跨越高速公路橋梁鋼-混凝土組合梁施工方案研究

紀(jì) 強(qiáng)

(河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 石家莊市 050000)

1 工程概況

某橋梁全長(zhǎng)241.6m、全寬24m，平面位于緩和曲線(xiàn)上，縱坡0.5%，采用一孔45m鋼-混凝土組合梁跨越高速公路。其中上部結(jié)構(gòu)采用2.2m高鋼梁，下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用重力式U型臺(tái)，橋墩身為蓋梁柱式墩，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。為保障新建橋梁下方高速公路的安全及正常運(yùn)營(yíng)，需要在施工過(guò)程采用必要的保障措施。

2 施工方案選擇

由于跨越段下方高速公路建筑限界及安全運(yùn)營(yíng)的要求，常用的跨越施工方案有頂推法[1]、水平轉(zhuǎn)體法[2]、懸臂澆筑法[3]以及支架澆筑法[4]。

綜合考慮水平轉(zhuǎn)體法方案技術(shù)難度較大且施工費(fèi)用相對(duì)較高；懸臂澆筑法方案需要設(shè)置防護(hù)棚，防護(hù)棚施工與高速公路運(yùn)營(yíng)相互干擾，存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)；現(xiàn)澆支架法方案對(duì)高速公路運(yùn)營(yíng)的干擾最大，作業(yè)周期較長(zhǎng)且人車(chē)安全風(fēng)險(xiǎn)大。因此，結(jié)合項(xiàng)目場(chǎng)地局限性和施工方案的安全性、經(jīng)濟(jì)性和工期，選擇采用頂推法方案。

3 鋼梁頂推施工

3.1 節(jié)段劃分

鋼梁采用橫向分片、縱向分段的形式劃分加工(運(yùn)輸)節(jié)段，梁體橫向分為1片，縱向分段由施工單位根據(jù)實(shí)際吊裝和運(yùn)輸能力對(duì)梁體進(jìn)行節(jié)段劃分，節(jié)段箱梁間聯(lián)結(jié)方式主要采用工廠焊接與工地現(xiàn)場(chǎng)焊接相結(jié)合的方式。梁體設(shè)計(jì)時(shí)采用頂?shù)装宓乳L(zhǎng)的方式，工廠預(yù)制時(shí)綜合考慮焊接間隙、橋梁縱坡等因素對(duì)其調(diào)整。

3.2 頂推施工準(zhǔn)備

(1)拼裝平臺(tái)

在0#橋臺(tái)松桃方向一側(cè)開(kāi)挖既有山體，結(jié)合本橋的特點(diǎn)，在 0#橋臺(tái)后端做基礎(chǔ)地基處理，使基礎(chǔ)具有足夠的承載力，以保證生產(chǎn)過(guò)程中基礎(chǔ)不發(fā)生沉降。在鋼梁腹板處設(shè)置3個(gè)條形臺(tái)座，橋臺(tái)背墻高度如能先施工至支座墊石高度，則地面標(biāo)高與支座墊石高度基本一致。臺(tái)座上對(duì)應(yīng)各個(gè)鋼梁拼裝節(jié)段設(shè)置拼裝墊塊(部分兼做頂推時(shí)落梁墊塊)，墊塊高度510～530mm。在鋼梁拼裝前，需對(duì)各墊塊標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，其標(biāo)高誤差需控制在相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求范圍內(nèi)，防止墊塊高低不一造成梁體在拼裝及頂推作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力。

拼裝平臺(tái)的作用兼有鋼梁節(jié)段拼焊、澆筑橋面板與濕接縫、頂推的功能。鋼梁節(jié)段在拼裝平臺(tái)上一次拼焊完成，并安裝結(jié)合梁橋面板，澆筑橋面板濕接縫。拼裝平臺(tái)立面圖、平面圖見(jiàn)圖1、圖2。

(2)臨時(shí)墩施工

在既有高速中間分隔帶處，設(shè)置臨時(shí)墩并預(yù)壓。臨時(shí)墩建議采用管樁施工，基礎(chǔ)采用管樁靜壓式插入。臨時(shí)墩墩頂往下3.2m位置，墩柱需做成分體式，通過(guò)法蘭，采用螺栓連接，以適應(yīng)落梁需求。墩頂平臺(tái)平面尺寸為9m(順橋向)×3.5m，平臺(tái)標(biāo)高與橋臺(tái)標(biāo)高基本一致。臨時(shí)墩應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，臨時(shí)墩預(yù)壓荷載不得低于墩頂反力120%。

圖1 拼裝平臺(tái)立面圖

圖2 拼裝平臺(tái)平面圖

(3)鋼導(dǎo)梁安裝

鋼導(dǎo)梁采用工字形、變高度、實(shí)腹鋼板頂推專(zhuān)用導(dǎo)梁，后端高度與導(dǎo)梁安裝位置處的鋼梁高度一致，長(zhǎng)度為15m，寬度為6.5m，鋼導(dǎo)梁前端設(shè)0.3 m×2.2m鼻梁，兩片主梁縱向由5節(jié)3m拼裝成型，平面聯(lián)系和橫向聯(lián)系采用型鋼聯(lián)系。導(dǎo)梁與鋼梁端面采用焊接或高強(qiáng)螺栓連接。詳見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 鋼導(dǎo)梁立面圖(單位：mm)

(4)頂推平臺(tái)布置

頂推單元安裝在拼裝平臺(tái)條形臺(tái)座及橋臺(tái)、臨時(shí)墩墩頂?shù)捻斖破脚_(tái)上，平臺(tái)應(yīng)有足夠的承載力，同時(shí)應(yīng)保證平臺(tái)的水平，并使用水平儀檢測(cè)，水珠偏移一側(cè)不得大于2mm，以保證頂推施工過(guò)程中，頂推單元的滑箱不發(fā)生變形。各平臺(tái)標(biāo)高應(yīng)基本一致，標(biāo)高差不應(yīng)大于1cm。

圖4 鋼導(dǎo)梁平面圖

(5)頂推設(shè)備安裝

在拼裝平臺(tái)區(qū)域安裝3套頂推裝置，0#橋臺(tái)頂推平臺(tái)、臨時(shí)墩頂推平臺(tái)、1#橋臺(tái)頂推平臺(tái)上各安裝一臺(tái)頂推裝置。

(6)頂推設(shè)備空載調(diào)試

按標(biāo)牌指示對(duì)應(yīng)連接油管；安裝傳感器及傳感器位置調(diào)節(jié)；通訊電纜連接，查看各傳感器是否有信號(hào)傳輸至控制系統(tǒng)顯示屏上；空載聯(lián)機(jī)調(diào)試。

3.3 頂推施工

(1)鋼梁拼裝

拼裝鋼導(dǎo)梁并逐段焊接鋼梁節(jié)段成為整體，整橋鋼梁節(jié)段一次在拼裝平臺(tái)上拼焊完成，并安裝結(jié)合梁橋面板，澆筑橋面板濕接縫。見(jiàn)圖5。

(2)步履式頂推

主要推進(jìn)工序：頂推梁體行進(jìn)至0#橋臺(tái)(圖6)；繼續(xù)往玉屏方向頂推梁體至臨時(shí)墩(圖7)；繼續(xù)頂推，在梁體尾端即將脫離0#橋臺(tái)頂推單元后部的鋼墊梁時(shí)，在0#橋臺(tái)、1#橋臺(tái)的臺(tái)身搭設(shè)鋼墊梁(兼做落梁臨時(shí)支墩)，此后的頂推過(guò)程中，梁體均落在此鋼墊梁上；繼續(xù)頂推梁體至1#橋臺(tái)，梁體到達(dá)設(shè)計(jì)位置(圖8)。

圖5 梁體拼裝

圖6 梁體到達(dá)0#臺(tái)

圖7 梁體到達(dá)臨時(shí)墩

圖8 梁體到達(dá)設(shè)計(jì)位置

(3)梁體尾端脫墩

梁體尾端通過(guò)頂推平臺(tái)，梁體尾端由簡(jiǎn)支狀態(tài)轉(zhuǎn)化為懸臂狀態(tài)，需要防止瞬間的擾度變化造成的梁體損傷。頂推裝置鋼墊梁均設(shè)置在頂推單元后部，梁尾端最終通過(guò)鋼墊梁的頂程，前行至脫離該平臺(tái)墊梁位置，在該循環(huán)中利用頂升頂緩慢下放至自然擾度狀態(tài)，頂升頂回油后不再參與頂推(圖9)。

圖9 梁體尾端離開(kāi)支墩操作示意圖

(4)鋼導(dǎo)梁上墩

鋼導(dǎo)梁到達(dá)前方墩時(shí)，由于梁體下繞，鋼導(dǎo)梁無(wú)法直接通過(guò)頂推單元后部的鋼墊梁，需要先將鋼墊梁上的活動(dòng)墊塊抽除，讓鋼導(dǎo)梁鼻梁部分到達(dá)頂升千斤頂上方，使用頂升千斤頂逐層抬高鋼導(dǎo)梁至水平標(biāo)高。

圖10 鋼導(dǎo)梁到達(dá)頂升千斤頂上方

(5)橫向糾偏

在頂推作業(yè)過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)梁體軸線(xiàn)偏移設(shè)計(jì)位置(使用全站儀測(cè)量)，可在控制系統(tǒng)顯示屏對(duì)話(huà)框內(nèi)輸入需要糾偏數(shù)值，頂推系統(tǒng)在頂推過(guò)程中自動(dòng)對(duì)梁體進(jìn)行動(dòng)態(tài)糾偏。

3.4 落梁施工

(1)臨時(shí)支墩布置

千斤頂支墊、落梁臨時(shí)支墩均由整體式墊塊和活動(dòng)墊板兩部分組成，整體式墊塊安裝在底部，活動(dòng)墊塊板安裝在頂部。整體式墊塊采用鋼管制作，兩端采用鋼板封閉，鋼板伸出翼緣采用螺栓連接增強(qiáng)支柱穩(wěn)定性，層高為60cm?；顒?dòng)墊板由鋼板層層堆疊而成，每塊鋼板尺寸450mm×450mm×40mm，中間掏空，邊緣留實(shí)體50mm寬?；顒?dòng)墊板頂部放一塊450mm×450mm×10mm鋼板，增加支墩(支墊)的受壓面積。

(2)落梁千斤頂布置(圖11)

由于落梁高度高，千斤頂支墊穩(wěn)定性差，所以落梁千斤頂采用倒裝形式。千斤頂安裝位置確定后，在梁體底部對(duì)應(yīng)位置焊接4根M20螺栓，用于承載千斤頂自重。0#橋臺(tái)臺(tái)身、1#橋臺(tái)臺(tái)身各布置2臺(tái)700t千斤頂。千斤頂布置應(yīng)對(duì)稱(chēng)，位置避開(kāi)橋梁成型后的支座設(shè)計(jì)位置。

圖11 落梁千斤頂布置

(3)臨時(shí)墩墩頂平臺(tái)拆除

使用汽車(chē)吊吊繩綁緊墩頂平臺(tái)并施加一定力，拆除墩頂平臺(tái)與鋼立柱的連接螺栓，將墩頂平臺(tái)吊下。

(4)導(dǎo)梁拆除

頂推完成之后，采用支墊及千斤頂，將導(dǎo)梁抬高至初始水平標(biāo)高，消除懸臂所產(chǎn)生的應(yīng)力。在支墊支撐下，拆除鋼導(dǎo)梁與梁體的連接螺栓，吊離鋼導(dǎo)梁。鋼導(dǎo)梁與梁體連接部分作防銹處理。

(5)支座安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)橋墩支座處支座的類(lèi)型、產(chǎn)品規(guī)格、安裝方向嚴(yán)格檢查，安裝時(shí)按安裝溫度進(jìn)行預(yù)偏，同時(shí)確保支座水平放置。

4 結(jié)束語(yǔ)

依托工程采用頂推法施工，取得了較好的效果，大大縮短了跨越段工期，有效地保障了整個(gè)項(xiàng)目的按時(shí)完工，可為鋼-混凝土組合梁快速跨越既有高速公路施工方案選擇提供參考。