自錨式懸索橋上部頂推施工技術(shù)要點(diǎn)

張乙彬 張君翼

摘要 以某自錨式懸索橋為依托，對該橋梁上部鋼箱梁多點(diǎn)連續(xù)頂推施工難點(diǎn)及技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析探討，對鋼箱梁吊運(yùn)、拼接、多點(diǎn)頂推牽引、頂推線形控制等工藝進(jìn)行了研究，還對頂推平臺、鋼導(dǎo)梁、臨時墩等大型臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工控制進(jìn)行探索。結(jié)果表明，該自錨式懸索橋全橋縱向鋼箱梁連續(xù)五段曲線線形控制效果良好，所形成的成套技術(shù)成果對于類似工程具有借鑒參考價值。

關(guān)鍵詞 自錨式;懸索橋;上部;鋼箱梁;頂推施工

中圖分類號 U448.25 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0120-03

0 引言

隨著我國鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)越來越高，施工難度也不斷增大，常規(guī)吊裝施工已經(jīng)無法適用施工作業(yè)面及施工場地狹小方面的要求。這種情況下，頂推滑移技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)能克服施工條件的限制，充分利用現(xiàn)有條件保證大型鋼箱梁施工過程順利進(jìn)行。頂推滑移施工的核心是滑移法的應(yīng)用，即通過滑移作用減少裝置摩擦力，并利用鋼箱梁結(jié)構(gòu)自重及慣性或其他機(jī)械實現(xiàn)滑移，使鋼箱梁停留在指定位置并固定安裝。該工藝充分利用力學(xué)原理，可降低常規(guī)吊裝施工難度，節(jié)省機(jī)械設(shè)備及人工資源耗用量，提升工效。

1 工程概況

某自錨式懸索橋主梁采用分離式流線型正交異形橋面板扁平鋼箱梁形式，頂?shù)装鍖挾确謩e為2×21 m和2×15.4 m，設(shè)計寬度5 m的鋼桁梁布置在中央分隔帶內(nèi)，內(nèi)腹板內(nèi)緣梁高3.5 m，頂板處設(shè)置2%的橫坡。鋼箱梁內(nèi)增設(shè)兩道縱腹板，構(gòu)成單箱三室斷面形式，采用三跨連續(xù)半漂浮支承體系，主纜錨固區(qū)鋼桁梁連續(xù)布置。該自錨式懸索橋鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)階段設(shè)計長度為9.0 m，主纜錨固區(qū)和塔梁支承區(qū)部分特殊梁段中B1～H梁段通過頂推法施工，需要直接將錨固端橫梁和A梁節(jié)段運(yùn)輸至拼裝平臺進(jìn)行現(xiàn)場拼裝?？紤]到該橋梁結(jié)構(gòu)寬度大，必須分幅進(jìn)行頂推施工，沿著橫橋向各個梁段再分成三部分，兩幅鋼主梁頂推至設(shè)計位置后再將鋼橫梁焊接處理。

2 施工難點(diǎn)

招投標(biāo)節(jié)段，綜合考慮橋梁所在流域水文條件、鋼箱梁預(yù)制場地及運(yùn)輸情況、施工技術(shù)水平、工期控制、體系轉(zhuǎn)換的技術(shù)可行性、施工風(fēng)險，決定對該自錨式懸索橋上部鋼箱梁結(jié)構(gòu)的頂推施工實施多點(diǎn)連續(xù)頂推[1]。因受到河道水位、水流流速、流量及河水漲落等情況的影響，很難通過常規(guī)水路運(yùn)輸鋼箱梁至設(shè)計安裝位置。經(jīng)過多方論證后，最終確定通過搭設(shè)臨時施工棧橋、再轉(zhuǎn)運(yùn)的方式將鋼箱梁運(yùn)輸至設(shè)計吊裝區(qū)域。由于運(yùn)輸過程復(fù)雜、路線長、鋼箱梁結(jié)構(gòu)自重大，故運(yùn)輸施工對棧橋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求較高，考慮到50 t的運(yùn)梁平車重量和110 t的梁段自重，棧橋設(shè)計荷載不得低于160 t。該橋梁建設(shè)所在流域強(qiáng)涌潮河段，水文條件復(fù)雜，為向橋梁上部鋼箱梁頂推施工提供便利條件。

懸索橋上部鋼箱梁按照分幅、多點(diǎn)連續(xù)的頂推施工工藝進(jìn)行，勢必會造成單幅鋼箱梁截面重心持續(xù)向與橋梁相鄰的道路中心線側(cè)偏斜，無形中增大了中線限位難度。為此項目組進(jìn)行了可調(diào)節(jié)水平偏位橫向限位技術(shù)的研究與開發(fā)，將頂推施工期間鋼箱梁橫向線形偏差嚴(yán)格控制在5 mm以內(nèi)[2]。并且鋼箱梁頂推曲線為五段連續(xù)線形設(shè)置，復(fù)雜性較大，對豎向預(yù)拱度等項目存在較大的施工控制難度。為此項目組還設(shè)計出可調(diào)底座，可較好調(diào)整支點(diǎn)豎向標(biāo)高，并能保證軌道梁和鋼箱梁密接，為鋼箱梁頂推施工質(zhì)量控制提供了保證。

3 頂推施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 箱梁預(yù)制

待完成預(yù)制場地開挖后，根據(jù)設(shè)計圖紙，進(jìn)行1#～8#臨時墩基礎(chǔ)和墩身澆筑，并確保結(jié)構(gòu)尺寸和預(yù)埋件安裝的準(zhǔn)確性。

預(yù)制箱梁時必須按照60 cm的橫縱向間距搭設(shè)滿堂腳手架，為保證梁底平整度，使用了優(yōu)質(zhì)竹膠板底模板，并在底模板下鋪厚度5 cm的跳板，跳板下再按照60 cm×60 cm間距鋪長400 cm、寬15 cm、高12 cm的方木。為達(dá)到應(yīng)對支架非彈性變形的工程目的，確保梁底平整度，還應(yīng)進(jìn)行支架預(yù)壓。箱梁預(yù)制前預(yù)埋導(dǎo)梁段和后錨裝置，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行箱梁鋼筋的綁扎施工以及澆筑混凝土。

9#～10#臨時墩分別位于1#、2#永久墩和2#、3#永久墩中間，9#～10#臨時墩為鋼管墩設(shè)計，主要起到支撐1#～3#墩間串聯(lián)桁架梁并控制桁架梁跨度的作用。臨時墩立柱鋼管壁厚10 mm、外徑299 mm，立柱橫橋向和縱橋向間距分別為1.5 m和4.0 m。9#～10#臨時墩均采用尺寸為5.5 m×2.5 m×2.0 m的擴(kuò)大基礎(chǔ)，9#和10#臨時墩墩高分別為10.5 m和19.5 m。墩身采用鋼管立柱設(shè)計，以4根φ299×10 mm的鋼管為立柱。臨時墩柱腳和預(yù)埋件基礎(chǔ)牢固焊接，臨時墩上部則和墩身桁架梁鋼管焊接，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.2 施工設(shè)備選型

該橋梁應(yīng)用頂推法施工的B1～H梁段單幅橋重量為4 724.5 t，結(jié)合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041—2020）具體要求，單幅橋梁水平千斤頂頂推力最大可達(dá)365 t，故在每個臨時墩和索塔橫梁上分別設(shè)置2臺安全系數(shù)3.6的ZLD100型自動連續(xù)頂推千斤頂。施工時，使用型號為ZLD100的具備自動持續(xù)頂推功能的泵站系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要由與之配套設(shè)置的連續(xù)千斤頂、泵站、主控制臺和電路構(gòu)成。

拼裝好的鋼箱梁底板上設(shè)置拉錨器，并預(yù)留螺栓孔，全部鋼絞線從索塔橫梁上千斤頂和鋼箱梁上拉錨器之間穿入，借助錨具錨固于拉錨器，再通過M30高強(qiáng)螺栓拉錨器和鋼箱梁連接;采用人工方式將鋼絞線收緊，并保證鋼絞線松緊程度完全一致，以便于頂推過程中千斤頂拉力均勻。所用鋼絞線直徑φ15.24 mm、強(qiáng)度等級1 860 MPa，為消除牽引期間扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的不利影響，鋼絞線按照左右旋結(jié)構(gòu)設(shè)置。待結(jié)束頂推施工后，將拉錨器拆除，再通過特制螺栓填充孔洞。對于梁段數(shù)量較多的情形，為減少臨時墩所承受的水平力，必須針對鋼導(dǎo)梁到達(dá)并支撐的墩展開張拉牽引。在開始初始階段的頂推施工后，先通過兩組千斤頂向鋼箱梁施加頂推力，待頂推至邊跨臨時墩時再由全部千斤頂繼續(xù)向鋼箱梁結(jié)構(gòu)施加頂推力，可實現(xiàn)多點(diǎn)頂推施工。

頂推施工時導(dǎo)梁各截面受力從根部開始逐漸減小，鋼導(dǎo)梁根部位于臨時墩頂時對應(yīng)根部最大剪力工況，此時剪力值為1 623 kN。為應(yīng)對頂推過程中鋼導(dǎo)梁剪力變動，應(yīng)將鋼導(dǎo)梁第四節(jié)段從上至下上翹15 cm，便于鋼導(dǎo)梁和下一跨臨時墩墩頂軌道梁順利搭接。

3.3 布置臨時墩滑道

滑道應(yīng)當(dāng)布置在各臨時墩、頂推平臺頂和索塔橫梁處，滑道為兩條平行設(shè)計，設(shè)置間距7.9 m，并以鋼箱梁縱向隔板中心為滑道中心。30 mm厚的滑道鋼板應(yīng)和墩頂預(yù)埋件滿焊連接，并將一層2 mm厚的不銹鋼板包裹在滑道鋼板外側(cè)，其上再鋪設(shè)抗壓強(qiáng)度至少為30 MPa的長40 cm、寬30 cm、高3 cm的四氟乙烯滑塊，滑塊和不銹鋼板之間涂抹硅脂油。頂推平臺上滑道使用三根H700×300型鋼按照69.8 m的長度通長設(shè)置;索塔橫梁及各臨時墩頂滑道則采用5.3 m長、1.2 m寬、0.916 m高的焊接式鋼箱軌道梁結(jié)構(gòu)，軌道梁頂焊接表面粗糙度不超出5 μm的不銹鋼板，并在滑道進(jìn)出口處分別設(shè)置圓弧段。

為確保鋼箱梁底板和滑板接觸面摩擦系數(shù)符合設(shè)計要求，應(yīng)在各滑道分別配置8塊滑板材料，其中6塊為承壓滑移滑板，2塊為輪換滑塊。安裝滑道時必須嚴(yán)格按照設(shè)計頂標(biāo)高進(jìn)行精度控制，平整度偏差不得超出1 mm;滑道底設(shè)置豎向起頂裝置，一旦出現(xiàn)臨時墩沉降等緊急情況，則應(yīng)將滑道臨時起頂至設(shè)計位置。

3.4 頂推系統(tǒng)調(diào)試

待將頂推系統(tǒng)安裝完成后，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定、安全，必須實施空載試驗，分別進(jìn)行前進(jìn)、停止、回退、停止等頂推操作，檢查頂推系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。液壓系統(tǒng)空運(yùn)轉(zhuǎn)往復(fù)至少五次，檢查系統(tǒng)是否面臨停滯、突進(jìn)、沖擊等問題。應(yīng)用降壓法具體進(jìn)行負(fù)載試驗，并將活塞桿伸出長度嚴(yán)格控制在系統(tǒng)設(shè)計張拉行程的2/3以內(nèi)，待將試驗壓力升高至公稱油壓后迅速關(guān)閉系統(tǒng)截止閥，測量此時所對應(yīng)的油缸油壓壓降，將300 s內(nèi)的油壓壓降值嚴(yán)格控制在1 N/m2以內(nèi)。結(jié)束頂推系統(tǒng)調(diào)試后調(diào)節(jié)溢流閥，嚴(yán)格控制壓力的情況下進(jìn)行鋼絞線穿束，穿束完成后再恢復(fù)壓力。

3.5 連續(xù)頂推施工

標(biāo)準(zhǔn)梁段在分級調(diào)壓、集中控制、差值限定的原則下，展開多點(diǎn)千斤頂連續(xù)頂推施工。施工時鋼箱梁放置在軌道梁上，并在聚四氟乙烯橡膠滑板增設(shè)在鋼箱梁和軌道梁之間，并在橡膠滑板下均勻涂抹硅脂油以減小摩擦;千斤頂運(yùn)行后，借助拉錨器以及與之相配套的拉索等組合結(jié)構(gòu)，按照設(shè)計要求施加預(yù)應(yīng)力，從而在這一過程的帶動梁體向前移動。頂推平臺滑道分別設(shè)置在各節(jié)段鋼箱梁前后端;同時根據(jù)頂推線形在橡膠滑板上布設(shè)鋼楔塊，以進(jìn)行鋼箱梁頂推線形位置調(diào)節(jié)。

鋼箱梁連續(xù)頂推過程中，還應(yīng)結(jié)合工況支點(diǎn)反力進(jìn)行摩擦力估算，保證估算結(jié)果和油壓表數(shù)值的匹配性。對梁體中線偏移及墩頂橫縱向位移展開觀測，以允許偏位為最大偏位，按照設(shè)計要求進(jìn)行千斤頂拉力重新調(diào)整后再恢復(fù)頂推?？紤]到該懸索橋臨時墩均設(shè)置水平預(yù)應(yīng)力對拉索，故頂推過程中墩頂水平縱向位移并不大。

3.6 鋼箱梁線形控制

鋼箱梁頂推施工過程中必須加強(qiáng)線形控制，保證施工技術(shù)切實可行的基礎(chǔ)上還應(yīng)加強(qiáng)過程觀測?？紤]到該自錨式懸索橋單幅鋼箱梁截面重心向道路中心線側(cè)偏斜，故中線限位存在較大難度，為此項目組自主設(shè)計出水平偏位全自動調(diào)節(jié)的橫向限位技術(shù)，可將橫向線形偏差控制5 mm以內(nèi)。該自錨式懸索橋鋼箱梁頂推線形復(fù)雜，屬于五段連續(xù)曲線，存在較大的施工控制難度，頂推梁段豎向預(yù)拱度最大和最小值分別為236.8 mm和?5.4 mm。為此，項目組還設(shè)計出可調(diào)節(jié)支座，以便能根據(jù)鋼箱梁頂推施工實際進(jìn)行支點(diǎn)豎向標(biāo)高的調(diào)整，在此基礎(chǔ)上，將兩塊橡膠墊塊增設(shè)在軌道梁兩端，通過較好地適應(yīng)變形，確保軌道梁和鋼箱梁密接。

頂推施工平臺上所設(shè)置的鋼箱梁，其拼接施工過程中線形調(diào)整通常借助事先安裝于鋼箱梁和滑板之間的鋼楔結(jié)構(gòu)以及橫向限位器、支墩頂豎向千斤頂、可調(diào)支座實現(xiàn)。

3.6.1 中線限位

考慮到該自錨式懸索橋單幅鋼箱梁截面重心向道路中心線側(cè)偏斜，故應(yīng)將項目組所研制的可調(diào)偏位限位裝置設(shè)置在靠近道路中心線側(cè)的臨時墩上，橫向限位裝置中的鋼絞線和鋼結(jié)構(gòu)分別抵抗鋼箱梁頂推施工期間所產(chǎn)生的縱向推力和橫向推力[3];滑槽內(nèi)導(dǎo)向輪橫向限位則通過千斤頂進(jìn)行調(diào)整和糾偏。為滿足限位要求，必須橫向限位裝置和臨時墩分配梁牢固焊接，導(dǎo)向鋼輪安裝在上部，鋼箱梁前端110 m范圍內(nèi)設(shè)置中線限位裝置。

3.6.2 標(biāo)高限位

考慮到該懸索橋鋼箱梁頂推線形為五段連續(xù)曲線，必須在頂推施工期間借助豎向千斤頂和可調(diào)支座調(diào)整臨時墩支承標(biāo)高和反力，每次調(diào)整1～3個臨時墩位，臨時墩支承標(biāo)高調(diào)整范圍嚴(yán)格控制在?70～90 mm，并保證軌道梁始終與鋼箱梁緊密貼合。為適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形，將按照設(shè)計尺寸預(yù)制的橡膠墊塊墊設(shè)在軌道梁兩端。為進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整，還應(yīng)在單幅橋各臨時墩軌道梁兩端下方增設(shè)4臺豎向千斤頂，待將鋼箱梁豎向標(biāo)高調(diào)整至設(shè)計位置后安放可調(diào)支座，并從側(cè)面抽出千斤頂。按照這種設(shè)計，由橡膠墊塊、鋼墊塊和鋼楔所組成的可調(diào)支座的調(diào)節(jié)范圍能達(dá)到?15～25 cm，設(shè)置情況具體見圖1。

3.6.3 頂推限位

該自錨式懸索橋上部鋼箱梁頂推施工時很容易發(fā)生中線偏位，必須采取有效措施加以控制。鋼箱梁拼裝好后還應(yīng)及時在其前端導(dǎo)梁、索塔橫梁等處安裝側(cè)限，保證鋼箱梁頂推期間能沿著既定軌道前行;此后，應(yīng)依次在各臨時墩上安裝側(cè)限，避免頂推施工期間鋼箱梁中線跑位。一旦在頂推施工過程中發(fā)生中線偏差，則必須在鋼箱梁頂面增設(shè)測量點(diǎn)，同時地面既定位置增設(shè)全站儀，隨著頂推進(jìn)程進(jìn)行中線偏差的跟蹤測量;同時，按照偏差值大小將中線偏差相反方向的側(cè)限放松，頂推時增大另一側(cè)側(cè)限，確保頂推過程中逐步將鋼箱梁調(diào)整到位[4]。頂推期間偏位調(diào)整屬于經(jīng)常性工作，較小的偏位通過千斤頂即可糾正，而較大偏位只能暫停頂推，采取有效措施糾偏后再恢復(fù)頂推。

該自錨式鋼箱梁頂推曲線線形五段連續(xù)，故單幅橋頂推時主要通過可調(diào)支座和支點(diǎn)處豎向千斤頂調(diào)整臨時墩頂標(biāo)高，為滿足設(shè)計頂推線形，必須將墩頂標(biāo)高調(diào)整范圍控制?70～90 mm。待鋼箱梁頂推到位后，必須選擇氣溫相對穩(wěn)定的環(huán)境進(jìn)行一次線形復(fù)測，以防止因過大溫差及外界荷載而影響墩頂標(biāo)高控制效果。

4 結(jié)論

該工程實踐表明，自錨式懸索橋上部鋼箱梁頂推施工過程中，通過變截面鋼管樁的使用、通過鋼絞線連接臨時墩以抵抗水平推力等措施的應(yīng)用，既使結(jié)構(gòu)安全性和使用壽命顯著提升，又節(jié)省臨時結(jié)構(gòu)鋼材至少800 t，按照工程所在地鋼材市場價格換算，施工成本降低600萬元左右，工期提前15 d，帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。此外，該懸索橋鋼箱梁頂推曲線線形為五段連續(xù)，施工期間為保證軌道梁與頂推線形的適應(yīng)性，有效控制鋼箱梁底板應(yīng)力，軌道梁下方增設(shè)橡膠墊塊，該措施技術(shù)簡單，成本節(jié)省，頂推線形控制效果較好，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]吳頌浩， 徐玉雯. 自錨固懸索橋頂推法施工技術(shù)探究[J]. 交通世界， 2021（30）： 56-57+91.

[2]盧元剛. 自錨式懸索橋主索鞍座構(gòu)造設(shè)計及計算分析[J]. 工程與建設(shè)， 2021（5）： 935-937.

[3]黃宗光， 羅天. 單主纜懸索橋主梁在頂推施工中的局部受力特征[J]. 公路交通技術(shù)， 2021（4）： 83-88.

[4]賴敏芝， 周偉， 羅明. 懸索橋施工期間主索鞍頂推優(yōu)化方案研究[J]. 中外公路， 2021（3）： 122-125.