跨中無輔助墩鋼箱梁頂推施工技術(shù)在浦儀公路中的應(yīng)用

劉國昌

(南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 210019)

1 工程概況

浦儀公路八卦洲樞紐主線左、右幅以及B、C、D、E匝道跨線橋采用等截面鋼箱梁上跨寧洛高速，其中主線為單箱三室結(jié)構(gòu)，單幅箱梁全寬16.4 m，梁高2.3 m，跨徑(32+52+32)m，匝道為單箱雙室結(jié)構(gòu)，B、C、D、E匝道跨徑分別為(28+45+28)m、(35+45+38)m、(31.5+52+31.5)m、(30+52+30)m，鋼箱梁總重4 821.5 t。寧洛高速交通量大，無法封閉施工，高速兩側(cè)場地充足，為最大限度減小對既有高速通行影響，本項目采用跨中不設(shè)臨時墩的頂推法施工，頂推段鋼箱梁在寧洛高速北側(cè)拼裝就位，安裝導(dǎo)梁并通過頂推裝置施工至設(shè)計位置，最后原位拼裝剩余鋼箱梁。

鋼箱梁制作采用場內(nèi)加工并陸運至現(xiàn)場，結(jié)合設(shè)計圖紙和公路運輸限制，工廠制作時將鋼箱梁進行劃分，節(jié)段長度控制在20 m以內(nèi)，橫向?qū)挾瓤刂圃?.5 m以內(nèi)，單個塊體重量控制在50 t以內(nèi)。

2 施工方案

主線鋼箱梁圓曲率較大，近似直線，采取楔進式頂推方式；匝道鋼箱梁由于曲率半徑較小，頂推過程中需不斷調(diào)整鋼箱梁位置，故采用步履式頂推。步履式頂推由于設(shè)備自身豎向調(diào)整高度為300 mm，而匝道縱向高程相差較多，本工程設(shè)計了可以調(diào)整豎向高度的支架，支架頂層設(shè)置調(diào)整梁。

為減少頂推段重量和頂推距離，本工程每聯(lián)鋼箱梁選擇中跨3個節(jié)段及相鄰2個節(jié)段利用履帶吊在支架上拼裝成整體后進行頂推，由于需要安裝導(dǎo)梁及受場地限制，第一輪將4個節(jié)段及導(dǎo)梁拼裝完成后先進行一次頂推，然后將第5個節(jié)段接上，而后整體頂推就位，頂推到位后拆除導(dǎo)梁，最后將剩余節(jié)段安裝到位。鋼箱梁吊裝按照分段吊裝，整體頂推的原則，先進行中跨鋼梁頂推，后進行兩側(cè)邊跨鋼梁吊裝。

施工前設(shè)計對鋼箱梁頂推工況進行受力分析計算，提出中腹板每250 mm設(shè)豎向加勁肋，當(dāng)隔板間距大于2 m時在隔板中間設(shè)置豎向加勁肋的加固設(shè)計，通過對鋼箱梁局部加強，確保了頂推過程中鋼箱梁的受力和變形在容許范圍內(nèi)。

3 頂推施工步驟(以主線鋼箱梁為例)

(1)場地硬化，搭設(shè)拼裝支架；

(2)鋪設(shè)滑道，安裝滑靴；

(3)吊裝JD3-JD6節(jié)段各塊體；

(4)安裝導(dǎo)梁和頂推設(shè)備；

(5)進行第一輪頂推，直至導(dǎo)梁完全懸空；

(6)暫停頂推，吊裝JD7塊體，同時完成JD4-JD7對應(yīng)護欄安裝；

(7)頂推段鋼梁全部安裝完成，再次進行頂推，直至導(dǎo)梁落在對面預(yù)設(shè)的滑靴上；

(8)繼續(xù)頂推，前端導(dǎo)梁向前推進，后端滑靴落空后及時替換，并增加前端導(dǎo)梁滑靴；

(9)繼續(xù)頂推，第一節(jié)導(dǎo)梁頂出滑道，拆除第一節(jié)導(dǎo)梁，第二節(jié)導(dǎo)梁頂出滑道后拆除第二節(jié)導(dǎo)梁；

(10)繼續(xù)頂推，鋼箱梁梁體抵達(dá)對面滑道后，拆除全部導(dǎo)梁并繼續(xù)頂推，直至到達(dá)設(shè)計位置，拆除滑道，落梁；

(11)吊裝剩余鋼箱梁節(jié)段。

4 頂推方案設(shè)計

4.1 頂推支架及平臺

鋼箱梁支架采用C30鋼筋混凝土擴大基礎(chǔ)，其上設(shè)478×8鋼管作立柱，立柱間通過L100×10角鋼連接，主線立柱上方設(shè)置HN700×300H型鋼橫向分配梁，分配梁上設(shè)置縱向通長雙拼HN700×300H型鋼作為滑道，匝道立柱上方安裝雙拼HN800×300H型鋼橫梁和5拼HN700×300H型鋼縱梁，橫梁與鋼立柱柱頂樁帽之間采用焊接方式連接。支架分頂推滑移支架、兼做吊裝和頂推支架、鋼梁吊裝支架。擴大基礎(chǔ)及支架體系都要有足夠的強度、剛度和整體穩(wěn)定性。

4.2 導(dǎo)梁設(shè)計

導(dǎo)梁的作用是減小鋼箱梁懸臂長度，減小傾覆力矩，同時對鋼箱梁進行導(dǎo)向[1]。導(dǎo)梁為組合斷面工字鋼梁，長36 m，重54 t，由3段12 m組成，三段導(dǎo)梁分別由H900×300型鋼、H800×300型鋼、H700×300型鋼組成。導(dǎo)梁根部高度2 600 mm，前端梁高1 800 mm。導(dǎo)梁抗風(fēng)計算、面外穩(wěn)定性計算、焊縫計算均滿足要求。

4.3 頂推力計算

鋼箱梁在滑移過程中，頂推器所產(chǎn)生的推力和摩擦力F達(dá)到平衡[2]。頂推摩擦力F=鋼箱梁及導(dǎo)梁自重產(chǎn)生的豎向反力×1.05×1.2×0.1(1.05為動荷載系數(shù)，1.2為摩擦力的不均勻系數(shù)，MGE板與不銹鋼板間摩擦系數(shù)<0.05，取0.1)。本工程中滑移最大重量為800 t(含導(dǎo)梁和配重)，則滑移所需的最大頂推力為：F=800×1.05×1.2×0.1=105.6 t。匝道鋼箱梁及導(dǎo)梁總重約500 t，按四個點同時受力考慮，每個點頂升力需大于125 t。

4.4 頂推軌道、頂推裝置

主線滑道上鋪設(shè)不銹鋼板，其上采用MGE板作為滑靴。匝道鋼梁采用整體多點頂推方式，每組臨時墩上對稱布設(shè)兩套頂推裝置，按四個點同時受力考慮，考慮頂推系統(tǒng)可以倒換，共需6臺頂推裝置。步履式頂推設(shè)備采用三向頂推設(shè)備，即豎向、縱向、橫向均可滑移，通過電腦控制和液壓驅(qū)動來實現(xiàn)組合和順序動作，以滿足施工要求。

4.5 鋼箱梁吊裝拼接施工

胎架檢測合格→吊裝粗定位→依次組裝塊體→匹配件連接→精調(diào)到位→馬平塊體、節(jié)段間環(huán)縫部位→縱縫、環(huán)縫焊接→無損檢測→返修→量配嵌補段→U肋、板肋嵌補段組焊→無損檢測→頂板U肋高強螺栓連接→安裝護欄→頂推作業(yè)部位的補涂裝。主線鋼箱梁單塊體最大重量為48.2 t，匝道鋼箱梁單塊體最大重量為42 t，結(jié)合各節(jié)段吊裝重量與吊裝半徑，采用150 t履帶吊作為主要吊裝設(shè)備。150 t履帶吊采用30 m長主臂、12 m吊裝半徑，起重能力65.6 t，滿足吊裝要求。鋼箱梁節(jié)段吊裝采用4點吊裝，吊耳按設(shè)計要求布置在有隔板的頂板上。

4.6 導(dǎo)梁安裝

(1)導(dǎo)梁采用現(xiàn)場拼裝，使用高強螺栓連接導(dǎo)梁主體各個構(gòu)件，拼裝完成后，對各節(jié)段拼縫進行焊接加固。

(2)整體導(dǎo)梁吊裝，連接轉(zhuǎn)接梁，安裝高強螺栓。

(3)焊接導(dǎo)梁與轉(zhuǎn)接梁拼縫，考慮兩片導(dǎo)梁受荷不均勻性，焊縫為等強熔透焊。

(4)導(dǎo)梁與鋼箱梁間采用型鋼焊接加固。施工時計算結(jié)果導(dǎo)梁抗風(fēng)驗算及面外穩(wěn)定性驗算滿足要求。

4.7 頂推支點加固

(1)主線鋼箱梁采用楔進式頂推施工，鋼箱梁滑移支點相對固定，均布置在隔板和中腹板交接處，此處結(jié)構(gòu)較強，為確保結(jié)構(gòu)安全，在每個支點處增設(shè)四塊500×500×20加勁板。

(2)匝道步履式頂推支點加強：匝道頂推支點隨鋼梁前進不斷變化，需要在頂推支點位置增設(shè)箱內(nèi)加強。

4.8 頂推施工

楔進式頂推時，兩套頂推裝置對稱布置于鋼箱梁底部頂推工作平臺上，該頂推系統(tǒng)的特點：能較好的控制墩位的水平力，有效控制支點反力，但液壓驅(qū)動及電腦控制同步性要求較高，對楔塊、滑道等制作精度要求高。

頂推過程中，導(dǎo)梁支點和鋼箱梁支點發(fā)生變化，通過Midas建立結(jié)構(gòu)模型，按照施工步驟對頂推全過程中鋼箱梁和導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)受力進行計算，應(yīng)力驗算均滿足要求。

4.9 落梁

通過頂推設(shè)備將鋼箱梁平面位置精確調(diào)位，調(diào)位過程中保證鋼箱梁底部高出永久支座50 mm；將鋼箱梁臨時擱置在頂推設(shè)備前后的承重支座上，檢查各墩頂永久支座和鋼箱梁的位置是否準(zhǔn)確；利用頂推設(shè)備將鋼箱梁頂高20 mm，拆除承重支座上的墊板，將鋼箱梁下放到永久支座上，施工鋼箱梁和永久支座之間的連接，完成落梁及體系轉(zhuǎn)換工序。

4.10 施工監(jiān)控

為保證頂推施工安全，使成橋內(nèi)力和線形符合設(shè)計要求，以及頂推施工質(zhì)量能達(dá)到要求，對施工全過程進行有效的監(jiān)測與控制[3]。

監(jiān)控計算主要內(nèi)容：(1)鋼箱梁及導(dǎo)梁頂推全過程受力分析及應(yīng)變情況；(2)施工不利情況受力驗算；(3)施工臨時設(shè)施復(fù)核驗算。

施工監(jiān)控的主要內(nèi)容：(1)監(jiān)測鋼箱梁各節(jié)段控制點高程，控制橋梁成橋線形；(2)監(jiān)測鋼箱梁關(guān)鍵截面應(yīng)力變化情況；(3)監(jiān)測頂推過程中鋼箱梁主要截面溫度場變化；(4)施工期監(jiān)控結(jié)構(gòu)安全性。

5 頂推施工主要控制措施

(1)頂推施工平臺檢查：①地基及處理；②鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸及焊縫是否滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；③承重支座與油缸支座底部是否同下部結(jié)構(gòu)現(xiàn)場臨時焊接牢固，頂推千斤頂提升所墊墊塊是否與鋼管支架焊接為整體；④支架及操作平臺頂部標(biāo)高是否滿足要求，避免影響支撐和平臺處墊高。

(2)頂推設(shè)備安裝及調(diào)試：①確保設(shè)備前方有足夠的行程空間，調(diào)試并檢查設(shè)備(至少使設(shè)備運行一個工作行程)，確保設(shè)備各項功能工作正常；②設(shè)備縱向中心與箱梁腹板位置相對應(yīng)，確保設(shè)備和箱梁局部受力良好；③設(shè)備頂部設(shè)置橡膠墊，確保與箱梁接觸位置受力均勻和增大摩擦力；④調(diào)試電腦和液壓驅(qū)動，確保設(shè)備能同步協(xié)調(diào)動作。

(3)人員配置：①現(xiàn)場至少配備一名總負(fù)責(zé)人員，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)工作和下達(dá)指令；②每臺頂推設(shè)備配備操作人員及監(jiān)測人員各一名，負(fù)責(zé)各頂推點的操作和檢查設(shè)備的受力位置和墊塊高度，同時便于協(xié)調(diào)；③施工中安排專人負(fù)責(zé)檢查導(dǎo)梁端部及箱梁尾部，重點核查其位置，避免因?qū)Я旱母缮鎸?dǎo)致箱梁后部頂推過多；④各頂推點安排人員調(diào)整墊塊高度。

(4)現(xiàn)場測量及調(diào)整：頂推過程中選擇第三方對鋼箱梁的位置進行實時監(jiān)控，當(dāng)偏差較大時暫停頂推，調(diào)整鋼箱梁平面位置，確保滿足要求，主要控制點如下：①箱梁橫向位置偏差不得超過30 mm；②頂推時箱梁縱向坡度按理論坡度線控制；③單行程頂推完成后箱梁落于承重支座時，箱梁底部與墩頂支座間保留一定間隙，以便調(diào)整位置；④現(xiàn)場測量需準(zhǔn)確及時，當(dāng)超過偏差允許范圍時立即調(diào)整，以免累積誤差較大后難以調(diào)整。

(5)設(shè)備同步性控制：頂推施工過程中應(yīng)注意控制設(shè)備的同步性，以免造成各頂推點受力不均導(dǎo)致鋼箱梁偏離設(shè)計位置，重點關(guān)注以下幾點：①橫向頂推設(shè)備之間油壓盡量一致，各頂推設(shè)備每次工作時的行程一致，通過PID控制程序自動調(diào)節(jié)或手動調(diào)節(jié)；②頂推時保持箱梁縱向和橫向方位與設(shè)計一致，便于現(xiàn)場觀察和后續(xù)調(diào)整，如發(fā)生偏移，立即停止頂推并調(diào)整方位，待方位誤差滿足要求后，重新進行頂推；③應(yīng)保證反力油缸受力一致，同時與鋼箱梁底部良好接觸，避免壓差較大，導(dǎo)致受力不均。

(6)施工過程檢查：頂推施工過程中，應(yīng)加強設(shè)備及關(guān)鍵位置檢查，重點檢查：①各頂推設(shè)備使用和受力狀態(tài)是否滿足要求；②確定每個施工步驟均達(dá)到設(shè)計目標(biāo)和狀態(tài)；③檢查頂推設(shè)備、反力油缸以及承重支座受力中心是否對應(yīng)箱梁腹板或橫隔板，以保證梁體局部受力良好，以免箱梁造成破壞；④實時測量并及時調(diào)整頂推設(shè)備的頂升高度；⑤保持支架調(diào)節(jié)墊高處墊塊高度一致，以防梁體受力不均偏移；⑥編制施工關(guān)鍵位置標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的檢查項目和內(nèi)容，按要求檢查并做好記錄。

6 步履式多點頂推

6.1 線型控制

為確保線型準(zhǔn)確，在頂推過程中對鋼箱梁的軸線進行跟蹤復(fù)核測量，發(fā)現(xiàn)偏位較大時(50 mm以上)立即停止縱向頂推，開啟千斤頂糾偏系統(tǒng)進行單獨糾偏的工作。

鋼箱梁頂面線型控制方法為：拼裝前預(yù)先檢查拼裝胎架預(yù)拱度是否滿足要求，并在拼裝完成后的鋼箱梁頂部標(biāo)示出縱向中線，在頂推過程中，采用全站儀測放出頂推設(shè)備上方鋼箱梁的理論中軸線，將測放出的點與鋼箱梁通長標(biāo)示的中心線進行比對，通過將該差值反饋至步履式頂推電控系統(tǒng)中進行頂推過程中鋼箱梁的軸線糾偏。在頂推施工過程中，嚴(yán)格按照第三方監(jiān)控單位提供的線型控制數(shù)據(jù)進行測量控制，并配合監(jiān)控單位做好頂推過程中各階段的梁段線型復(fù)測。

6.2 防傾覆措施

針對橫斷面不等高的曲線段鋼箱梁，外弧側(cè)腹板的高度比內(nèi)弧側(cè)腹板高，重心偏移易發(fā)生傾覆，因此在頂推過程中需做好鋼箱梁的防傾覆控制。具體措施如下：(1)嚴(yán)格控制頂推速度，明確鋼箱梁每分鐘縱橋前行速度不超過15 cm；(2)頂推行進過程中，限定鋼箱梁的底板脫離下部支墊不超過50 mm，以降低頂推過程中的脫空高度；(3)鋼箱梁在頂推過程中，根據(jù)頂推時的最不利狀態(tài)驗算縱向最大懸挑長度，確保后方力矩遠(yuǎn)大于前方力矩，最終縱橋向穩(wěn)定；(4)當(dāng)鋼箱梁頂推至擱置在橫橋向最大跨兩側(cè)的支墩處時，此時的橫向穩(wěn)定性為最不利狀態(tài)。確保該階段內(nèi)鋼箱梁的重心始終位于頂推點6個支點連線的內(nèi)部，單個步履式千斤頂上的荷載最大值均在核載范圍內(nèi)。

7 結(jié)束語

隨著近幾年我國交通工程建設(shè)的快速發(fā)展，鋼箱梁頂推法因其跨越跨徑較大、對所跨越的道路交通影響小優(yōu)點，在越來越多的高速公路、城市干線、鐵路、航道等工程中得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的社會效益。但鋼箱梁頂推法施工方案較復(fù)雜，施工投入大，風(fēng)險較高，專業(yè)性強，對施工技術(shù)水平和現(xiàn)場管控要求比較高，需在實踐中不斷總結(jié)提高，提升經(jīng)濟效益，實現(xiàn)社會效益與經(jīng)濟效益的統(tǒng)一。