大坡度寬斷面連續梁整聯頂升復雜限位系統研究

趙煥民

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司，哈爾濱 150000）

在橋梁工程頂升施工研究中，蔣海軍[1]提出受到各類因素的影響，頂升過程中上部結構不可避免地會存在水平位移偏差，偏差嚴重時會對橋梁線性產生不利影響。基于此，在過程中應對相關因素進行有效控制，并設置限位裝置，對可能出現的超過允許值的水平偏位進行限制；劉美景等[2]研究了橋梁頂升施工中鋼抱箍節點受力性能分析，提出了2 種新型鋼抱箍連接節點，并對其設計原則和設計參數進行了分析；劉國華等[3]研究了整體同步頂升技術在橋梁加寬工程中的應用，針對橋梁同步頂升施工中常遇到的結構失穩和容易偏移等技術難題，提出了相應的解決措施。王輝[4]在橋梁改造工程中為解決凈空高度不足，擴建橋現澆梁無法施工等問題，結合現場實際情況，采用同步頂升方案對舊橋進行頂升，解決了擴建橋現澆梁施工過程中的凈空高度不足問題，可為高速公路擴建項目提供參考。吳毅彬[5]對大型城市環形立交大噸位同步頂升設計進行了研究，采用鋼管支撐和承臺組合結構與預應力小蓋梁作為頂升底盤結構體系，為控制梁體位移，采取匝道限位、輔助抗拔樁—鋼絲繩限位體系與橋面牽拉限位裝置的限位措施，保證了各點的同步位移誤差控制在±2.0 mm內。在以上學者的研究中，并沒有對橋梁頂升工程的限位系統做過單獨詳細的研究，本文將對限位系統的設計、安裝和仿真模擬進行介紹。

1 工程介紹

1.1 項目簡介

該工程是哈爾濱東三環快速路工程的重要節點橋梁工程，工程南起先鋒路北側400 m 處，跨越規劃向化街和鐵路專用線后落地。化工路老橋改造分為PM291～PM295 南側引橋、PM298～PM304 北側引橋，橋梁順橋向橋墩標號用字母數字標識，按新建完成后的橋墩編號順序，南引橋PM291～PM295，北引橋PM298～PM304，涉及第一、三、四聯，南引橋四跨一聯，北引橋兩聯三跨，共計10 跨，12 個橋墩臺。

本工程為6 聯連續梁調坡頂升，全橋凈跨300 m，最大頂升高度6.897 m，調坡最大變化3.47%，頂升支撐最大高度接近10 m，頂升完成后梁體水平投影最大延長約76 mm，頂升過程中橋梁的坡度和支點位置在不斷變化。該工程在同類橋型的調坡頂升中并不多見，其綜合施工難度較大，需對各工序進行詳細分析并采取安全可靠的應對措施。

1.2 施工重點難點及應對措施

本項目涉及的危大工程分部主要有2 個方面：一是重量在1 000 kN 以上的大型結構整體頂升工藝，在本項目中橋梁整體頂升最大高度6.897 m，且總體頂升最大重量在11 000（1 760×6）t 左右，歸于此規定范圍，因此頂升作業是本項目的危大工程。二是因本項目實測筏基地基承載力不滿足設計要求，為保證結構的安全，必須對筏基的地基進行加固，筏基的穩定也對工程安全至關重要，本方案將地基加固也列入危大工程。

針對以上頂升施工風險，技術人員具體分析了頂升作業、鋼支撐安裝和頂升設備等各方面的風險源，并提出了控制措施。例如，為了防止在頂升作業中發生失穩、限位裝置失效等，應采取以下措施：編制專項方案，并按規定進行專家評審工作，明確限位裝置安裝的技術規格和各施工流程，保證平穩頂升；按規定進行項升全過程的方案交底，投入使用前進行驗收工作，每日和定期對限位裝置、頂升設備進行檢查、測量，頂升過程中旁站的副經理、安全總監和專職安全員等另佩戴喇叭、哨子等警示用品；現場設置風險告知欄，作業區域設置風險告知卡進行風險告知工作。

2 限位系統參數及安裝

在橋梁調坡頂升工程中，由于橋體自身的變形及體位偏移、施工工藝、臨時施工技術措施和設備精度等原因，橋梁的實際頂升軌跡會與理論值發生一定的偏差，這種偏差的形成會造成橋梁的頂升質量的下降，偏差嚴重的情況下，可能造成橋體的重心發生較大的偏移，使得臨時支撐措施受力不均，從而發生臨時措施變形甚至破壞的情形，造成施工安全事故的發生，所以在橋梁頂升工程中，限位系統的選用極為重要。

2.1 橋臺限位系統參數及安裝

橋臺限位架橫梁采用貝雷梁1.5 m×3 m×n 螺栓連接。中間鋼管限位立柱采用φ325×14 圓管立柱法蘭連接，每組6 根。貝雷梁陽接頭與預設底座陰接頭用銷栓連接，預設底座與筏基預埋板焊接，每節貝雷梁片用保險銷連接固定，各轉角位置使用貝雷梁橫向限位架轉向連接桁架結構與豎向貝雷梁片連接，其布置圖如圖1 所示。

圖1 橋臺限位架橫縱向布置圖（單位：mm）

橋臺限位裝置的安裝：限位裝置下部通過預埋的螺栓與基礎固結。為加強橋臺橫向框架限位裝置的穩定性，在頂升時框架將靠中間一側的鋼立柱與另一側橋的原橋防撞墻靠在一起，增加橫向限位的剛度。框架式限位裝置左右兩側橋臺處的限位裝置同時施工，整體受力，共同作用以提高施工期間橋梁的橫向穩定。

2.2 橋墩限位系統

2.2.1 有抱柱梁處橋墩抗扭限位架

抗扭限位架采用φ325×14 鋼立柱，每組3 根，同組鋼立柱兩鋼立柱中心距96 cm，每根抱柱梁左右各一組，安裝在抱柱梁邊深0.7 m 的凹槽內，限位柱距離抱柱梁側面間隙為1 cm。采用11# 角鋼進行橫撐斜拉，1 m 一道；縱橫向限位采用φ609×16 鋼管，4 根一組，用14#角鋼進行橫撐斜拉，1.5 m 一道。抱柱梁中間預留孔2.3 mm×2.3 m，中心間距1.42 m。

有抱柱梁處橋墩抗扭限位裝置的安裝：為加強鋼結構柱的穩定性，每隔2 m 用10#槽鋼對鋼結構進行橫縱向連接。頂升完成后再將限位與鋼支撐固結，通過與鋼支撐連系來增加頂升到位后新橋墩完成前橋梁的橫向的穩定性。根據現場具體平面位置，部分位置和各種臨時結構可能會產生沖突，為保證結構安全，現場的限位裝置形式和安裝位置可以做臨時調整，但必須經過嚴格的應力應變和基礎承載力驗算。

2.2.2 無抱柱梁處橋墩限位架

采用φ609×16 鋼管螺栓連接，用14#角鋼進行橫撐斜拉，1 m 一道，4 根一組，每個蓋梁用2 組。橫向限位邊線距蓋梁側邊1 cm，縱向限位牛腿采用雙拼250H型鋼，深入蓋梁長70 cm，距蓋梁邊0.8 cm。型鋼與鋼管采用焊接固定。

無抱柱梁處橋墩限位裝置的安裝：為加強鋼結構柱的穩定性，每隔2 m 用10#槽鋼對鋼結構進行橫縱向連接。頂升完成后再將限位與鋼支撐固結，通過與鋼支撐連系來增加頂升到位后新橋墩完成前橋梁的橫向的穩定性。根據現場具體平面位置，部分位置和各種臨時結構可能會產生沖突，為保證結構安全，現場的限位裝置形式和安裝位置可以做臨時調整，但必須經過嚴格的應力應變和基礎承載力驗算。

限位柱接高采用叉車托架安裝限位柱。待上頂行程完成，橋梁整體穩定后，利用叉車接高限位柱結構，先將最上節蓋梁限位裝置拆除下來，將限位柱鋼管接高后，將限位裝置重新安裝到頂。頂升蓋梁處限位裝置的更換，須在抱柱梁限位穩定后進行，且須一個一個更換，以保證限位的有效性。

3 限位裝置施工模擬

3.1 模擬簡介

橋臺限位架材質為Q235B；彈性模量為2.06×105N/mm2；泊松比為0.30；線膨脹系數為1.20×10-5；質量密度為7 850 kg/m3。依據《公路橋梁板式橡膠支座》中的規定，梁底不銹鋼板與支座間的摩擦系數為0.03，蓋梁頂升產生的最大縱向荷載為429 kN，為保證安全，蓋梁兩側限位保證一定的安全系數取單側限位提供至少300 kN 的荷載。

橋墩限位架鋼管采用φ325×14 鋼管、φ609×16 鋼管、型鋼、槽鋼和角鋼等，管結構材質為Q345B，其余為Q235B，所有桿件均用梁單元來模擬，各桿件之間采用共節點剛性連接，由計算可知，有抱柱梁處的橋墩限位架受到縱向水平力420 kN，無抱柱梁處的橋墩限位架受到縱向水平力300 kN。

3.2 模擬結果與分析

對橋臺限位架進行施工模擬分析，得到以下結論，限位架的最大撓度為uz=11.1mm≤[uz]=24000/400=60mm，符合相關規范要求。根據計算分析模型，進行規范檢驗，檢驗結果表明，結構能夠滿足承載力計算要求，應力比最大值為δ=0.99。其模擬云圖如圖2 所示。

圖2 橋臺限位架豎向位移云圖與應力比云圖

對有抱柱梁處限位架進行施工模擬分析，得到以下結論，三管限位架最大應力σ=91.6 MPa≤[σ]=305 MPa，最大變形u=7.1mm；四管限位架最大應力σ=133.0 MPa≤[σ]=305 MPa，最大變形u=11.5 mm，云圖如圖3 所示。

圖3 抱柱梁限位架模擬云圖

對無抱柱梁處限位架進行施工模擬分析，得到以下結論，限位架最大應力σ=125.0 MPa≤[σ]=305 MPa，最大變形u=10.6 mm，疊加分配梁后最大變形為13.8 mm，現場考慮在分配梁與鋼管處增設斜撐減小工字鋼變形，云圖如圖4 所示。

圖4 蓋梁限位架模擬云圖

4 結論

橋梁頂升限位系統是橋梁頂升工程的重要臨時技術措施，文章結合工程實例分析得到以下結論。

（1）橋臺限位架，由貝雷片與鋼管柱組成的門式限位架；抱柱梁橋墩限位架，由三管支架與四管支架組合而成，起抗扭與限位作用；無抱柱梁橋墩限位架，四管立柱限位架。

（2）3 種限位架的安裝與加固簡述，與地基連接或限位結構自身連接均需要通過預埋件或者橫撐斜撐等加強，來保證結構的穩定性。

（3）橋臺限位架的最大應力比δ=0.99，最大撓度uz=11.1mm；有抱梁柱處橋墩限位架最大應力σ=133MPa，最大變形u=11.5 mm；無抱梁柱處橋墩限位架最大應力σ=125.0 MPa，最大變形u=13.8 mm。