橋梁工程中鋼箱梁步距式多點(diǎn)頂推施工技術(shù)研究

徐驥鵬

（安徽華信項(xiàng)目管理有限公司，安徽 合肥 230088）

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以往的路橋交通已經(jīng)無法再有效的滿足當(dāng)前人們的實(shí)際出行要求，特別是一些經(jīng)濟(jì)相對較為發(fā)達(dá)的地區(qū)。交通路網(wǎng)更加密集。新建道路往往要上跨既有繁忙航道或高速公路，面對不可能中斷的既有交通，如何采取有效施工方法進(jìn)行新建道路的施工是工程建設(shè)者面臨的實(shí)際問題。為了應(yīng)對復(fù)雜的現(xiàn)場施工環(huán)境及滿足既有交通同行需求，在跨線橋施工過程中，通常會采取相應(yīng)的技術(shù)措施來解決建設(shè)與運(yùn)營的矛盾。頂推施工法就是為了應(yīng)對復(fù)雜的施工環(huán)境而誕生的一種先進(jìn)的施工方法。

1 技術(shù)特點(diǎn)

鋼箱梁頂推技術(shù)有著適用范圍廣、理論與施工經(jīng)驗(yàn)完備、自動化控制的優(yōu)勢。其中，在適用范圍方面，隨著技術(shù)體系的日趨完善，諸多類型和種類的橋梁工程均具備步履式頂推法的應(yīng)用條件，如連續(xù)梁橋、拱橋、斜拉橋，乃至鋼-混結(jié)合與板桁組合截面等復(fù)雜形式橋梁，且步距式頂推法在頂推精度和施工成本方面有著顯著優(yōu)勢。

1.1 采用工廠整體制作、預(yù)制場地現(xiàn)場組裝方案，降低了吊裝作業(yè)強(qiáng)度，提高了施工效率、作業(yè)精度及安全系數(shù)，安全性高。

1.2 采用步距式多點(diǎn)頂推法（4 點(diǎn)頂推）進(jìn)行頂推施工，利用頂推系統(tǒng)、臨時(shí)支架體系、導(dǎo)梁引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)大跨度箱梁跨越式整體安裝，避免大型機(jī)械投入，減少超長重載構(gòu)件的高空吊裝安全隱患。

1.3 借助構(gòu)建區(qū)域的形式來實(shí)現(xiàn)施工作業(yè)，例如，可以在施工地點(diǎn)構(gòu)建緩沖區(qū)、終止區(qū)以及作業(yè)區(qū)等多種功能區(qū)域。最大限度保通原跨越道路。

1.4 設(shè)置自動化控制方面，可應(yīng)用電腦仿真、電氣控制、有限元分析等技術(shù)手段，輔助人工高效開展頂推鋼箱梁頂推施工，如采取計(jì)算機(jī)分控制法同步控制多個(gè)頂推設(shè)備。

1.5 采用交替落梁方案（交替降低臨時(shí)支墩及橋臺處支撐裝置），解決了現(xiàn)場場地狹小、大型吊裝機(jī)械難以進(jìn)場的問題，有效的縮短當(dāng)前的實(shí)際施工周期，并對其施工成本進(jìn)行精簡，最大限度的提升施工安全。

2 適用范圍

適用于上跨高速、鐵路等既有道路及通航河道的大跨度、大噸位的等截面鋼箱梁及現(xiàn)澆混凝土箱梁的安裝。

3 工藝原理

頂推混凝土臺座。分段安裝連接鋼箱梁，將箱梁連接成整體,安裝導(dǎo)梁，豎直千斤頂受力使鋼箱梁離開拼裝胎架及臨時(shí)支架，水平千斤頂發(fā)力，克服粱底與頂推設(shè)備之間的摩擦力，使鋼箱梁向前緩慢移動，將梁逐段頂出去,完成一個(gè)步距頂推工作（行程500mm），反復(fù)循環(huán)頂進(jìn)橋梁，最終達(dá)到跨越貫通。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

具體施工流程圖如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 鋼箱梁的制作及拼裝質(zhì)量

施工中所要使用的鋼箱梁可以優(yōu)先選擇一些裝配式的，其會在生產(chǎn)制造廠內(nèi)對其進(jìn)行預(yù)組裝，之后將其運(yùn)送到施工場地，現(xiàn)場二次拼裝后頂推安裝就位。

在生產(chǎn)廠中所制作的長度要切實(shí)依據(jù)實(shí)際的焊縫收縮以及施工現(xiàn)場的水平向焊縫收縮等施工數(shù)據(jù)來進(jìn)行制定，在對其進(jìn)行制造的過程中，可以使用分段式構(gòu)造法，將其進(jìn)行分段制造，之后在對其進(jìn)行組裝。第一，要對單元板進(jìn)行加工，在將單元板制作完成后，便可以對分段制作的梁段進(jìn)行預(yù)組裝。在工廠對梁段等構(gòu)件進(jìn)行生產(chǎn)以及預(yù)組裝的過程中，需派專職質(zhì)量監(jiān)督員常駐箱梁廠家，確保每段出廠箱梁均為合格品。

結(jié)合現(xiàn)場情況，使各節(jié)段鋼箱梁快速運(yùn)輸至相應(yīng)墩位處，便于后續(xù)鋼箱梁吊裝、焊接、頂推作業(yè)的開展。同時(shí)，清除鋼箱梁運(yùn)輸路線上分布的障礙物，根據(jù)所配置運(yùn)輸車輛的型號與場地地形，對每一條的運(yùn)輸通道進(jìn)行高度測算，胎架高度平均3.5m、直徑300mm、壁厚8mm的鋼管作豎直支架，支架縱、橫向采用10 槽鋼連接，每段主梁下設(shè)置4 根豎直支架，豎直支架下部統(tǒng)一采用C30混凝土硬化，以確保支架下部平整，受力均勻（圖2）。

圖2 鋼箱梁焊口處碼板安裝及鋼箱梁現(xiàn)場拼裝

梁段就位、固定經(jīng)檢查合格后，按照腹板、底板、頂板的順序進(jìn)行焊接，以保證箱梁線型。鋼箱梁合攏段需要等其他段焊接完畢后，再進(jìn)行余量配切和焊接。梁段橋位焊接采用CO2氣體保護(hù)半自動焊接。鋼箱梁現(xiàn)場焊接前對施焊焊工進(jìn)行崗前培訓(xùn)和技能考試，確保施焊人員技能優(yōu)良，最后對現(xiàn)場焊縫進(jìn)行全數(shù)檢驗(yàn)，保證焊縫質(zhì)量合格。

4.2.2 頂推混凝土臺座設(shè)計(jì)及頂推設(shè)備的選型

4.2.2.1 頂推混凝土臺座設(shè)計(jì)

頂推設(shè)備混凝土臺座是頂推設(shè)備傳遞應(yīng)力和承受應(yīng)力的主要構(gòu)件，需充分對地基及混凝土臺座本身的受力情況進(jìn)行分析，根據(jù)受力分析及地基承載力試驗(yàn)來確認(rèn)頂推混凝土臺基礎(chǔ)尺寸和配筋，確保頂推設(shè)備混凝土臺座滿足施工需求。

4.2.2.2 頂推設(shè)備選型

頂推設(shè)備主要由液壓系統(tǒng)、水平向移動油缸、縱移架、橫移架、墊梁組成為一個(gè)整體，從而實(shí)現(xiàn)頂推設(shè)備的豎直頂升、縱向移動及橫向糾偏三維運(yùn)轉(zhuǎn)集為一體，此方式有效的確保了頂推設(shè)備的精準(zhǔn)運(yùn)行，保證了鋼箱梁頂推施工的高質(zhì)、快速實(shí)施。經(jīng)荷載及穩(wěn)定性計(jì)算，豎直頂升油缸采用一臺500t 液壓千斤頂，縱向移動油缸采用一臺50t 液壓千斤頂，橫行糾偏采用兩臺30t 液壓千斤頂。

4.2.2.3 頂推設(shè)備構(gòu)造

圖3 頂推設(shè)備圖示

4.2.3 臨時(shí)支架安裝

在鋼箱梁拼裝臺架之間設(shè)置頂推設(shè)備基礎(chǔ)（頂推混凝土臺座），同時(shí)為減小頂推的標(biāo)準(zhǔn)跨徑，在兩橋臺之間設(shè)置臨時(shí)支架，從而行之有效的對鋼箱梁在頂推期間的彎矩變化進(jìn)行降低。

圖4 臨時(shí)支架及頂推設(shè)備布置圖

圖5 臨時(shí)支架示意圖

圖6 臨時(shí)支架外觀

4.2.4 導(dǎo)梁安裝

晉家坡項(xiàng)目的左、右雙側(cè)的鋼箱梁結(jié)構(gòu)中，施工技術(shù)人員全都采用了雙向?qū)Я簛韺ζ溥M(jìn)行頂推，其主要的施工機(jī)理是將主鋼梁體與鋼導(dǎo)體進(jìn)行有效的焊接，或是使用栓接的方式將二者固定在一起，這種做的施工優(yōu)勢在于其水平向以及垂直向的實(shí)際抗剪力以及抗扭矩力會相對較強(qiáng)，并且可以有效的解決當(dāng)前施工結(jié)構(gòu)中受力復(fù)雜的問題，同時(shí)其在完成后的拆卸工作也相對較為輕松。倘若在實(shí)際施工中使用了焊接的方式，要么施工技術(shù)人員需要在對其進(jìn)行焊接之前，對其實(shí)際的焊接工藝進(jìn)行評估，要時(shí)刻保證施工人員的焊接工藝能夠切實(shí)符合施工技術(shù)以及施工質(zhì)量要求，不能對施工結(jié)構(gòu)原有的機(jī)械性能造成任何的破壞，同時(shí)不能在焊接中出現(xiàn)任何的龜裂以及外觀不良等現(xiàn)象。

圖7 導(dǎo)梁尺寸圖

4.2.5 實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)

在臨時(shí)搭建的支撐施工完成后，需要施工人員在每一個(gè)支撐點(diǎn)放置一個(gè)傳感裝置以及水準(zhǔn)裝置。當(dāng)臨時(shí)支撐受到荷載而開始出現(xiàn)位移時(shí)，安置在支撐點(diǎn)上儀器就會將實(shí)時(shí)的速率傳輸回計(jì)算機(jī)之中并對支撐應(yīng)力、變形或沉降過大，要充分的考量好在測試中所收集到的實(shí)際變化數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)，對實(shí)際施工中的每一個(gè)設(shè)計(jì)理論計(jì)算機(jī)與支架之間的額數(shù)據(jù)差異進(jìn)行有效的分析與總結(jié)。分析施工誤差狀態(tài)，位移、應(yīng)力變化異常時(shí)，頂推系統(tǒng)立即停止工作，封閉交通，根據(jù)預(yù)警等級采取不同的措施。

圖8 監(jiān)測系統(tǒng)作業(yè)工序圖

4.2.6 落梁施工

落梁采用橋臺上臨時(shí)支撐與頂推用臨時(shí)支架交替切割下落的方案進(jìn)行落梁，在施工過程中，必須確保切割尺寸的準(zhǔn)確，無論是臨時(shí)支墩受力，還是橋臺處支撐受力，都得確保受力點(diǎn)與鋼箱梁接觸面要接觸穩(wěn)固，杜絕失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生（圖9）。

圖9 落梁施工步驟圖

4.2.7 道路保通措施

由于新建橋梁上跨南林高速，高速車流量大，且現(xiàn)場為邊通車、邊頂推，經(jīng)多次專家論證，確定了封閉應(yīng)急車道、行車道限速通行的方式進(jìn)行保通。作業(yè)區(qū)按車道路段劃分，在不改變交通流方向的前提下，封閉高速公路應(yīng)急車道。布控時(shí)將控制區(qū)分六個(gè)部分：警告區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、作業(yè)區(qū)、下游過渡區(qū)、終止區(qū)。（圖10）

圖10 鋼箱梁頂推過程

5 質(zhì)量控制

5.1 工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

5.1.1 設(shè)置臨時(shí)支架基礎(chǔ)以及實(shí)際施工質(zhì)量，并按照表1 中的數(shù)據(jù)作為其標(biāo)準(zhǔn)。

表1 基礎(chǔ)質(zhì)量驗(yàn)收表

5.1.2 針對支座的實(shí)際安裝準(zhǔn)確度要以施工設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)，實(shí)際數(shù)據(jù)信息可參考下表2。

表2 支座安裝精度

5.1.3 針對支架的施工誤差參照表3 為例。

表3 支架及安裝的允許偏差

5.1.4 針對鋼結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，參照表4 為例。

表4 焊縫外觀質(zhì)量檢驗(yàn)要求

5.1.5 針對鋼箱梁的尺寸偏差標(biāo)準(zhǔn)，參照表5 來進(jìn)行執(zhí)行。

表5 鋼箱梁組裝完成后基本尺寸允許偏差

5.1.6 針對鋼箱梁在施工結(jié)束后的執(zhí)行誤差，可以參照表6 為例進(jìn)行執(zhí)行。

表6 鋼梁安裝后的允許偏差

5.2 質(zhì)量保證措施

5.2.1 建立、健全質(zhì)量監(jiān)督體系，對施工作業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行全過程監(jiān)督檢查及驗(yàn)收。

5.2.2 針對設(shè)備型號及千斤頂性能差異引起的箱梁橫向偏位，在正式頂推前先進(jìn)行試頂推取得各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。在設(shè)備控制中心設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，減小此方面的影響。

5.2.3 做好臨時(shí)墩施工質(zhì)量控制，通過模擬選用合適材質(zhì)的墊板（確定橡膠墊板的彈性模量等），避免墊板選用不合理造成梁底脫空或部分應(yīng)力集中。

5.2.4 準(zhǔn)確做好測量放樣工作，確保各部件位置放樣準(zhǔn)確無誤；錯(cuò)開最高溫度時(shí)段頂推，避免穩(wěn)定應(yīng)力影響；

5.2.5 鋼箱梁裝、卸時(shí)速度要緩慢，在運(yùn)輸車輛上墊堅(jiān)實(shí)的枕木，防止劃傷設(shè)備，用鏈條葫蘆將設(shè)備固定牢固，棱角處用包角進(jìn)行保護(hù)。

5.2.6 焊接材料的選擇：選用低溫沖擊韌性好、工藝性能好的焊絲。

5.2.7 對焊接進(jìn)行管控：在施工技術(shù)人員對其進(jìn)行操作時(shí)，需要注意的是焊接縫不能預(yù)留太寬，要使用小電流對其進(jìn)行操作，盡可能開展全自動操作，最大限度的減少人工操作。

5.2.8 嚴(yán)把鋼箱梁現(xiàn)場焊接質(zhì)量，避免不合格焊縫出現(xiàn)，并做好焊縫磨平工作，減少應(yīng)力集中。

5.2.9 利用信息化手段建立監(jiān)控量測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控梁體橫向位移情況，及時(shí)糾偏。

結(jié)束語

采用本工法進(jìn)行鋼箱梁安裝可以加快施工速度，提高安裝精度。相應(yīng)的安裝施工技術(shù)先進(jìn)，對同類型的安裝工程具有借鑒作用。步距式多點(diǎn)頂推法可以應(yīng)用簡單設(shè)備實(shí)現(xiàn)大跨度橋梁安裝，是橋梁安裝的一個(gè)重要發(fā)展方向，有著較高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。