框架橋頂進(jìn)施工技術(shù)研究

賈立宇

（中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 301700）

1 工程概況

本工程位于北京市朝陽區(qū)王四營鄉(xiāng)垡頭道口，化工路于鐵路里程K25+831.8 處下穿豐雙鐵路，橋中心線與豐雙鐵路下行線的交叉角為65.7°。

擬建橋位位于小紅門站和百子灣站之間，由東向西分別為豐雙鐵路上行線、豐雙鐵路下行線，線間距為5.2 m，線路呈南北走向，既有垡頭道口已導(dǎo)行。頂進(jìn)凈跨為11.5 m+14 m+14 m+11.5 m 的四孔框架橋，順橋向長22.5 m，橫橋向?qū)?5.75 m，高8.5 m，框構(gòu)橋自重82 000 kN（8 200 t）。

2 頂進(jìn)施工部署

頂進(jìn)施工需具備的前提條件：線路加固完成并驗(yàn)收合格；預(yù)制框架橋主體強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%。

頂進(jìn)后背為排樁加后背梁形式，后背樁樁徑1.25 m，樁間距1.6 m，樁長22 m；后背梁為鋼筋混凝土，寬1.2 m，沿后背樁通長設(shè)置，埋入滑板下0.5 m，外露1.5 m；基坑底設(shè)置整體滑板基礎(chǔ)，下部為3 m×3 m 網(wǎng)格式鋼筋混凝土錨梁，錨梁寬0.5 m，高0.5 m，滑板墊層為20 cm 厚碎石，滑板為30 cm 厚鋼筋混凝土。

根據(jù)設(shè)計(jì)最大頂力進(jìn)行頂進(jìn)設(shè)備布置，設(shè)計(jì)最大頂力123 000 kN（12 300 t），總頂程65.386 m，空頂頂程30.386 m。采用500 t 頂鎬41 臺(tái)，頂鎬從兩側(cè)向橋體中線布置，鈍角部分布置21 臺(tái)，銳角部分布置20 臺(tái)。4 臺(tái)1.5 m3反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行頂進(jìn)土方開挖。頂鎬位置關(guān)系平面圖如圖1 所示。

3 操作要點(diǎn)

3.1 啟動(dòng)（空頂）

在頂起開始前嘗試頂起。試頂?shù)哪康氖菣z查頂升設(shè)備、后背、框架橋主體受力后是否異常，將框架橋主體與基坑滑板分離。

試頂頂力為頂橋結(jié)構(gòu)自重的0.8~1.2 倍。開始時(shí)逐漸增大到此值，使頂鎬同步加壓，每次穩(wěn)壓3~5 min，并派專人對(duì)設(shè)備、滑板、背部、框架橋主體進(jìn)行檢查。如果一切正常，可以正式推入壓力。在加壓過程中，如果油表壓力突然下降，說明框架橋主體與滑板分離，刃刀吃土后框架橋主體向前移動(dòng)直至空頂結(jié)束，空頂行程為30.386 m。

圖1 頂鎬位置關(guān)系平面圖

框架橋頂力計(jì)算：

式中，P為最大頂力，kN；K為系數(shù)，一般取1.2；N1為框構(gòu)頂上總荷重，kN；f1為框構(gòu)頂上表面與頂上荷重摩阻系數(shù)，取0.3；N2為框構(gòu)自重，kN；f2為箱底與基底土摩阻系數(shù)，取0.8；f3為側(cè)面摩阻系數(shù)，取0.8；E為箱兩側(cè)土壓力，kN；R為鋼刃腳正面阻力，取550 kN/m2；A為刃角正面面積，m2。

1）框構(gòu)頂上總荷重N1

橋上無覆土，總荷重即為線路加固重量，計(jì)算寬度取為56 m。查相關(guān)資料，I45b 工字鋼的質(zhì)量為87.4 kg/m。

I45b 工字鋼縱梁6 根，其總質(zhì)量為56×6×87.4=29.4 t；I45b 工字鋼橫梁計(jì)算寬度取47 m，則35 根I45b 工字鋼的質(zhì)量為47×35×87.4=143.8 t；P50 鋼軌3-5-3 吊軌計(jì)算長度56 m，22 根，50 kg/m，其質(zhì)量為56×22×50=61.6 t；線中其他材料取0.65 t/m ，則質(zhì)量為0.65×56×3=109.2 t?？驑?gòu)頂上總荷重N1=344 t=3 440 kN。

2）框構(gòu)自重N2

框架橋體混凝土總計(jì)2 586.9 m3，混凝土質(zhì)量取2.5 t/m3，則N2=2.5×2586.9=6 467.25 t=64 672.5 kN。

3）箱體兩側(cè)土壓力E

箱體兩側(cè)平均長度L=27.5 m；查相關(guān)資料，該處土質(zhì)為粉質(zhì)黏土，重度γ=18 kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=26°；L′為框架邊墻長度23.5 m；h為框架高+板頂至軌底高度9.2 m，則E=0.5γL′h2tan2（45-φ/2）=6 982.19 kN。

4）前刃角正面面積A

單側(cè)刃角寬度0.95 m，長7 m，則A=2×0.95×7=13.3 m2。

將以上數(shù)據(jù)代入式（1），得：P=88 810 kN（8 881 t）。

計(jì)算框架橋頂力為88 810 kN（8 881 t），設(shè)計(jì)框架橋頂力為123 000 kN（12 300 t），經(jīng)計(jì)算，安全保證系數(shù)1.38，因此，選用41 臺(tái)500 t 千斤頂滿足要求。

3.2 正式頂進(jìn)及挖土

框架橋主體空頂時(shí)嚴(yán)格控制框架橋主體方向，防止偏離中心線，增加糾偏工作。當(dāng)框架橋主體與路基接觸時(shí)，增加開挖和運(yùn)輸土方的工序。

頂進(jìn)時(shí)啟動(dòng)高壓油泵，使千斤頂接受液壓，產(chǎn)生頂進(jìn)力，推動(dòng)框架橋主體前進(jìn)，每鎬頂進(jìn)1.0 m，每次出鎬約3～5 min，箱身前進(jìn)后使千斤頂?shù)幕钊貜?fù)原位，回鎬約3～5 min；將頂鐵填充并放入縫隙中約10～20 min。每次頂進(jìn)0.8～1.0 m 后，挖掘機(jī)、裝載機(jī)配合自卸汽車進(jìn)行挖掘。根據(jù)開挖土方量，確定開挖時(shí)間約為4 h。開挖清理完畢后，再次打開鎬進(jìn)行頂進(jìn)，此循環(huán)重復(fù)進(jìn)行，計(jì)劃每天頂進(jìn)5 m，直至框架橋主體就位。框架橋頂進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺見表1。

表1 框架橋頂進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺表

每次頂升完成后，立即組織人員配合挖掘機(jī)進(jìn)行挖土。開挖坡度為1∶0.5，近似接近刃角。開挖進(jìn)尺1 m/次，開挖邊坡總體平整。開挖與測(cè)量工作密切配合，根據(jù)路橋偏差及時(shí)改變開挖方式。頂進(jìn)斷面示意圖如圖2 所示。

圖2 頂進(jìn)斷面示意圖

3.3 測(cè)量監(jiān)控工作

準(zhǔn)確掌握框架橋頂進(jìn)的方向和標(biāo)高，在頂進(jìn)后受力區(qū)外設(shè)觀測(cè)站進(jìn)行觀測(cè)。

觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在距離背部20 m 以外，避免背部變形，影響觀測(cè)儀器的穩(wěn)定性。觀測(cè)站設(shè)全站儀及水平儀各1 臺(tái)，設(shè)兩個(gè)觀測(cè)站。在框架橋身的頂板四角設(shè)置高程控制點(diǎn)及框架橋主體前后兩端中心線各設(shè)置方向標(biāo)尺，用于頂進(jìn)過程中的高程測(cè)量和方向偏差觀測(cè)。掌握頂進(jìn)過程中后背的變形情況，在后背側(cè)設(shè)置橫向觀測(cè)站，設(shè)置全站儀，在后背梁兩端和中間設(shè)置直尺，觀測(cè)后背的變形情況[1]。

測(cè)量過程中，定期檢查水準(zhǔn)點(diǎn)和標(biāo)尺，確保位置沒有過度偏差或誤差。為避免洞內(nèi)施工對(duì)觀測(cè)工作的干擾，在布置標(biāo)尺位置時(shí)，保證其位置的可視性；否則，調(diào)整觀測(cè)站的位置，以確保對(duì)監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行有效和持續(xù)的監(jiān)測(cè)。如果檢測(cè)到框架橋主體變形和移動(dòng)，應(yīng)立即分析發(fā)生的原因，并立即調(diào)整頂力系統(tǒng)，以確保頂進(jìn)運(yùn)行的安全性。保持觀察上部柱軸方向的橫向變形和穩(wěn)定性，觀察橫向梁附著點(diǎn)附近的變形，以確保力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)正常運(yùn)行。頂進(jìn)中加強(qiáng)對(duì)鐵路線路及路基的觀測(cè)。

3.4 頂進(jìn)方向和高程的調(diào)整

當(dāng)框架橋主體被推入軟土地基時(shí)，它開始沿著基坑底板2‰~3‰的坡度上升。當(dāng)框架橋主體伸出滑板1/3 時(shí)，由于框架橋主體自重，滑板前端的泥土被壓縮。這時(shí)，框架橋主體末端往往進(jìn)入主線。由于活載，滑板端部下沉，出現(xiàn)裂紋，框架橋主體開始扎頭[2]?？蚣軜蛑黧w重心移出基坑滑板后，低頭更加明顯。當(dāng)框架橋主體繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，在尾部與滑板分離前后，滑板經(jīng)常斷裂，框架橋主體尾部下沉，使坡度逐漸上升，然后平穩(wěn)向前運(yùn)動(dòng)，直至到位。在此過程中，為了防止方向和高程誤差過大，除了加強(qiáng)觀測(cè)和認(rèn)真預(yù)防外，還應(yīng)進(jìn)行校正。防止造成過大偏差后不易校正。主要校正方法有下列幾種：

1）空頂階段框架橋主體容易出現(xiàn)方向偏差。施工時(shí)，在框架橋主體與基坑護(hù)坡樁之間回填2 m 厚的土，并分層夯實(shí)，確?？蚣軜蛑黧w向正確方向啟動(dòng)。為防止“扎頭”，除工作坑滑板上預(yù)留的斜坡外，在框架橋主體前端底板下設(shè)置一個(gè)船頭坡，坡長5 m，垂直高度5 cm.

2）框架橋主體埋好后，要時(shí)刻注意挖土斷面是否正確，使頂進(jìn)挖出的土洞與框架橋主體方向一致。對(duì)于這座橋來說，重要的是確保所有的洞都以相同的速度挖掘，挖掘均勻，并在指定專業(yè)人員的指揮下進(jìn)行，避免施工混亂或挖錯(cuò)方向。

3）調(diào)整框架橋主體方向左右偏差的方法：增大或減小一側(cè)千斤頂?shù)捻斄?，即打開或關(guān)閉一側(cè)的千斤頂閥，以增加或減少千斤頂?shù)捻斄ΑＨ绻蜃髢A斜，右側(cè)千斤頂將關(guān)閉并縮??；如果向右傾斜，則反之。

3.5 糾正框架橋主體“抬頭”的方法

抬頭時(shí)，在框架橋主體前端底板處采取適當(dāng)?shù)某诜椒ǎ鶕?jù)框架橋主體頂進(jìn)標(biāo)高的變化趨勢(shì)逐漸超挖，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。兩側(cè)開挖不夠?qū)?，容易造成框架橋主體“抬頭”，建議兩側(cè)多挖。框架橋橋體“抬頭”偏差量較小時(shí)，把開挖面挖到與框架橋底面持平。如“抬頭”量較大，則底板前土體向下挖0.2～0.3 m，寬度與框架橋橋身相同，同時(shí)使兩側(cè)刃角不吃士，在頂進(jìn)中逐步調(diào)整，在未達(dá)到設(shè)計(jì)高程時(shí)，便酌情停止超挖以免又造成框架橋橋體“扎頭”。

3.6 糾正框架橋橋身“扎頭”的方法

開挖時(shí)，開挖面的基底應(yīng)保持在框架橋主體底板底部以上8~10 cm，較高部分的土由船頭坡壓入框架橋底，糾正“扎頭”。通過增加框架橋主體后端的配重改變框架橋主體前端土壤的受力狀態(tài)，從而糾正“扎頭”。但是要注意增加重量后逐漸卸載的問題，否則會(huì)出現(xiàn)“抬頭”的現(xiàn)象。同樣的原理也可以用來糾正“抬頭”現(xiàn)象[3]。

4 結(jié)語

平交道口改為立交道口施工方法，在國內(nèi)涉及鐵路施工極為廣泛，不但緩解和改善公路與鐵路的交通壓力，節(jié)約通行時(shí)間，大大減少了人員及車輛橫穿鐵路存在安全隱患。在不影響鐵路正常運(yùn)行的前提下，列車限速45 km/h，既保證鐵路運(yùn)行，又保證“平改立”施工，因此，架橋頂進(jìn)施工方法被廣泛應(yīng)用。