大半徑曲線鋼箱梁頂推施工關(guān)鍵技術(shù)研究

摘要 鋼箱梁橋是一種被廣泛應(yīng)用在跨路工程的橋梁結(jié)構(gòu)，多使用頂推的施工方法進(jìn)行施工，頂推工藝相對(duì)復(fù)雜。為進(jìn)一步研究大半徑曲線鋼箱梁頂推施工關(guān)鍵技術(shù)，文章以某工程為依托，對(duì)鋼箱梁頂推施工的合理分塊、鋼梁拼裝、臨時(shí)支架設(shè)計(jì)、頂推工藝流程分析、合理頂推施工順序等內(nèi)容進(jìn)行了研究?？偨Y(jié)了頂推施工過(guò)程的關(guān)鍵工藝，形成了滿足地形要求的頂推施工技術(shù)。該研究成果可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞 鋼箱梁；分段拼裝；頂推施工；施工技術(shù)

中圖分類號(hào) U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）14-0071-03

0 引言

鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)是一種自重小、跨越能力強(qiáng)的結(jié)構(gòu)形式，且施工靈活多變，因此被廣泛地應(yīng)用在城市橋梁結(jié)構(gòu)中，尤其是跨越既有道路工程，具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

為了降低鋼箱梁橋施工過(guò)程對(duì)既有道路的影響，頂推施工法作為此類工程施工的首選方法[1]。邱緒山等針對(duì)鋼箱梁橋頂推施工開展了較多的研究，相關(guān)研究主要集中在頂推施工過(guò)程中的受力分析為主[2-3]。姜錫東對(duì)頂推過(guò)程中鋼梁的局部受力性能進(jìn)行分析，并對(duì)支點(diǎn)等局部構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化[4]。還有研究對(duì)頂推過(guò)程中鋼導(dǎo)梁、臨時(shí)墩等臨時(shí)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行了分析與研究[5-6]。

此外，韓如林等人對(duì)變高度鋼梁在頂推過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)也有相關(guān)研究[7]。對(duì)曲線鋼梁頂推過(guò)程中的受力特點(diǎn)和跨高速公路頂推施工關(guān)鍵工藝的研究也是目前主要研究方向之一。

綜合現(xiàn)有研究技術(shù)，主要的研究方向是施工工藝和受力性能，但由于鋼箱梁的頂推施工和結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)及建設(shè)條件密切相關(guān)，所以相關(guān)研究成果不能直接應(yīng)用在依托工程中雖有共性問(wèn)題，但仍和項(xiàng)目的自身特點(diǎn)密切相關(guān)，為研究連續(xù)跨越既有道路和河道復(fù)雜環(huán)境下的鋼梁頂推施工技術(shù)，該文以后鋼箱梁橋?yàn)橐劳?，開展了大半徑曲線鋼梁頂推施工技術(shù)的研究。

1 工程概況

1.1 總體概況與建設(shè)條件

依托工程為某跨江通道的南引橋，大橋跨越兩條既有通道，采用兩跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行跨越。其中第32聯(lián)南引橋跨越G346、現(xiàn)狀河道，橋位處情況復(fù)雜，為不影響G346的車輛通行，減少邊坡開挖，擬采用左幅70 m+60 m、右幅67 m+60 m兩孔鋼箱梁連續(xù)跨越。

國(guó)道車流量較大，不能進(jìn)行封路施工；橋位處條件復(fù)雜，跨越靈青河，天然氣管道周圍10米范圍內(nèi)不能進(jìn)行施工，因此不能采取原位吊裝方式進(jìn)行鋼箱梁的安裝。經(jīng)過(guò)比選后采用頂推法進(jìn)行鋼梁施工。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

上部結(jié)構(gòu)采用全焊單箱雙室截面鋼箱梁，分幅設(shè)置。單幅鋼箱梁全寬16.3 m，梁高3.166 m。中支點(diǎn)處鋼梁與路線設(shè)計(jì)線斜交角度為66.4°，端支點(diǎn)處鋼梁與路線設(shè)計(jì)線垂直。箱梁腹板采用內(nèi)外側(cè)等高設(shè)計(jì)，橋面橫坡由箱梁整體繞橋面設(shè)計(jì)高程點(diǎn)旋轉(zhuǎn)而成。鋼箱梁的頂板兼做橋面承重結(jié)構(gòu)，按正交異性板設(shè)計(jì)。鋼梁梁體部位頂、底板采用U形肋加勁，懸臂部位除護(hù)欄端部采用板肋加勁，其余頂板采用U形肋加勁。橋梁標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖1所示。

2 鋼箱梁拼裝與頂推施工

2.1 總體工藝

跨G346鋼箱梁如采用原位吊裝需封閉道路施工不能滿足通行需求，由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件約束，選擇步履式頂推安裝方式?，F(xiàn)場(chǎng)利用小里程側(cè)相鄰聯(lián)位置的場(chǎng)地搭設(shè)拼裝頂推支架，在拼裝區(qū)將運(yùn)輸段拼裝成頂推段，每幅鋼箱梁采用步履式千斤頂將梁段分為2個(gè)輪次分階段頂推至設(shè)計(jì)位置并落梁。

鋼箱梁左幅長(zhǎng)130 m、右幅長(zhǎng)127 m，先進(jìn)行鋼箱梁吊裝，再進(jìn)行頂推，左右幅均分2個(gè)輪次縱向吊裝及頂推，頂推到位后，拆除導(dǎo)梁，整體同步落梁。主要的施工工序如下：

（1）在施工現(xiàn)場(chǎng)處理好的地基基礎(chǔ)上搭設(shè)臨時(shí)支架，在拼裝臨時(shí)支架頂面測(cè)量鋼箱梁梁底標(biāo)高。

（2）鋼梁塊體運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，在拼裝支架上進(jìn)行鋼梁塊體拼裝。

（3）對(duì)梁段接口進(jìn)行焊接及檢驗(yàn)，完成后對(duì)環(huán)口位置進(jìn)行油漆補(bǔ)涂，并涂裝最后一道面漆。

（4）涂裝完成后，進(jìn)行頂推作業(yè)。

（5）施工完畢拆除導(dǎo)梁、頂推設(shè)備及臨時(shí)支架。

2.2 鋼梁拼裝

該橋的橋位處不具備水運(yùn)條件，鋼箱梁需要通過(guò)陸運(yùn)的方式運(yùn)輸至橋位處進(jìn)行拼裝后再進(jìn)行頂推施工。根據(jù)鋼梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)輸通行能力，對(duì)鋼梁縱橫向進(jìn)行分段加工。鋼箱梁吊裝縱向劃分為7個(gè)節(jié)段，橫向分為5個(gè)大段，如圖2所示，每道腹板及鄰近頂?shù)装遄鳛橐粋€(gè)塊體，兩側(cè)懸臂作為單獨(dú)塊體，塊體寬度為3.2～3.52 m不等，共計(jì)70個(gè)吊裝節(jié)段。節(jié)段劃分后最大重量為64.2 t。

頂推臨時(shí)支架設(shè)置：1～8#頂推臨時(shí)支架采用排架支架形式，結(jié)構(gòu)形式分為A類、B類、C類、D類、E類。根據(jù)不同的平面位置和功能需求略有不同，用作頂推過(guò)程的臨時(shí)墩功能。

支架鋼材采用?529×10 mm或?610×10 mm的鋼管，立柱間橫向聯(lián)系采用Ф219×6 mm的鋼管，剪刀撐采用20 a槽鋼，鋼立柱頂端采用雙拼HM588×300 mm或HN700×300 mm的H型鋼作為主縱梁，四或五拼HM588×300 mm、HN700×30 mm的H型鋼作為設(shè)備橫梁。設(shè)備橫梁前后設(shè)置墊墩，墊墩上設(shè)置雙拼HM588×300 mm、HN700×300 mm的H型鋼作為擱置橫梁，之間采用螺栓連接。支架之間也采用Ф219×6 mm鋼管、20 a槽鋼進(jìn)行連接。支架頂面設(shè)置臨時(shí)施工平臺(tái)。鋼管與連接系連接處焊縫均需達(dá)到要求

鋼梁拼裝用臨時(shí)支架為F類支架，拼裝支架采用鋼管搭設(shè)，每個(gè)接口對(duì)接位置搭設(shè)一組臨時(shí)支架，支架的主管采用8根Ф325×8 mm的圓管組成，橫斜腹桿采用Ф89×5 mm、Ф76×5 mm、[14a的型鋼組成，分配梁采用兩根焊接H428×407×20×35 mm，支架底座、頂座采用HM488×300×11×18 mm的型鋼焊接而成，調(diào)節(jié)圓管采用Ф299×12 mm的圓管，拼裝支架結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

臨時(shí)支架采用高強(qiáng)螺栓連接，法蘭之間采用M22高強(qiáng)螺栓連接，其他節(jié)點(diǎn)均采用M20高強(qiáng)螺栓連接。臨時(shí)墩基礎(chǔ)采用混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)尺寸為3.5 m×3.5 m。

鋼箱梁的縱向分段及拼裝先后順序如圖4所示。采用多輪次拼裝與頂推相結(jié)合的方式完成鋼梁的安裝施工。其中左幅鋼梁的拼裝順序?yàn)椋鹤蠓鵊段吊裝→左幅F段吊裝→左幅E段吊裝→左幅D段吊裝→導(dǎo)梁吊裝→頂推→左幅C段吊裝→左幅B段吊裝→左幅A吊裝→頂推。

右幅鋼梁的拼裝順序?yàn)椋河曳鵊段吊裝→右幅F段吊裝→右幅E段吊裝→右幅D段吊裝→導(dǎo)梁吊裝→頂推→右幅C段吊裝→右幅B段吊裝→右幅A段吊裝→頂推。

兩幅橋梁共進(jìn)行18輪次完成所有鋼梁塊體及導(dǎo)梁的拼裝。

3 鋼箱梁頂推施工

3.1 臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大橋施工總體采用先左幅后右幅的順序進(jìn)行頂推施工，頂推方向?yàn)閺男短?hào)側(cè)向大樁號(hào)側(cè)頂推。左右兩幅鋼箱梁頂推曲線均為圓曲線，頂推過(guò)程理論上不會(huì)出現(xiàn)軸線偏差，如在實(shí)際中出現(xiàn)了偏差則及時(shí)進(jìn)行糾偏。由于左右兩幅鋼箱梁間距為450 mm，在頂推過(guò)程不會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。頂推設(shè)備采用16臺(tái)600 t的步履式千斤頂進(jìn)行頂推，每個(gè)臨時(shí)墩頂設(shè)置2臺(tái)。

導(dǎo)梁的作用減少頂推過(guò)程中鋼箱梁的施工內(nèi)力，加大頂推跨度，并起到導(dǎo)向作用。導(dǎo)梁為非直線導(dǎo)梁，距導(dǎo)梁端部14 m左右設(shè)置一個(gè)折角為178.77°。導(dǎo)梁材質(zhì)為Q355鋼材，由2片變高工字形梁組成，左右幅橫向中心距8 m，導(dǎo)梁長(zhǎng)45 m。導(dǎo)梁長(zhǎng)度方向分為5段制作。節(jié)段之間頂板、腹板采用M24高強(qiáng)螺栓連接，底板采用熔透焊接連接。

導(dǎo)梁兩片主梁之間采用桁架與剪刀撐橫向連接，桁架由164 mm×6 mm、120 mm×4 mm的方管組焊構(gòu)成，剪刀撐由?219×6 mm的鋼管構(gòu)成，材質(zhì)均為Q235b。導(dǎo)梁根部高度與鋼箱梁相對(duì)應(yīng)腹板等高，前端底板抬高，便于導(dǎo)梁上墩。導(dǎo)梁采用兩節(jié)分段安裝的方式進(jìn)行拼裝，如圖5所示。

3.2 頂推施工工藝

以左幅鋼梁為例，鋼梁的主要頂推流程如下：

（1）在左1～8號(hào)支架上安裝8套頂推設(shè)備，共計(jì)16臺(tái)。利用汽車吊在JS106～JS110#墩之間拼裝場(chǎng)地拼裝G～D#節(jié)段；完成45 m鋼導(dǎo)梁安裝，并完成頂推系統(tǒng)調(diào)試，完成試頂推，如圖6所示。

（2）第一輪頂推52 m（累計(jì)52 m），頂推至2#臨時(shí)墩，上墩時(shí)注意兩肢導(dǎo)梁同時(shí)頂起，頂推過(guò)程確保頂推線形和頂推同步，同時(shí)監(jiān)測(cè)鋼梁及導(dǎo)梁的結(jié)構(gòu)受力

（3）第二輪頂推前行21 m（累計(jì)73 m），安裝A～C#節(jié)段，安裝A～C#節(jié)段，頂推過(guò)程確保頂推線形和頂推同步。

（4）第三輪頂推35 m（累計(jì)108 m），頂推至1#臨時(shí)墩，上墩時(shí)注意兩肢導(dǎo)梁同時(shí)頂起，頂推過(guò)程確保頂推線形和頂推同步。

（5）第四輪頂推34.5 m（累計(jì)142.5 m），拆除前兩節(jié)導(dǎo)梁，頂推過(guò)程確保頂推線形和頂推同步。

（6）第五輪頂推20.5 m（累計(jì)163 m），鋼箱梁到達(dá)設(shè)計(jì)位置，拆除剩余導(dǎo)梁，轉(zhuǎn)運(yùn)至梁段拼裝場(chǎng)地，頂推過(guò)程確保頂推線形和頂推同步。

（7）調(diào)整鋼梁整體線形及標(biāo)高，體系轉(zhuǎn)換，逐步完成落梁，拆除臨時(shí)支撐及臨時(shí)措施，鋼箱梁安裝完成，倒運(yùn)頂推設(shè)備至右幅使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

為探究復(fù)雜條件下大半徑曲線鋼箱梁橋頂推施工的關(guān)鍵技術(shù)，該文特以某跨江橋引橋?yàn)橐劳?，?duì)鋼箱梁的臨時(shí)墩設(shè)計(jì)、拼裝、頂推等關(guān)鍵工藝進(jìn)行了研究，得到了以下結(jié)論：

（1）結(jié)合環(huán)境和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)基于陸運(yùn)的鋼箱梁進(jìn)行了合理分塊，滿足運(yùn)輸與拼裝的要求。

（2）進(jìn)行了頂推施工合理順序及臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，形成了合理的頂推及拼裝臨時(shí)直接結(jié)構(gòu)，滿足頂推施工的要求。

（3）總結(jié)了頂推施工過(guò)程的關(guān)鍵工藝，形成了滿足地形要求的頂推施工技術(shù)?？蔀轭愃乒こ烫峁﹨⒖?。

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收稿日期：2024-01-25

作者簡(jiǎn)介：任梓綺（1991—）女，本科，工程師，研究方向：公路與橋梁工程。