鋼混組合梁頂推施工技術(shù)在渝黔高速公路的應(yīng)用

摘要：為了解決常規(guī)吊裝鋼混組合梁工藝不能直接應(yīng)用到橋梁工程中的問題，依托重慶巴南至綦江高速公路忠興西樞紐互通A、C、D匝道大橋、太平互通G2匝道橋工程，采用智能化步履式頂推施工，設(shè)計(jì)了用于頂推施工的臨時(shí)支架，系統(tǒng)介紹了頂推施工技術(shù)原理、施工方法、控制措施。采用有限元分析軟件Midas/Civil對臨時(shí)支架進(jìn)行受力檢算，同時(shí)驗(yàn)算地基承載力，結(jié)果顯示本頂推施工技術(shù)安全有效。

關(guān)鍵詞：鋼混組合梁；頂推；臨時(shí)支架；有限元分析

0" "引言

當(dāng)立交橋需要建于已有道路上時(shí)，常需要修建施工難度大的跨線匝道橋[1]。匝道橋通常不能采用常規(guī)吊裝的方式施工，頂推法具有對場地要求低、對施工影響小等優(yōu)點(diǎn)，因此在匝道橋施工中得到了廣泛應(yīng)用 [2]。

近年來，我國頂推施工技術(shù)不斷進(jìn)步與提升，頂推形式趨于多樣化，由以往的單點(diǎn)頂推逐漸發(fā)展為多點(diǎn)頂推[3]，研究方向也從普通的直線橋梁發(fā)展到曲線橋梁[4]。頂推法施工中需要實(shí)時(shí)對頂推過程進(jìn)行監(jiān)測，并輔以導(dǎo)向結(jié)構(gòu)確保頂推精確到位，防止出現(xiàn)安裝偏差[5]。頂推過程中，對導(dǎo)梁變形、箱梁應(yīng)力、中線偏位、橋墩位移等[6]進(jìn)行有效控制是，頂推施工成功的關(guān)鍵所在。

本文以重慶巴南至綦江高速公路忠興西樞紐互通匝道大橋、太平互通匝道大橋?yàn)橐劳校瑥呐R時(shí)支架設(shè)計(jì)、頂推施工原理及流程、頂推控制技術(shù)、小半徑糾偏等方面對鋼箱梁頂推施工技術(shù)進(jìn)行研究。

1" "工程概況

重慶巴南至綦江高速公路（渝黔高速公路擴(kuò)能）忠興西樞紐互通A、C、D匝道大橋鋼混組合梁，位于重慶巴南區(qū)重慶繞城高速G5001公路K79+600正上方區(qū)域，下方既有公路的存在，使得直接吊裝施工無法應(yīng)用。

對現(xiàn)場施工條件進(jìn)行綜合考量后，決定采用鋼箱梁頂推施工工藝。本次頂推橋梁為連續(xù)窄幅鋼混組合梁，采用“窄幅鋼梁+混凝土橋面板”的組合結(jié)構(gòu)，最小曲線半徑為80m。

2" "實(shí)施方案

為實(shí)現(xiàn)頂推施工，需在高速公路兩側(cè)以外建立施工便道、拼裝區(qū)域，便道位于橋側(cè)，用于安放臨時(shí)支架及頂推千斤頂。拼裝支架搭設(shè)于鋼混梁下方，現(xiàn)場頂推施工方案分為兩步：先在拼裝支架上，完成高速公路上方區(qū)域的鋼混組合梁節(jié)段拼裝和螺栓連結(jié)緊固工作。再通過滑移頂推千斤頂，將鋼混組合梁整體縱向頂推滑至預(yù)定橋墩支座就位。既有公路上方鋼混梁組合安裝后，再安裝施工兩側(cè)區(qū)域的鋼混梁，由于沒有過多限制，可使用起重機(jī)直接吊裝鋼混梁至支架上進(jìn)行安裝。

3" "鋼混組合梁步履式頂推施工

3.1" " 頂推臨時(shí)支架設(shè)計(jì)與施工

摘臨時(shí)支架系統(tǒng)包括用于鋼混組合梁節(jié)段的拼裝支架、用于固定千斤頂?shù)牡孛骓斖苹A(chǔ)、用于頂推施工的步履式頂推支架。拼裝支架如圖1所示。頂推支架立面布置如圖2所示。頂推支架平面布置如圖3所示。

3.1.1" "拼裝支架

為滿足拼裝工作需要，基礎(chǔ)采用4000mm×4000mm×

300mm鋼筋混凝土，基礎(chǔ)內(nèi)部采用單層雙向鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加固。支架立柱由4根鋼管組成，立柱間隔2.5m×2.5m。分配橫梁通過支架立柱與基礎(chǔ)相連，且上方設(shè)置有直接支撐鋼梁底板的豎向鋼管支撐小立柱，同時(shí)兼顧調(diào)節(jié)橋梁線形高度，方便鋼梁頂推后整體落梁而設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)連接桿件。

3.1.2" "步履式千斤頂基礎(chǔ)

采用地面壓實(shí)后，澆筑C30鋼筋混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)為3000mm×2000mm×400mm，內(nèi)配設(shè)置單層雙向鋼筋網(wǎng)，并在表面設(shè)置墊板，以便固定步履式千斤頂基座。

3.1.3" "步履式頂推支架

其基礎(chǔ)均采用埋入式8500mm×5000mm×600mm鋼筋混凝土板式結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)內(nèi)部采用雙層雙向鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加固。分配橫梁與基礎(chǔ)之間通過φ630×10mm的鋼管格構(gòu)連接，其上設(shè)置用于傳力的縱梁，為實(shí)現(xiàn)均勻受力，焊接厚鋼板于縱梁表面。

3.2" " 步履式頂推施工

3.2.1" "設(shè)備選用及布設(shè)

根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以頂推跨徑最大的匝道為依據(jù)，考慮最不利的工況下需要頂升全橋331t的總質(zhì)量。為滿足頂推需要，選用200t步履式千斤頂，橫橋向每組布設(shè)2臺(tái)共同頂升和頂推。

3.2.2" "作業(yè)特點(diǎn)與流程

步履式頂推施工的優(yōu)點(diǎn)在于，通過設(shè)備內(nèi)部短距離循環(huán)作用，實(shí)現(xiàn)外部滑移面的長距離運(yùn)輸效果，降低了長途滑移過程中摩擦，可使得橋墩或支架設(shè)備等在施工中承受較小水平力，從而實(shí)現(xiàn)相對自平衡體系頂推滑移。

本次頂推施工方案流程如圖4所示，具體流程如下：一是頂升。豎向千斤頂向上升起，使得千斤頂接觸到鋼梁并頂起鋼梁至脫離落梁支座。二是平推。水平千斤頂向前推進(jìn)，帶動(dòng)鋼梁及整體結(jié)構(gòu)向前滑移，并滑移完一個(gè)行程。三是下降。豎向千斤頂下降，帶動(dòng)鋼梁與整體結(jié)構(gòu)緩慢下降，直到豎向千斤頂完全脫離鋼梁為止。四是回縮。水平千斤頂帶動(dòng)滑移結(jié)構(gòu)向后回位，回到頂升前的位置，并進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)行程。

3.2.3" "防傾覆措施

為避免頂推施工中發(fā)生傾覆風(fēng)險(xiǎn)，防止鋼混梁懸挑長度過大，在頂推前方設(shè)置33～39m長的鋼板導(dǎo)梁。通過控制頂推速度及限制鋼混組合梁的脫空高度等方式，以降低安全風(fēng)險(xiǎn)。必要時(shí)增設(shè)小支撐立柱，以托起懸挑的導(dǎo)梁端部，避免導(dǎo)梁上產(chǎn)生不均衡受力或側(cè)向扭轉(zhuǎn)等。

3.2.4" "線型控制

本工程曲線半徑最小80m，屬于小半徑鋼混組合梁，頂推施工中線形控制至關(guān)重要，必須實(shí)時(shí)觀測并及時(shí)調(diào)整。鋼混梁的橫豎向線形控制是由相應(yīng)的橫豎向調(diào)節(jié)液壓缸進(jìn)行調(diào)控的，液壓缸橫向及縱向安裝精度需控制在10mm以內(nèi)。為避免線形偏差，確保同步進(jìn)行頂推，采用實(shí)時(shí)監(jiān)測及輔以導(dǎo)向裝置限位的措施，及時(shí)對頂推過程中可能出現(xiàn)的偏差進(jìn)行糾正。在偏差已經(jīng)發(fā)生時(shí)，立即暫停頂推施工，并進(jìn)行偏差糾正，確保線型。

4" "落梁及臨時(shí)支架拆卸

該匝道橋所有橋臺(tái)帽全為高臺(tái)背墻鋼筋混凝土一次成形施工，這給鋼梁的頂推和整體落梁帶來了相當(dāng)大的困難和安全風(fēng)險(xiǎn)，為此臨時(shí)支撐需在鋼混梁安裝完成后須立即拆除。結(jié)構(gòu)受力會(huì)隨著臨時(shí)支撐被拆除而發(fā)生變化，由拆除前的多支點(diǎn)共同受力轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)自身單獨(dú)受力。在結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)發(fā)生變化過程中，臨時(shí)墩與結(jié)構(gòu)構(gòu)件所受應(yīng)力急劇提高，并會(huì)遠(yuǎn)超剛組裝時(shí)的初始應(yīng)力值。因此，落梁及臨時(shí)支架拆卸時(shí)，應(yīng)采取相關(guān)措施避免支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)破壞事故。

4.1" " 落梁施工原理與方法

在臨時(shí)支撐狀態(tài)下組裝成形或頂推至預(yù)定位置后的鋼結(jié)構(gòu)橋梁，需要將其永久降落至承重支架或橋梁支座上受力，或者將多支點(diǎn)構(gòu)件轉(zhuǎn)換為少支點(diǎn)受的過程。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力在拼裝前與拆除支撐后差異較大，主要是因?yàn)榕R時(shí)支撐拆除后，結(jié)構(gòu)在自重作用下發(fā)生位移。為此，拆除支撐體系進(jìn)行落梁須選用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ缤ㄟ^分級(jí)同步控制結(jié)構(gòu)下降量值，使結(jié)構(gòu)變形與所受應(yīng)力緩速變化，從而保障結(jié)構(gòu)的安全性。

分級(jí)相對同步下降指的是通過把豎向位移值拆分成多個(gè)小的位移行程量，并同步下降每一個(gè)小的行程量。分級(jí)同步下落可分為等距離同步和等比例同步下落，或不等距量下落等同步和不同步下降。總之，落梁需根據(jù)該支撐點(diǎn)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場變形值、整體結(jié)構(gòu)位移曲線，按比例確定不同的位移行程，即位移大的分級(jí)行程大，位移小的分級(jí)行程小。無級(jí)同步?jīng)]有固定的下落行程量，落梁點(diǎn)根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形趨勢進(jìn)行緩慢的同步下降。

本次落梁施工主要有拼裝成形后的落梁、頂推過程中導(dǎo)梁和分配梁替換（與落梁相同的操作程序，交替置換）、縱向頂推完成之后的3種落梁工況條件。拼裝成形后的落梁，直接采用步履式千斤頂進(jìn)行落梁。頂推過程中和結(jié)束之后的落梁，根據(jù)落梁高度和落梁工況條件，選用不同的支點(diǎn)和不同的抄墊支撐墊塊材料，進(jìn)行交替落梁。匝道G在鋼梁頂推之后的落梁較為復(fù)雜，其高度空間較小，難以一次落梁就位。在整體落梁時(shí)，需要替換為小行程大噸位高壓千斤頂，進(jìn)行同步落梁控制。

4.2" " 落梁施工準(zhǔn)備工作

根據(jù)本橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究確定具體落梁的施工方案，并對落梁施工工況進(jìn)行仿真驗(yàn)算，從而確定合理的落梁點(diǎn)數(shù)量以及落梁點(diǎn)的支座反力。

4.3" " 落梁施工工藝

落梁施工作業(yè)是從中間向兩側(cè)對稱進(jìn)行，為了避免個(gè)別支承點(diǎn)集中受力，根據(jù)支撐點(diǎn)的結(jié)構(gòu)自重?fù)隙戎担捎秒A段分析按比例下降法。落梁完成后，拆除臨時(shí)墩支架。主要采用頂升、降落千斤頂和抄墊塊相互交替支撐的方法進(jìn)行落梁。該匝道的橋臺(tái)處為鋼筋混凝土高背墻，橋臺(tái)混凝土一次成形，落梁高度較高（在3m左右），因此通過多次循環(huán)往復(fù)的形式進(jìn)行交替頂升，抄墊塊高度降落，從而緩慢進(jìn)行整體落梁，以保證抄墊塊支承結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5" "頂推施工受力分析

5.1" " 臨時(shí)支墩結(jié)構(gòu)

5.1.1" "計(jì)算依據(jù)

鋼材的材料特性[7]如表1所示。依據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[8]，驗(yàn)算支架的剛度，支架受荷載后撓曲桿件（橫梁、縱梁）彈性撓度為相應(yīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度的1/400。依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，確保鋼管格構(gòu)支架柱頂水平位移不宜超過允許值。

5.1.2" "數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

用有限元分析軟件Midas/Civil對步履式千斤頂下部支架及拼裝支架進(jìn)行受力分析。步履式千斤頂下部支架數(shù)值計(jì)算結(jié)果如圖5所示。拼裝支架數(shù)值計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

下部支架計(jì)算中，需頂推的鋼混組合梁質(zhì)量最大為262t，因此傳遞給支架的最大荷載按262t/2=131t考慮，即1310kN。計(jì)算結(jié)果顯示，抗剪強(qiáng)度為64.55MPa，抗彎強(qiáng)度為188.74MPa，豎向位移最大為5.07mm，水平位移最大為1.89mm，數(shù)值計(jì)算結(jié)果均小于相關(guān)規(guī)范限值。

拼裝支架計(jì)算中，根據(jù)塊體節(jié)段劃分質(zhì)量及拼裝位置，每道分配橫梁上最大需承受的集中荷載為147kN。計(jì)算結(jié)果顯示，抗剪強(qiáng)度為28.28MPa，抗彎強(qiáng)度為79.78MPa，豎向位移最大為4.93mm，水平位移最大為0.80mm，同樣滿足設(shè)計(jì)要求，說明臨時(shí)支墩結(jié)構(gòu)的承載能力能滿足頂推施工要求。

5.2" " 地基承載力驗(yàn)算

5.2.1" "步履式千斤頂下方支架

支架采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)，每個(gè)支墩需承受的最大荷載為鋼混組合梁荷載（131t）+支架荷載（10t）+基礎(chǔ)混凝土質(zhì)量（63.75t），總計(jì)204.75t。混凝土基礎(chǔ)尺寸為8.5m×5m，傳遞給地基的荷載為4.82t/m²，小于110.0kPa，滿足施工要求。

5.2.2" "起重機(jī)支腿位置地基承載力驗(yàn)算

根據(jù)塊體節(jié)段劃分，最大塊體單件質(zhì)量為21t，吊裝時(shí)傳遞給地基的荷載為汽車吊自身質(zhì)量為100t。汽車起重機(jī)自身質(zhì)量由4個(gè)支腿承受，吊裝時(shí)，在極限狀態(tài)下，鋼混組合梁節(jié)段的荷載由2個(gè)支腿承受，傳遞給單個(gè)支腿的最大荷載為60.5t。支腿下方鋪設(shè)的墊箱尺寸為2.5m×2.5m，則傳遞給地基的荷載為96.8kPa。

5.2.3" "拼裝支架基礎(chǔ)下部地基承載力驗(yàn)算

支架采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)，每個(gè)支墩需承受的最大荷載為：鋼混組合梁荷載（42t）+支架荷載（10t）+基礎(chǔ)混凝土重量（18.4t），總計(jì)70.4t。混凝土基礎(chǔ)尺寸為3.5m×3.5m，則傳遞給地基的荷載為28.8kPa。綜上，基于對地基承載力的驗(yàn)算結(jié)果顯示，本次頂推施工具有較高的安全性。

6" "結(jié)語

為了解決常規(guī)吊裝鋼混組合梁工藝不能直接應(yīng)用到橋梁工程中的問題，本文依托重慶巴南至綦江高速公路忠興西樞紐互通A、C、D匝道大橋、太平互通G2匝道橋工程，采用智能化步履式頂推施工，設(shè)計(jì)了用于頂推施工的臨時(shí)支架，系統(tǒng)介紹了頂推施工技術(shù)原理、施工方法、控制措施。

頂推法施工中需要實(shí)時(shí)對頂推過程進(jìn)行監(jiān)測，并輔以導(dǎo)向結(jié)構(gòu)確保頂推精確到位，防止出現(xiàn)安裝偏差。頂推過程中，對導(dǎo)梁變形、箱梁應(yīng)力、中線偏位、橋墩位移等進(jìn)行有效控制，是頂推施工成功的關(guān)鍵所在。采用有限元分析軟件Midas/Civil對臨時(shí)支架進(jìn)行受力檢算，同時(shí)驗(yàn)算地基承載力，結(jié)果顯示本頂推施工技術(shù)安全有效。

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