梅家山立交高架桥钢箱梁顶推施工设计

2015-11-18殷俊华

山西建筑 2015年3期

殷俊华

(中铁大桥局第七工程有限公司，湖北武汉 430056)

1 工程概况

武汉市二环线武昌接线梅家山立交主线桥连接雄楚大街与鹦鹉洲大桥延长线，跨越白沙洲高架桥，主线高架桥第四联为(36.95 +62 +36.95)m 三跨钢箱梁，位于ZW211号～ZW214号墩之间，ZW211号～ZW214号墩线路平面为直线，纵断面沿道路前进方向的纵坡依次为1.68%(距离约5 763 mm)和R=2 500 m竖曲线。其标准段桥面宽度为26.04 m，主线桥全长约136 m。标准横断面截面积1.4 m2，截面惯性矩1.4 m4，截面高度2 420 mm。钢箱梁每延米重量约12.6 t/m，总重量1 800 t。主线桥第四联为本工程重点施工工程。

该工程跨越白沙洲高架桥。跨越的既有线为武汉市城市交通主干道，无法进行封路施工，在交通通行条件下，没有吊机站位空间，无法进行钢箱梁吊装作业，故采用顶推法进行施工。顶推施工实景图如图1 所示。

图1 主线桥第四联顶推施工实景图

2 顶推施工设计

2.1 顶推力与摩擦力自平衡整体设计

1)设计思路。

采用两台200 t 水平连续千斤顶提供顶推动力。一般而言，水平连续千斤顶设置在可以抵抗较大水平力作用的结构上，如桥台、重力式铁路桥墩等结构上。而本工程为城市高架桥，桥墩高度大于15 m，桥墩不足以抵抗顺桥向的顶推力。若仅依靠水平千斤顶所在的单个临时墩抵抗水平顶推力，则需要临时墩具备很大的顺桥向抗侧移刚度，通常还需另行设计临时支墩基础，工程量与工程造价较大，且构造较复杂，安全性也较低。

为了解决这一技术难题，利用匀速顶推过程中钢箱梁或所用临时支墩顶推力与摩擦力矢量之和大小相等、方向相反的力学特点，采用贝雷梁将各临时支墩串联，贝雷梁与临时墩铰接，使临时墩之间可以传递水平力，临时墩所受的顶推力与摩擦力相互抵消。串联后的临时墩整体水平位移与水平力为零。把需要设计同时抵抗较大水平力与较大竖向力的临时支墩转换为仅设计抵抗较大竖向力的临时墩。

另外串联各临时支墩的贝雷梁可以作为拼装钢箱梁时起落钢箱梁、调整钢箱梁拼装线性、钢箱梁焊接施工、油漆涂装施工的作业平台。

临时支墩整体布置如图2 所示，除62 m 长的主跨位于城市主干道，不宜串联，右侧5 个临时墩串联为一个整体，左侧2 个临时墩串联一体。

图2 临时墩整体方案示意图

2)力学分析。

在导梁顶推至右侧临时墩之前，假定钢箱梁受到顶推力为T，钢箱梁由5 个滑道梁支撑，匀速过程，钢箱梁受到的摩阻力分别为F3，F4，…，F7。则对钢箱梁与导梁而言，由水平力∑x=0，得:

由钢箱梁与导梁受到的顶推力与摩阻力的反作用力作用于临时墩体系上，则对临时墩而言，由式(1)可知:

故各临时墩串联为一个整体后，由式(2)可知，水平方向的顶推力与摩擦力是自平衡外力体系。故若假定临时墩之间的水平连接系的无弹性压缩，并且主梁及导梁完全水平，那么在匀速顶推过程中各临时墩不承受水平力作用，仅考虑竖向受力。导梁顶推至左侧临时墩时，钢箱梁受到左侧临时墩摩擦力由其他临时墩共同克服，单个临时墩的所受水平力较小。这样使临时墩的设计大为简化，并且增强了结构的安全性，尤其是高度较大的临时墩。

2.2 无弯曲应力空间折管式临时支墩设计

1)设计思路。桥梁施工的临时支墩通常都采用直管立柱，传力路径明确，加工安装方便。对墩旁临时支墩而言，会尽量使用桥梁承台作为基础。然而，顶推施工时墩旁临时支墩的墩顶需要安装滑道梁或体系转换所用的竖向千斤顶及抄垫钢板等，其均应正对钢箱梁中腹板位置，以避免顶推过程中钢箱梁底板压曲。通常支撑滑道梁或落梁千斤顶的立柱的正下方超出承台边界，若不重新设置临时墩的基础，就无法使用直管立柱。如利用承台作基础，就需使用通长斜管，或上下端直管与中间小段斜管所组成的折管。因通长斜管不便于吊装和定位安装，不便于安装柱顶滑动梁或分配梁等，故顶推设计采用折管，构造如图3 所示。并且其中斜管段的上下两端设置刚度足够大的水平连接杆，以抵消上端直管段传递的竖向力所引起的中段斜管下端位置的弯矩作用，即限制了折管上下2 个折点的转动位移。这样整个折管近似认为是无弯曲应力。

2)受力分析。利用Midas civil 建立ZW213号临时支墩模型。立柱均为φ609×14 mm，柱间连接系除横桥向两侧最上面一道为2［20a(背靠背，净距为零)，其余连接系为［20a。模型图如图4 所示。经计算立柱最大应力为119 N/mm2，连接系最大应力为165 N/mm2。其值与无弯曲应力折管式临时支墩的设计思路非常吻合。

图3 折管式临时支墩图

图4 ZW213号临时支墩模型图

3 顶推施工注意事项

1)安装折管式临时支墩时，注意控制好折管倾斜角度与上下直管的垂直度;2)若临时支墩基础为临时扩大基础或管桩基础，应对该临时墩进行预压，以避免临时墩沉降出现没有预料到的脱空;3)临时支墩之间的贝雷梁之间需设置水平与竖向支撑架，贝雷梁两端均应与临时对铰接，避免顶推过程中贝雷梁侧向弯曲与水平滑动，保证顶推力与摩擦力相抵消;4)顶推时应控制顶推位移，确保结构的抗倾覆性满足规范要求，同时做好应力监控，避免主梁应力超标而造成残余应力;5)钢箱梁拼装焊接时应根据钢箱梁成桥线性计算每节段钢箱梁拼装时的相对转角。以折代曲实现线性控制。