大跨度窄箱式鋼混組合梁施工技術

鄧小峰

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450000）

1 工程概況

包家莊特大橋橋梁全長1 006 m，橋面寬11.5 m，全橋左線共6聯，右線共7聯；主橋采用3聯3×70 m窄箱式鋼混組合梁，重7 362 t；主橋跨越沖溝和山谷處采用空心薄壁墩，群樁基礎，墩身最大高度123.5 m；引橋位于山體陡坡區域，上部結構采用預應力混凝土（后張）T梁，先簡支連續，下部結構橋臺采用樁柱式橋臺，橋墩采用雙肢圓柱墩，橋臺、橋墩均采用樁基礎。

鋼梁為邊主梁形式，中間用橫聯連接。每幅鋼梁由兩片箱型邊主梁組成，邊主梁中心線間距6.7 m。每片邊主梁頂板寬1.5 m，底板寬1.6 m，腹板間距1.4 m，中心線處梁高3.5 m。其內側布置橫隔板，梁端橫隔板間隔為3.08 m，其余橫隔板間隔為3.5 m。邊主梁間采用工字形斷面橫聯連接，橫聯除梁端間距為3.08 m外，其余間距均為7.0 m。鋼梁結構三維圖見圖1。

圖1 鋼梁三維效果圖

橫聯分為普通橫聯、加強橫聯、支座橫聯3種。橫聯與邊主梁連接采用栓焊組合形式，邊主梁腹板上預留有接頭，橫聯腹板與接頭栓接，頂底板與接頭焊接。

2 工程地形條件

橋址區地處斜坡地帶，中間低兩端高，呈“凹”狀，橋梁主要沿斜坡展布。橋位軸線地表高程1 350～1 503 m，相對高差153 m。橋址區隧道出口段基巖大部分出露，植被少量發育，槽谷到隧道進口段基巖少量出露，植被發育。個舊岸橋臺位于斜坡中上部，斜坡較陡，坡度30°～35°，元陽岸橋臺分布于整個斜坡，地形坡度較個舊岸橋臺斜坡要緩，坡度約為8°～12°。

3 施工工藝

3.1 頂推方法選擇

包家莊特大橋主橋為直線橋梁，引橋段處于圓曲線上，由于小樁號側靠近隧道出口，且地勢陡峻無法修筑頂推平臺，大樁號側引橋橋墩高度在30～15 m不等，在引橋段施作頂推平臺臨時鋼結構工程量較大，現場根據地形情況將頂推平臺設置在大樁號引橋尾部的路基上，考慮到鋼梁直線頂推需對路基段邊坡進行開挖，造成新增征地且開挖量較大，工期較長。結合鋼梁結構特點、道路線性等因素，經綜合考慮，采用拖拉式與步履式頂推法組合施工，在設計路基開挖范圍內設置縱向拖拉平臺，引橋部位沿主橋軸線方向設置橫移平臺，將主梁在拼裝平臺拼接好后先進行縱移拉出拼裝平臺，再橫向移位至頂推平臺，在頂推平臺前端設置拼接區進行二次拼接。

3.2 鋼梁施工工藝

施工準備→頂推設備安裝調試→第一段鋼梁焊接→前導梁安裝→向前拖拉70 m→橫向拖拉至設計軸線→第一段鋼梁頂推→第二段鋼梁焊接、縱向拖拉、橫向移動→循環頂推至設計位置→拆除前導梁→安裝支座→落梁。

3.2.1 鋼梁制造

本工程鋼梁制造分為兩個階段，即“工廠完成構件制作，現場完成節段連接和頂推就位”。

全橋構件在工廠車間下料、制作，在涂裝車間進行噴砂除銹和涂裝，在預拼裝場地進行預拼裝，構件制作完成后，由汽車運輸至現場拼裝場進行連接。

3.2.2 鋼梁預拼裝

對鋼橋按照規范要求全部進行預拼裝，本橋有邊主梁、端支座橫聯、中支座橫聯、加強橫聯、普通橫聯等，組裝匹配件后，以中間測量塔確定的縱基線為基準，反畫出橋軸中心線，并在兩端頭打上樣沖，作為橋位精確對位的基準。采用平面連續匹配預拼裝，使梁段處于無應力狀態，每批試拼裝的梁段數不少于3段，試拼裝檢查合格后，留下最后一個梁段參與下一批次拼裝。場內預拼裝完成并合格后采用平板運輸車運輸至現場進行現場拼裝。

3.2.3 頂推裝置選擇

包家莊特大橋單幅鋼箱梁重約3 800 t，根據模擬計算，頂推施工中各墩最大支反力約為4 410 kN（441 t），單個墩采用2臺600 t級步履頂推裝置。

步履頂推裝置是一套集頂升、平移、橫向調整于一體的頂推設備，可實現結構的順橋向、豎向、橫橋向的移動或調整，從而保證頂推施工的順利進行。

3.2.4 大噸位鋼梁連續滑道制作

連續梁頂推滑道裝置，由下部承力箱型結構、MGE板滑塊、不銹鋼板、滑道基礎組成。

下部承力箱型結構由鋼板焊接組成，MGE板與承力箱型結構采用螺栓固定，另一面與不銹鋼板接觸，整個裝置坐落在連續混凝土基礎上。混凝土條形基礎頂面標高控制使用兩道角鋼通長連接，精調到位后焊接固定，誤差保證在±1 mm。角鋼上滿鋪12 mm厚調平鋼板并與角鋼焊接固定，鋼板上部滿鋪不銹鋼板焊接固定，鋼板兩側采用10 cm高通長鋼板焊接固定作為限位裝置，可達到鋼梁連續滑動的目的。

3.2.5 鋼梁拖拉與步履組合頂推施工

為節約成本，頂推平臺設置在路基段，同時結合主橋為直線線形的特性，頂推平臺軸線需與主橋中心線保持一致，設置在主橋直線延伸線上。由于受圓曲線段路基影響，頂推平臺延主橋直線延伸后入侵邊坡超過30 m，石方開挖量較大，邊坡破壞嚴重，結合現場地形，最終確定頂推施工分為鋼梁拼裝、縱向拖拉、橫移、頂推四步走。在路基段設置拼裝區，焊接拼裝鋼梁，在右幅引橋18號墩大樁號側LK9+681至路基段LK8+056設置頂推平臺，長72 m（路基段19.4 m），引橋段設置臨時墩安放頂推設備，鋼梁拼裝完成后，先采用連續千斤頂通過預應力鋼絞線與拉錨器[1]縱向拖拉至頂推平臺左側，然后橫移至頂推平臺，橫移距離19 m，再進行頂推施工。

3.2.6 無臨時墩長懸臂頂推及臺階式短導梁施工

由于橋梁處于山區，地形高差大，在頂推臺座前方設置小間距臨時墩成本過高。鋼主梁在頂推施工中，鋼結構的最大懸臂長度為70 m，此時鋼結構應力、位移值最大，充分利用鋼主梁結構自身剛度高的特點，采用長6 m的臺階式短導梁[2]減少臨時導梁用鋼量，優化上墩方式，利用導梁前端下撓，降低了落梁風險。

當導梁前段第一臺階臨近頂推設備時，將其頂起,采取導梁過墩措施,待導梁平穩落頂就位于頂推設備上，再開始正式頂推。導梁臨時起頂采用100 t螺旋頂。短導梁構造如圖2所示。

圖2 短導梁構造（單位：mm)

3.3 頂推施工控制計算及監測

組合梁鋼梁頂推全過程結構安全復核是鋼梁頂推施工監控的重點內容之一，其具體內容包括：鋼梁及導梁整體應力（穩定性）驗算、鋼箱梁局部應力驗算。

3.3.1 鋼箱梁及導梁整體應力驗算

依據設計圖紙和施工方案，采用空間三維桿系程序進行鋼箱梁頂推全過程的鋼箱梁及導梁整體應力驗算。

計算模型選擇的單元包括梁單元、單向受壓桿單元。計算模型參與結構包括鋼箱梁、導梁和等效支承體系。其中，鋼箱梁、導梁個頂推平臺等使用空間梁單元模擬。等效支承體系包括拼裝平臺墊塊、支架和臨時墩。

按照“一次落架”+“強迫位移”模擬頂推施工過程，采用“梁不動、支承動”的方法建模。

通過頂推全過程整體應力驗算，獲取的結果包括各計算工況下鋼箱梁及導梁各截面的彎矩、應力和撓度、支點反力。統計鋼箱梁及導梁最大應力、頂推支點最大反力等，通過分析，驗算頂推全過程的鋼梁及導梁整體應力的安全性。

3.3.2 鋼箱梁局部應力（含穩定性）及驗算

通過鋼梁頂推全過程的施工驗算，獲取鋼箱頂推過程中的最不利工況，如鋼箱梁最大應力、頂推支點最大反力等。將鋼箱梁整體應力驗算的計算結果作為邊界條件，進行鋼梁局部應力（含穩定性）驗算。

在頂推施工過程中，每個斷面都將承受來自臨時支承處的支點反力；腹板板件處于彎曲正應力、剪應力和豎向正應力的復合受力狀態，在不配置支承加勁肋的情況下，如果腹板受力過大，會出現局部塑性破壞或腹板側鼓失穩的現象。因此，需要加強對腹板的強度和穩定性驗算。

4 結語

施工過程中，充分利用現狀地形和鋼梁自身結構特點，依托曲線路基和引橋段設置縱向拖拉+橫向平移頂推平臺，解決了空間受限鋼梁拼裝及拖拉就位難題；步履式頂推采用電液比例同步控制系統，實現了過程同步動作；充分利用鋼主梁抗彎強度，采用臺階式短導梁引導上墩，減少了臨時導梁的用鋼量。

1）在“高墩+窄箱式鋼混組合梁橋”的情況下，采用頂推法施工，完成了深山區裝配式橋跨上部結構施工問題。

2）在窄箱大跨度長距離鋼混組合梁頂推施工中，采用曲線路基和引橋段設置“縱向拖拉+橫向平移”頂推平臺，解決了平曲線處鋼梁拼裝平臺、頂推平臺與主橋中心線不同軸及頂推場地受限的問題。

3）頂推施工中同一墩頂設置一套液壓泵站與一套液壓千斤頂裝置串聯，相鄰墩柱處液壓泵站相互串聯，采用電液比例同步控制步履式頂推系統，實現了高墩大跨度窄箱式鋼梁頂推過程中無水平推力，同步動作，確保頂推千斤頂同步工作，保證鋼梁各向位移一致。

4）充分利用鋼主梁抗彎強度，用臺階式短導梁代替傳統導梁，采用臺階式短導梁引導上墩，減少臨時導梁鋼材用量及落梁高度，節約臨時工程造價的同時增加了梁的安全系數。

通過此次關鍵點的技術創新，包家莊特大橋窄箱式大跨度鋼混組合梁頂推施工得以優質、快速地完成，同時節約了投資成本，值得其他類似工程借鑒和參考。