虎門(mén)二橋小半徑平曲線(xiàn)鋼箱梁落梁施工關(guān)鍵技術(shù)

孫 濤，付凱歌，朱小金，楊 敏，謝國(guó)強(qiáng)

(中交二公局第五工程有限公司，陜西 西安 710065)

1 工程概況

圖1 鋼箱梁布置(單位：cm)

2 橋面成坡方式

對(duì)于小半徑平曲線(xiàn)高速公路橋梁，從行車(chē)安全性和結(jié)構(gòu)排水功能性要求考慮，橋面必須設(shè)置橫坡。對(duì)于頂?shù)淄隆⒅备故絾蜗潆p室鋼結(jié)構(gòu)箱梁，橋面橫坡有以下2種成坡方式。

1)成坡方式1(見(jiàn)圖2) 鋼箱梁各橫截面沿設(shè)計(jì)中心線(xiàn)的徑向旋轉(zhuǎn)6%成坡，特點(diǎn)為：①橋面為圓錐環(huán)，底板不在平面上，且該圓錐任意母線(xiàn)的坡度為6%；②任意沿徑向的箱梁橫截面頂板橫坡均為6%。該成坡方式可看成是紙質(zhì)雨傘的環(huán)面，雨傘骨架類(lèi)似于圓錐母線(xiàn)，每根骨架坡度沿徑向相同，兩骨架中間為平面，體現(xiàn)以直代曲；相鄰骨架位于同一個(gè)平面上。

圖2 成坡方式1示意

2)成坡方式2(見(jiàn)圖3) 頂、底板均為平面，鋼箱梁沿兩端點(diǎn)連線(xiàn)旋轉(zhuǎn)形成橫坡，并控制端截面的橫坡為6%，特點(diǎn)為：兩端截面沿徑向橫坡為6%，但整個(gè)橋面所在平面與水平面夾角為6.16%，即中間墩位處的橫坡為6.16%，其余各截面橫坡均不相同。該成坡方式可看成是扇子的扇面，繞下邊直線(xiàn)旋轉(zhuǎn)i%坡度后，中間骨架坡度最大，為i%，其他骨架坡度均

圖3 成坡方式2示意

成坡方式1的鋼箱梁頂、底板位于空間曲面上而非平面上，鋼箱梁加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的難度都較大。成坡方式2的鋼箱梁頂、底板是平面，但各斷面的鋼箱梁橫坡不同，為達(dá)到橋面橫坡相同目的，橋面現(xiàn)澆層各處的厚度將會(huì)不同。

經(jīng)過(guò)比選，為便于鋼箱梁加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝施工，本項(xiàng)目采用成坡方式2成坡，即通過(guò)整體旋轉(zhuǎn)和在鋼箱梁頂面設(shè)混凝土現(xiàn)澆層作為調(diào)平層，實(shí)現(xiàn)橋面橫坡。

3 鋼箱梁安裝及落梁工藝

3.1 鋼箱梁頂推安裝

受制于現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境，為降低施工難度，按先解決鋼箱梁曲線(xiàn)和縱坡問(wèn)題再解決橫坡問(wèn)題的思路進(jìn)行鋼箱梁頂推安裝。頂推施工前，在鋼箱梁拼裝區(qū)域搭設(shè)不帶橫坡、僅有3.34%縱坡的拼裝平臺(tái)，拼裝平臺(tái)布置在R=200m的平曲線(xiàn)上；鋼箱梁在拼裝平臺(tái)上分節(jié)、分塊焊接完成后，經(jīng)分析對(duì)比，采用步履式千斤頂進(jìn)行頂推施工。采用頂推方式完成鋼箱梁的跨線(xiàn)施工后，調(diào)整好步履式千斤頂，準(zhǔn)備落梁。

在落梁過(guò)程中，以A6，A8墩內(nèi)側(cè)千斤頂支點(diǎn)為連線(xiàn)作為旋轉(zhuǎn)軸，鋼箱梁繞旋轉(zhuǎn)軸整體旋轉(zhuǎn)至各斷面橫坡滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，安裝并固定支座，澆筑橋面混凝土調(diào)平層，完成鋼箱梁安裝施工(見(jiàn)圖4)。

圖4 落梁時(shí)旋轉(zhuǎn)軸示意

3.2 落梁旋轉(zhuǎn)時(shí)鋼箱梁支撐點(diǎn)橫橋向間距變化

端截面在6%橫坡的條件下，鋼箱梁底板內(nèi)、外側(cè)高差為5 890×6%=353.4mm。

紫薇是我國(guó)夏季重要的觀(guān)花樹(shù)種，因此在復(fù)色紫薇栽培過(guò)程中，花性狀的重要性明顯高于生長(zhǎng)性狀，而生長(zhǎng)性狀也是促進(jìn)花性狀充分表現(xiàn)的基礎(chǔ)，在花性狀不受到顯著影響的情況下應(yīng)該適當(dāng)兼顧[11]。根據(jù)以上原則，我們應(yīng)采用兩次葉面肥的追肥方法，基肥采用拌土方式施用均衡肥料，展葉期以高鉀肥料追肥，花期以高磷或均衡營(yíng)養(yǎng)肥料追肥，適當(dāng)提早花期追肥時(shí)間能夠獲得較好的效果。

鋼箱梁由水平狀態(tài)整體旋轉(zhuǎn)至端截面呈6%橫坡?tīng)顟B(tài)過(guò)程中，如內(nèi)側(cè)邊點(diǎn)不發(fā)生位移，則鋼箱梁中心線(xiàn)將往內(nèi)側(cè)偏移5.3mm、外側(cè)邊點(diǎn)將往內(nèi)側(cè)偏移10.6mm(見(jiàn)圖5)。即在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，除旋轉(zhuǎn)軸上的支撐點(diǎn)外，鋼箱梁底板上的其他支撐點(diǎn)在橫橋向的間距隨著旋轉(zhuǎn)的進(jìn)展而發(fā)生相應(yīng)變化(見(jiàn)圖6，7)。

圖5 鋼箱梁旋轉(zhuǎn)到位時(shí)中線(xiàn)位移變化示意

圖6 旋轉(zhuǎn)時(shí)底板的初始狀態(tài)與最終狀態(tài)示意

圖7 每次旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)間距變化示意

旋轉(zhuǎn)前，鋼箱梁底板與蓋梁間的最小距離為353.4mm；旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，隨著高度的變化，支點(diǎn)橫橋向間距變化如表1所示。

表1 每次旋轉(zhuǎn)變化高度與支點(diǎn)橫橋向間距變化 mm

為減少旋轉(zhuǎn)過(guò)程中支點(diǎn)橫橋向間距變化而引起千斤頂?shù)母郊恿?，防止千斤頂被“憋壞”，每次旋轉(zhuǎn)時(shí)變化高度控制在50mm。

為確保旋轉(zhuǎn)落梁后的鋼箱梁平面位置滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，設(shè)置校核點(diǎn)，以檢測(cè)固定點(diǎn)是否處于不動(dòng)狀態(tài)；若設(shè)定的固定點(diǎn)發(fā)生偏移，則需在橫坡調(diào)整到位后再次調(diào)整鋼箱梁的平面位置至設(shè)計(jì)位置。

3.3 落梁各工況計(jì)算

為確保旋轉(zhuǎn)落梁過(guò)程中鋼箱梁的受力和施工安全，采用有限元軟件按實(shí)際支撐點(diǎn)的位置進(jìn)行落梁全過(guò)程模擬，并擬定7種可能出現(xiàn)的不利工況，計(jì)算鋼箱梁受力和穩(wěn)定性，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 落梁各工況計(jì)算結(jié)果

根據(jù)模擬計(jì)算分析，當(dāng)A7墩位處兩支點(diǎn)千斤頂?shù)穆淞何灰瞥^(guò)其他2個(gè)墩位處的千斤頂落梁位移達(dá)55cm時(shí)，即出現(xiàn)工況2的狀態(tài)；當(dāng)A8墩位處兩支點(diǎn)千斤頂?shù)穆淞何灰瞥^(guò)其他2個(gè)墩位處的千斤頂落梁位移達(dá)60cm時(shí)，即出現(xiàn)工況3的狀態(tài)；當(dāng)A7墩位處內(nèi)側(cè)支點(diǎn)低于外側(cè)支點(diǎn)2.1cm時(shí)，內(nèi)側(cè)支點(diǎn)脫空，即為工況4；當(dāng)A7墩位處外側(cè)支點(diǎn)低于內(nèi)側(cè)支點(diǎn)2.5cm時(shí)，外側(cè)支點(diǎn)脫空，即為工況5；當(dāng)A8墩位處內(nèi)側(cè)支點(diǎn)低于外側(cè)支點(diǎn)1.3cm時(shí)，內(nèi)側(cè)支點(diǎn)脫空，即為工況6；當(dāng)A8墩位處外側(cè)支點(diǎn)低于內(nèi)側(cè)支點(diǎn)1.5cm時(shí)，外側(cè)支點(diǎn)脫空，即為工況7。

由計(jì)算結(jié)果分析可知，各工況下鋼箱梁的應(yīng)力均在可控范圍內(nèi)，但在工況2條件下，鋼箱梁曲線(xiàn)外側(cè)支反力遠(yuǎn)大于曲線(xiàn)內(nèi)側(cè)支反力，鋼箱梁變形較大，在橫向風(fēng)荷載或其他荷載擾動(dòng)下有較大傾覆風(fēng)險(xiǎn)；在工況3條件下，A7墩位處的支反力遠(yuǎn)大于A6墩位處的支反力，鋼箱梁變形較大，有較大傾覆風(fēng)險(xiǎn)。

為確保落梁安全，落梁過(guò)程中，需對(duì)落梁千斤頂進(jìn)行荷載和位移雙控，并以位移控制為準(zhǔn)。

3.4 落梁施工步驟

1)第1步 頂推到位后，調(diào)整鋼箱梁的縱坡至設(shè)計(jì)位置，將鋼箱梁中線(xiàn)往外側(cè)預(yù)偏移5.3mm。

2)第2步 采用千斤頂按“碎步慢走”、逐級(jí)同步進(jìn)行落梁。

3)第3步 內(nèi)側(cè)支點(diǎn)不動(dòng)，分次逐級(jí)起頂外側(cè)千斤頂，使支座截面處底板最外側(cè)升高353.4mm，使支座截面處鋼箱梁的頂、底面產(chǎn)生6%的橫坡。此時(shí)需復(fù)核箱梁中線(xiàn)、邊線(xiàn)是否在理論位置，若有偏差，應(yīng)及時(shí)微調(diào)。

4)第4步 逐級(jí)落梁至支座上，并對(duì)齊支座螺栓，落梁過(guò)程中復(fù)核箱梁中線(xiàn)位置。

5)第5步 支座螺栓暫時(shí)不擰緊，微調(diào)平面位置和高程至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，擰緊支座連接螺栓，灌漿，完成落梁施工。

4 實(shí)施情況

當(dāng)落梁旋轉(zhuǎn)到位時(shí)，鋼箱梁的最小橫坡為6%，大于鋼箱梁與千斤頂間鋼對(duì)鋼的靜摩擦系數(shù)1%，即若不采取止滑措施，在自重作用下鋼箱梁有下滑趨勢(shì)。因此，在旋轉(zhuǎn)前，先在各墩位處設(shè)置側(cè)向限位裝置，防止可能出現(xiàn)的下滑，且限位裝置與鋼箱梁間的距離稍大于旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏位，防止旋轉(zhuǎn)過(guò)程中鋼箱梁在限位裝置處“卡住”。

鋼箱梁旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，原計(jì)劃保持外側(cè)千斤頂不動(dòng)，通過(guò)內(nèi)側(cè)千斤頂回油，使鋼箱梁在自重作用下主動(dòng)向內(nèi)傾完成旋轉(zhuǎn)。實(shí)施過(guò)程中，由于鋼箱梁自身剛度和平曲線(xiàn)影響，當(dāng)內(nèi)側(cè)千斤頂回油時(shí)，外側(cè)千斤頂油壓迅速增大，A7墩千斤頂油壓的增速明顯大于其他兩墩，且鋼箱梁不動(dòng)。為確保落梁安全，根據(jù)計(jì)算分析重新調(diào)整落梁旋轉(zhuǎn)方案，最終鎖定A6，A8墩內(nèi)側(cè)千斤頂，以其連線(xiàn)作為旋轉(zhuǎn)軸，其他部位圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，落梁過(guò)程中，各千斤頂行程差控制在5mm內(nèi)，順利完成施工。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合A匝道小半徑平曲線(xiàn)鋼箱梁頂推施工工程實(shí)例，分析總結(jié)了等高度直腹板鋼箱梁在頂推到位后的落梁施工關(guān)鍵技術(shù)，在惡劣的施工環(huán)境下將安全風(fēng)險(xiǎn)降至最低。