曲线斜拉桥钢箱梁顶推施工技术

2023-01-08张达

交通世界 2022年15期

关键词：主墩钢箱梁线形

张达

（石家庄市交投津石高速公路建设管理有限公司深正分公司，河北石家庄 050000）

0 引言

曲线斜拉桥的中跨常采用钢箱梁结构，且在上跨既有线或河流的复杂情况下大多采用顶推法施工。为保证钢箱梁的顶推达到质量要求和既有线安全，需根据工程实际情况，对顶推施工技术进行研究，明确各项技术要点。

1 工程概况

某斜拉桥总长约420m，跨径为55m+45m+220m+45m+55m，桥面宽34.5m，按双向六车道标准设计。主梁为混合主梁，两侧边跨均为混凝土箱梁，长度相同，均为109.4m，中跨为钢箱梁，其两端和混凝土箱梁之间的交汇处采用长度为2m 的混合段，所有钢箱梁均采用顶推法施工。沿纵向分布的钢箱梁是一条跨度较大的变曲线，其中两侧是18.66m长直线段，中段是159.88m 长竖曲线，其半径为2 000m。本文以该曲线斜拉桥为例，对钢箱梁顶推施工技术进行探讨。

2 顶推方案比选

根据类似工程相关经验和该桥实际情况，为避免该桥上部结构施工给下部铁路正常运营造成影响，确保桥梁施工与铁路运营安全，所有钢箱梁段均采用顶推法进行施工。结合已有施工经验及该桥梁结构特点，制定了如下3套顶推方案：

（1）方案1：楔进式。施工成本高，工效一般，风险一般，技术特点为：临时支墩上部水平方向作用力易于控制；能较好地适应钢箱梁结构的竖向线形；对液压控制系统精度有较高要求；对楔块与滑道有较高要求；对钢箱梁临时支承有较高要求。

（2）方案2：拖拉法。施工成本一般，工效低，风险极高，技术特点为：安装对拉锚器与限位装置时必须在梁底开孔；临时支墩在施工时会受到很大的水平方向作用力；中线调整精度较低，且会在横向产生一定附加载荷；对钢箱梁临时支承有较高要求。

（3）方案3：步履式。施工成本高，工效高，风险低，技术特点为：临时支墩上部水平方向作用力易于控制；能较好地适应钢箱梁结构的竖向线形；顶推设备自成体系，可对中线进行自动纠偏；所有顶推设备均能实现同步控制，有较高的稳定性与安全性；对钢箱梁临时支承提出的要求不高[1]。

经综合比较，最终选择步履式方案。

3 顶推临时设施

以桥梁周围环境条件及顶推技术要求为依据，施工前需合理布置各类临时设施，如龙门吊、拼装平台、临时墩和钢导梁。

（1）龙门吊

借助龙门吊对钢箱梁实施起吊拼装与平移。该工程所用的龙门吊型号为LMD-60，其最大提升能力可以达到60t，满足该桥梁吊装基本要求。

（2）拼装平台

依据桥梁周围环境条件及顶推技术要求，在0#墩和2#主墩以内设置拼装平台，使其线形较好地适应竖曲线。整个拼装平台由以下几部分组成：①桩基础；②钢管立柱；③横向分配梁；④纵向贝雷承重梁；⑤贝雷顶分配梁；⑥线形调整支点；⑦安全防护栏；⑧焊接平台。通过顶推使钢箱梁从2#主墩处通过后，利用其北侧平台对风嘴与人行道进行吊装。

（3）临时墩

该桥梁的顶推施工需布置8 个临时墩，其中2#与3#主墩间6 个。根据顶推时不同阶段的最大支反力与水平力设计临时墩。为了使顶推保持平顺性及就位后有良好的线形，临时墩的顶部标高要求在竖曲线上。临时墩各承台均布置钢管墩柱，并在钢管柱之间布置钢管平联与剪刀撑。将临时墩设置到位后，在其顶部进行顶推平台布置，按照从下到上的顺序布置横、纵梁及垫梁，其中横、纵梁均为30mm 厚Q345B 钢板，而垫梁为20mm 厚Q345B 钢板，在相邻两个梁体之间通过角焊缝焊相连，以纵梁为顶推设备支撑。为了使顶推设备能在顶推完成后为钢箱梁提供可靠支撑，还需在纵梁的两端顺桥向布置临时钢垫梁[2]。

（4）钢导梁

导梁总长46m，高度从3.17m 渐变为0.95m。整个导梁被分成以下6节：第1节导梁长3.045m，第2～第4节导梁长度相同，均为9m，第5、第6 节导梁长度相同，均为8m。钢导梁和钢箱梁之间通过焊接相连，相邻两节钢导梁之间采用高强螺栓相连。钢导梁的下翼缘板通过坡口焊相连，整个钢导梁采用Q345B 钢板制作而成，工字形截面中心之间的距离为10m，采用横向桁架相连。为了使钢导梁顺利上墩，将其前端做成反坡，竖向高度为680mm，水平方向长度为10m。另外，为确保顶推时钢导梁上墩后墩顶可实现同步受力，必须保证钢导梁实际安装精度，先在工厂对钢导梁进行分单元加工，然后运输到工地进行分段拼装[3]。

4 顶推设备布置

根据钢箱梁结构及其受力特点，在顶推施工中，所有顶推设备的竖向承载力都必须达到要求，并具备竖向与水平调节功能。基于上述要求，对顶推设备做如下设计：在下部结构中安装顶升油缸，以桥墩顶部为支承点，上、下部结构采用不锈钢板与四氟乙烯板实现滑动，在滑动过程中，下部结构与顶升油缸均与桥墩之间保持不动。一套完整的顶推设备除机械结构外，还应包含液压机电控系统，基于计算机控制，采用组合动作使钢箱梁在不同方向实现移动与顶升，进而确保钢箱梁顶推结束后达到良好线形。

顶升设备机械结构由上部滑移结构、顶升支撑油缸、顶推移动油缸、横向调节油缸组成。在计算机控制及液压驱动支持下，进行顶推与降缩。液压系统包含支撑顶升、顶推移动与横向调节3 个部分。油缸的动力由液压泵站提供，按照计算机控制指令完成各类动作。所有桥墩均设置分控器，用于传感器数据采集，并根据主控器发出指令，液压电磁阀进行驱动，采用CAN总线和主控器相连；采用主控器对系统进行集中控制。

根据设计要求对钢箱梁进行节段划分，共分为58段，每段长3.4m、宽27m，采用布置于2#主墩以南的平台进行拼装。最重节段的质量为60t，借助起重能力不低于60t 的龙门吊对节段进行起吊与移装。因2#主塔两个支塔柱间的净宽较小，需将钢箱梁从2#主塔处顶推过后，于主塔以北设置风嘴与人行道[4]。

5 顶推施工工艺

5.1 施工难点

采用顶推法对该桥梁钢箱梁进行施工时，主要存在以下几方面难点：

（1）钢箱梁从既有线路上跨越，无论是对施工安全还是进度都提出了很高的要求。

（2）最多时需同时使用7 套顶推设备，对同步控制精度提出了极高要求。

（3）梁底结构受力有很大局限性，顶推设备需将支承力施加给腹板，同时顶推设备应能对支反力予以精确调节。

5.2 关键技术

该桥梁顶推法施工的关键技术包括：

（1）采用多点顶推，以桥墩受到的竖向载荷为依据对各点顶推压力进行调节，用于降低桥墩受到的水平作用力[5]。

（2）采用计算机系统对同步顶推过程进行控制，防止桥墩产生集中载荷。

（3）采用计算机系统对液压下降进行控制，防止单个顶升油缸产生偏载。

（4）对移动偏差进行动态检测，并根据检测结果，利用千斤顶纠偏。

（5）对临时墩水平方向位移进行实时监测与控制，并结合顶推压力观察，避免临时墩因为顶推而受损。

5.3 施工工艺流程

顶推施工流程为：临时墩与拼装平台施工→顶推设备安装与调试→钢导梁拼装→第一节钢箱梁和钢导梁连接→第一节钢箱梁和钢导梁整体顶推前移→后续各段钢箱梁分段拼装和顶推前移→钢箱梁整体顶推到位→顶推到位后的钢箱梁线形调整→完成钢箱梁顶推施工。顶推施工的具体工作步骤为：

第一步：顶升油缸开始工作，使钢箱梁被顶起。

第二步：顶推油缸开始工作，使梁体向前移动30cm。

第三步：若发现梁体产生偏位，则横向调节油缸开始工作，纠正梁体偏位。

第四步：顶升油缸开始工作，使钢箱梁被下放到临时布置到位的钢垫梁上。

第五步：顶推油缸开始工作，回缩到最初状态。

5.4 顶推监控

顶推施工中要做好如下实时监测与控制：

（1）顶推时如果发现顶升或顶推力突然升高，则应立即停止顶推，检查原因。

（2）对梁体中线产生的偏移及临时墩顶部产生的水平及竖直方向位移进行观测。临时墩上的工作人员对梁底预先画出的腹板中线进行观察，确认其能否和垫梁表面腹板基准线重合，若两者的偏位达到2cm 以上，则应立即上报开始纠偏，临时墩顶部的水平与竖直方向围岩均采用挂设线锤的方法来测量。

（3）顶推力以主控台与摩阻力为依据自动调整，采用油表反映，在千斤顶施工前需按照要求进行校定。

（4）在最后一轮顶推过程中要适当减慢顶推速度，为纠偏和纵向移动提供方便。

（5）对所有顶推阶段予以建模分析，确定不同位置对应的最不利条件，并确定不同阶段及位置对应的预警值。

（6）将应变片安装到临时墩柱、钢导梁的过渡与被顶推的钢箱梁上，以便在顶推时实时监测各部位的应力。

5.5 同步、线形控制

采用控制系统对泵站进行控制，由行程传感器对各油缸的行程予以实时反馈。通过对泵站比例阀的适当调节，实现对油缸顶升、顶推与下降速度的有效控制，使梁体同步顶升与临时垫梁之间脱离，并同步顶推至最大行程，最后同步下降至临时垫梁。对钢箱梁进行同步顶推时，应对箱梁线形予以密切观测，通过横向调节油缸进行横向线形控制，而竖向线形通过竖向顶升油缸进行控制。