充處理，注入其中的灌漿料逐步固結(jié)，待實測強(qiáng)度達(dá)到要求后，解除支座旁的支承鋼管。經(jīng)過前述各項操作后，即可使支座受力并開始工作。

6.4 落梁

鋼箱梁成型后，解除原本設(shè)置在分配梁、下滑道等與支墩間的聯(lián)系，解除彼此間的連接，拆除支架的分配梁、下滑道等相關(guān)裝置。落梁設(shè)備采用的是500t千斤頂，由8臺該規(guī)格的設(shè)備同步作業(yè)。分別在各支墩上布設(shè)2 臺500t 千斤頂，聽從專員的指揮，協(xié)同作業(yè)，將落梁同步率控制在10mm。在落梁期間加強(qiáng)觀察，若梁底距支座頂面約為50mm，及時停止落梁，取多層鋼板進(jìn)行抄墊。靈活調(diào)控水平千斤頂，借助該設(shè)備完成對鋼梁縱橫向位置的調(diào)整，使其完全滿足要求。

7 鋼箱梁頂推的質(zhì)量控制措施

（1）在啟用頂推系統(tǒng)前，先檢查行程開關(guān)的位置并做有效的調(diào)整；檢查系統(tǒng)電源，保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定性；清潔干凈油液，按照精度至少為20μm 的要求對油液做過濾處理，并隨著施工進(jìn)程的推進(jìn)，定期更換油液。

（2）每次頂推時，均安排梁段中線標(biāo)高、滑道頂標(biāo)高的檢測，對比分析實測數(shù)據(jù)與設(shè)計值，判斷兩者是否在許可范圍內(nèi)，若超出則加以調(diào)整。頂推期間有頂推力異常升高的情況時，隨即暫停頂推作業(yè)，查明導(dǎo)致該現(xiàn)象的關(guān)鍵原因，采取針對性的處理措施。其中，四氟板異常往往是頂推力急劇升高的關(guān)鍵誘因，因此需加強(qiáng)對該部分的檢查。

（3）節(jié)段頂推有序進(jìn)行，初期先推進(jìn)5cm，停止并回油，再推進(jìn)5cm并停止、回油，按照此方法重復(fù)2～3次，目的為檢查頂推設(shè)施及各滑動面的情況，判斷是否有頂推設(shè)施故障、滑動面松動等問題，若有則及時處理，若無誤則正式頂推。此外，由專員加強(qiáng)對導(dǎo)梁和箱梁的檢查，若有構(gòu)件變形、螺絲松動、導(dǎo)梁與鋼箱梁連接部位變形等問題，需隨即暫停頂推作業(yè)，查明出現(xiàn)該問題的原因，妥善處理。針對頂推時出現(xiàn)的各項故障，均要完整記錄信息，包含故障類型、處理方法、處理效果等。

（4）加強(qiáng)觀測也極具必要性，重點考慮的是梁體中線偏移、墩頂水平及豎向位移，若實際觀測結(jié)果顯示某項指標(biāo)存在偏差，則及時用千斤頂調(diào)整，達(dá)到動態(tài)糾偏的效果。墩頂位移觀測極具必要性，觀測結(jié)果可用于反映施工情況，為此將設(shè)計允許偏位作為最大偏位值，換算坐標(biāo)，全流程觀測（施力開始至梁體開始移動），若實測結(jié)果顯示位移超出最大值，則隨即暫停作業(yè)，根據(jù)實際情況調(diào)整各千斤頂?shù)睦Γ行Ъm正偏差。各臨時墩均有對拉水平預(yù)應(yīng)力索，得益于此材料的應(yīng)用，頂推時墩頂水平縱向位移得到有效的控制，該值普遍較小。頂推到梁段時，檢查梁段的位置，判斷是否準(zhǔn)確，且必須在溫度較為穩(wěn)定的時間段將其頂推到位，根據(jù)溫度計算測定梁長。從一日內(nèi)的溫度變化情況來看，夜間的溫度相對穩(wěn)定，在此時段將梁段頂推至最終位置具有可行性。最后一次頂推時，以小行程點動的方式進(jìn)行，以提高施工的可控性，針對實際情況及時糾偏。

8 結(jié)束語

綜上所述，在鋼箱梁橋施工中，鋼箱梁節(jié)段的頂推屬于重點作業(yè)內(nèi)容，相關(guān)工程人員需合理應(yīng)用分節(jié)段頂推安裝技術(shù)，有效保證頂推的作業(yè)精度。在頂推時加強(qiáng)檢測與糾偏，最終將鋼箱梁節(jié)段頂推到位，構(gòu)成完整的鋼箱梁結(jié)構(gòu)體系。從實際應(yīng)用情況來看，鋼箱梁頂推時頂推設(shè)備的配置較為簡單，運行穩(wěn)定性較好，且具有便捷操作的特征，即便現(xiàn)場存在狹窄、環(huán)境復(fù)雜等特殊的情況，在合理規(guī)劃、員工有序配合之下，也依然能夠順利完成頂推作業(yè)。