浅谈简支钢桁梁跨高速公路顶推安装工法

2017-05-05王广生

四川水泥 2017年3期

关键词：落梁导梁桁梁

王广生钱伟

浅谈简支钢桁梁跨高速公路顶推安装工法

王广生1钱伟2

（中交三航局第三工程有限公司江苏南京 210011）

本文介绍了简支钢桁梁跨高速公路施工的其中一种工法，该工法较简支钢桁梁原位拼装工法和桁梁悬拼工法等具有安全合理，经济高效，施工快速等特点，该工法对现代化高标准、严要求的万众创新高新技术施工企业技术创新具有重要里程碑意义。

简支钢桁梁；跨高速公路；顶推安装工法

1工程概况

白果村跨岳常高速特大桥1#墩、2#墩之间采用108m钢桁梁跨越岳常高速公路，交叉点铁路里程为DK1368+844.27，交叉处公路里程为K864+900。铁路与高速公路交角为33度，路面设计标高39.17m,设计净空按5.5m考虑，高速公路设计为双线4车道，车道宽26米，中间为宽度1.5m的中央分隔带，两侧为应急车道及硬路肩，与铁路交叉处高速公路为半路堑半路基形式。

108m钢桁梁全长109.5m，计算跨度108.0m，双线铁路，线间距4.0～4.001m，设计净空5.5m。主桁为无竖杆整体节点平行弦三角桁架下承式有砟桥面简支钢桁梁。

1-108m钢桁梁桥位立面布置图见下图所示:

1、钢桁梁桥位立面布置图

108m钢桁梁桥位平面布置图见下图所示:

图2、钢桁梁桥位平面布置图

2施工方案比选

根据铁路桥梁跨越既有高速公路工况，通用的施工方案有三，即：一、采取高速公路半幅通行，半幅封闭，在高速公路上搭设拼装支架原位拼装方案，该方案特点是对既有高速公路运营有所影响，其与高速公路产权单位协商成本较高，受当地施工环境和高速车流量影响较大，对施工成本不可控因素较多；二、采用在高速公路上搭设防护棚，钢梁悬拼施工方案，其施工投入较大，需要投入桥梁专用吊装设备，对于钢梁吨位总量不超过2000t的简支钢桁梁，显然不是那么经济合理，其高空作业的风险因素更多。三、采用钢梁顶推方案，在临近高速公路的一侧设置拼装场地和滑道，在拼装场地进行简支梁的组装，完成钢梁组拼工艺后，安装顶推系统，利用顶推系统将钢梁从一侧利用滑道支撑钢梁拖拉至另一侧，安装固定。该方案的特点是施工过程中几乎不影响高速公路的运营，施工总体可控，安装成本相对较合理，施工效率高等特点。

表1、原位拼装、悬拼及顶推安装方案比选

项目支架原位拼装专用设备悬拼顶推安装方案可行性可行性可行可行可行操作性操作简单操作略复杂操作简单安全性吊装风险节段吊装，起重物自重略大，吊装风险略高节段吊装，起重物自重小，吊装风险低节段吊装，起重物自重略大，吊装风险略高支撑架受力杆件水平冲击力略大，线型调整反力略大杆件水平冲击力小，线型调整反力小杆件水平冲击力小，线型调整反力小经济性设备投入少略多略多人员投入30人40人25人临时钢结构投入约400吨约400吨约650t 质量保证线型控制现场支架拼装，线型成型较好高空悬拼，线形成型略困难现场场地拼装，线形成型好工期要求现场施工时间工期长工期长工期短工厂预拼时间有有有节点工期可控，要求高可控，要求高可控，要求低场地要求高低低

3顶推施工工艺及重难点

3.1顶推施工定义

在桥头沿桥纵轴线方向将拼装好的梁段向前推出使之就位的桥梁施工方法。须紧靠桥台后部开辟拼装场地，每拼装一个单位节段即用水平液压千斤顶施力，借助于不锈钢和聚四氟乙烯模压板组成的滑动装置，将钢梁逐段向对岸顶推，待全部顶推就位后，再落梁。更换正式支座，完成桥梁施工。

3.2顶推施工设计工艺

顶推法施工的过程受力分析及施工验算内容是需要掌握的关键，拿本桥简支钢桁梁各顶推工况分析示例，以便更好的说明顶推工艺的关键控制措施。

白果村跨岳常高速特大桥108米钢桁梁架设时，在0#墩与2#墩之间现场搭设8个临时支墩，临时支墩采用格构式结构，在0#墩后方搭设123米条形基础。临时支墩分配梁上安装滑道梁，在滑道梁上放置滑块，基础采用C30的扩大基础。临时支墩总体布置如下图所示。

图3 临时支墩布置图

本桥采用单点顶推法架设钢桁梁。在0#~1#桥墩之间及0#墩后方架设14个节间长度的临时拼装支架（钢梁9个节间、导梁5个节间），利用150T履带吊将导梁和钢桁梁拼装成整体节间，采用顶推装置将架设的节间由1#墩向2#墩顶推，直至钢桁梁全部顶推就位。

根据《新建蒙西至华中地区铁路煤运通道108米简支钢桁梁（图号：专桥（2014）0421-IV）》和)施工单位提供的导梁及临时支架设计图，采用有限元分析软件Midas civil 2012建立包括钢桁梁和导梁的有限元模型，共318个节点，819个单元，其中前端5个节间为导梁，后端9个节间为钢桁梁。在顶推过程中，根据实际受力情况调整有限元模型，如图4所示。

图4钢桁梁顶推计算简图

3.3顶推过程典型计算工况

表2 顶推过程计算工况

根据上表分析，工况二钢梁悬臂最大，导梁将要上L4#支墩，工况二迈达斯建模如下图所示。

图5 工况二情况下有限元计算模型

工况二支反力、应力图和变形图如下所示。

图6 工况二情况下支反力（单位：t）

图7 工况二情况下应力云图（单位：Mpa）

图8 工况二情况下变形云图（单位：mm）

根据顶推施工过程各工况支反力可知：滑座所受最大压力F=657t，在顶推过程中临时支架L1处受到最大压力F1=123.0t，临时支架L2及临时支架L3处受到最大压力F2/3=657t，临时支架L4处受到最大压力F4=472.6t。在顶推过程中产生的水平力由滑道梁传至后端条形基础处，即临时支架L1与临时支架L2处水平力忽略不计，而临时支架L3处产生的顶推水平力N=65.7t，张拉千斤顶反力座及拉锚器受到的水平拉力N1=150t。

根据钢梁及导梁受力分析结果，设计临时支架承力结构，滑道设计，以及滑块设计，布置顶推系统和相关构件，完善相关构件一系列的受力计算，以便指导现场顶推施工安装。

白果村村跨岳常高速特大桥108米钢桁梁架设步骤：

步骤一：1、在0#墩与1#墩之间、1#墩右侧20米范围及0#墩左侧123米范围内搭设拼装平台，2#墩左侧25米范围内搭设临时支架,用于钢桁梁拼装与顶推。

2、在拼装位置上方设置滑道梁，在临时支架L3上方滑道梁上面设置200t连续水平千斤顶及其配套设置（液压泵、控制系统等）；

3、在L1临时支架和1#墩上方滑道梁上布置200t横向限位纠偏千斤顶，每处各布置2台。

4、在L2临时支架和2#墩上方滑道梁上布置550t竖向顶升千斤顶，一共4台。

步骤二：1、利用150t履带吊在拼装平台上拼装导梁U8U7、U7U5、U5U4、U4U1、U1E0’共5个节间的63.75米导梁及钢桁梁第一节间下弦杆，拼装架设时，依次在节点U8、U6、U5、U4、U3、E0’对应节点中心底部设置滑移垫块。

2、在钢梁E0'节点下方安装顶推反力座后锚（不影响滑块抄垫），牵引用钢绞线（规格为∅15.24）与反力座后锚锚固，至端部200t连续千斤顶穿出，L3临时支墩为固定牵引端，利用主控单元控制系统控制2×200t千斤顶同步向2#墩方向顶推前移。

3、将导梁向2#墩方向拖拉，直至导梁前端到达L3临时墩处。

步骤三：1、用150t履带吊在拼装平台上分别按节间顺序拼装钢桁梁,直至拼装结束。

步骤四：1、利用200t水平张拉千斤顶对导梁和钢桁梁向2#墩方向进行整体拖拉。

2、当E0'节点到达L3临时墩上方时停止拖拉,将E0’节点下方的后锚反力座安装到E0节点下方（不影响滑块抄垫）。

步骤五：1、继续拖拉，直至导梁到达L4#临时墩。

步骤六：1、继续拖拉，直至钢梁到达设计位置。

2、拖拉过程中逐步拆除导梁伸出部分,直至导梁全部拆除。

步骤七：1、在1#及2#墩顶安装落梁装置、纵横移装置。

2、拆除L1#至L4#临时支架、及顶推系统。

3、利用落梁装置完成钢梁体系转换，并安装墩顶支座。

4、利用墩顶布置的横移装置调整钢梁成桥线型。

5、完成桥梁附属结构的施工，全桥施工完成。

图9 临时支架布置图

3.4顶推过程中的纠偏

1）钢桁梁两点同步连续水平顶推系统由液压泵站、连续千斤顶和控制系统三部分组成，具有两侧同步、单侧单动、单点单动功能。通过调整千斤顶不同的行程，来达到纠偏目的，再同时顶推。

2）顶推作业完成后，利用墩顶布置聚四氟乙烯板和竖向千斤顶落梁，利用水平千斤顶调整横向位移，完成体系转换。

3.5落梁工艺

在球形支座上安装落梁抄垫装置与钢桁梁支点抄实，在油顶支撑位安装起顶落梁装置；

起顶落梁装置起顶，完成支撑体系转换，拆除滑道系统，开始起落梁。起落梁原则：由1#墩侧先于2#墩侧依次落梁，每次起落高度定为 80mm，落梁次序为1#墩→2#墩→1#墩→2#墩→1#墩。每墩落梁时墩顶布置的竖向油顶同步起顶，起顶高度控制为 20mm，然后抽出 20mm 抄垫板，接着落梁 20mm，采用边抽边落的方法，直至落梁高度达到 80mm，停止落梁。固定抄垫板，转至下一桥墩落梁。如此循环，直至全桥落梁至理论高度。落梁就位后，检查各支点位移数值，进行纵横移纠偏。

成桥纵横向纠偏完成后，通过温差法落梁安装支座。