何財(cái)基

(向莆鐵路股份有限公司，福建 福州 350013)

連續(xù)剛構(gòu)橋在全橋合龍后，在二期恒載、混凝土收縮徐變以及溫度的影響下，整體有向中跨跨中移動(dòng)的趨勢(shì)，另一方面張拉跨中底板束時(shí)主墩會(huì)向跨中方向發(fā)生較大的水平位移，對(duì)橋墩受力較為不利，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生梁體腹板開(kāi)裂、跨中下?lián)系葐?wèn)題。為了抵消后期產(chǎn)生的這種水平推力以及給主墩帶來(lái)的不平衡彎矩，可在合龍前施加一定的水平頂推力，相當(dāng)于給主墩一個(gè)背向跨中的水平位移。頂推力應(yīng)結(jié)合溫度變化、收縮、徐變等方面的影響綜合考慮，類似于橋面設(shè)置預(yù)拱度的問(wèn)題。

向莆鐵路莆田特大橋有2聯(lián)連續(xù)剛構(gòu)在中跨合龍前，使用了頂推工藝，實(shí)際頂推的效果和理論模型基本吻合，達(dá)到了預(yù)期的效果。下面結(jié)合莆田特大橋?qū)嶋H施工的實(shí)例，將頂推工藝和控制要點(diǎn)作一簡(jiǎn)要介紹。

1 工程概況

向莆鐵路為國(guó)家Ⅰ級(jí)鐵路，設(shè)計(jì)行車(chē)速度200 km/h。其中，莆田特大橋全長(zhǎng)16.99 km，其中含有2聯(lián)連續(xù)剛構(gòu)橋，均上跨沈海高速公路，左線連續(xù)剛構(gòu)孔跨布置為(81+132+81)m，右線連續(xù)剛構(gòu)孔跨布置為(88+146+88)m，設(shè)計(jì)均采用掛籃懸臂施工，兩橋頂推工藝相同，主要介紹左線連續(xù)剛構(gòu)的合龍施工。

梁體為單箱單室直腹板、變高度和變截面結(jié)構(gòu)。梁高按1.8次拋物線變化，箱梁頂寬8.5 m，底寬6.6 m，截面中心處頂板厚度49.5 cm，腹板厚度45～90 cm，底板厚度由跨中50 cm變化到中支點(diǎn)120 cm，中支點(diǎn)處局部加厚到140 cm。全梁共設(shè)橫隔板7處，在每個(gè)中支點(diǎn)處設(shè)置兩道厚1.6 m的橫隔板，梁端支座處設(shè)置厚1.6 m的端橫隔板，跨中合龍段設(shè)置0.8 m的中橫隔板。主梁結(jié)構(gòu)主要尺寸見(jiàn)圖1。

圖1 半中支點(diǎn)半跨中截面(單位:mm)

2 頂推施工

2.1 工藝流程

理論計(jì)算→懸臂梁段施工→安裝預(yù)埋件→澆筑懸臂段混凝土→懸臂段混凝土張拉 →移動(dòng)掛籃→安裝千斤頂→張拉頂推→觀測(cè)→數(shù)據(jù)分析

2.2 理論計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，在中跨合龍前，在兩側(cè)懸臂端的四個(gè)角點(diǎn)均勻施加一對(duì)3 000 kN的對(duì)頂力，但設(shè)計(jì)中沒(méi)有給出頂推之后主墩的預(yù)偏量。為了更好地控制頂推過(guò)程，分析頂推的效果，在頂推前，運(yùn)用MIDAS軟件建立了理論模型，即模擬出頂推后主墩的預(yù)偏量，然后測(cè)量實(shí)際頂推后發(fā)生的位移量，就可以比較分析頂推的效果。通過(guò)MIDAS軟件模擬，按照設(shè)計(jì)圖的要求，在兩懸臂端，均勻地施加一對(duì)頂推力，見(jiàn)圖2，通過(guò)圖3可以看出頂推后的理論模型，圖4可以看出懸臂端的位移量，最大懸臂端施加對(duì)頂力后，450#主墩懸臂端位移為11.734 mm，451#主墩懸臂端位移為13.477 mm，共發(fā)生位移為25.211 mm。通過(guò)圖5可以看出，雙薄臂墩在3 000 kN的對(duì)頂力作用下，450#主墩發(fā)生的位移為6.661 mm，451#主墩發(fā)生的位移為8.587 mm。

圖2 施加對(duì)頂力示意

圖3 施加對(duì)頂力后整體位移示意

圖4 中跨對(duì)頂位移示意

圖5 雙薄壁墩位移示意

2.3 頂推前的準(zhǔn)備

2.3.1 預(yù)埋件的加工及安裝

在進(jìn)行梁段施工時(shí)，在4個(gè)角點(diǎn)提前預(yù)埋頂推用的40 cm×40 cm×2 cm鋼板，便于頂推傳力型鋼的焊接，使千斤頂頂推過(guò)程中梁體受力均勻。

由于千斤頂?shù)拈L(zhǎng)度有限，合龍段的長(zhǎng)度又為2 m，因此必須加工型鋼作為傳力設(shè)備，根據(jù)計(jì)算，型鋼用I36雙拼焊接即可，焊縫≥8 mm，焊縫一定要飽滿，并在接觸面加焊兩塊三角筋板，安裝時(shí)，型鋼的軸線和梁體軸線要保持同一方向。

2.3.2 觀測(cè)點(diǎn)的布置

頂推前在兩懸臂段的梁頂面，對(duì)稱布設(shè)好4個(gè)用于觀測(cè)高程變化的基準(zhǔn)點(diǎn)1，2，3，4點(diǎn)，并在頂推前測(cè)出基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，以便觀測(cè)頂推前后梁體的位移，此兩組點(diǎn)距最好取固定值(本梁取2.2 m)，便于在頂推過(guò)程中能用鋼卷尺方便直觀量測(cè)出梁體位移變化數(shù)據(jù)。基準(zhǔn)點(diǎn)布置見(jiàn)圖6所示，千斤頂頂推作用點(diǎn)見(jiàn)圖7，千斤頂作用力為3 000 kN。

另外，在兩個(gè)主墩的0#段梁頂部的中心位置處，各布設(shè)一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)來(lái)觀測(cè)頂推后主墩頂部的預(yù)偏量，這個(gè)點(diǎn)可以利用原來(lái)0#段梁頂?shù)乃疁?zhǔn)點(diǎn)(鋼筋頭上面鋸上十字絲便于觀測(cè)坐標(biāo))。

圖6 基準(zhǔn)點(diǎn)布置

圖7 千斤頂作用點(diǎn)布置

2.3.3 頂推機(jī)具

頂推所用的主要機(jī)具有4臺(tái)250 t油壓千斤頂及配套的4臺(tái)油泵、水準(zhǔn)儀1臺(tái)，全站儀1臺(tái)，鋼卷尺2把。千斤頂用于頂推，水準(zhǔn)儀用于測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)的高程，全站儀用于測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，鋼卷尺用于量測(cè)觀測(cè)點(diǎn)間的距離。

2.3.4 頂推

1)安裝千斤頂。頂推所用的預(yù)埋件安裝好后，再安裝千斤頂，千斤頂要保持水平，和型鋼保持同軸心，然后稍微開(kāi)動(dòng)一下油泵，使千斤頂緊緊頂住型鋼，測(cè)量?jī)蓚€(gè)懸臂段觀測(cè)點(diǎn)的間距，即觀測(cè)點(diǎn)1至觀測(cè)點(diǎn)3的間距和觀測(cè)點(diǎn)2至觀測(cè)點(diǎn)4的間距，測(cè)量各基準(zhǔn)點(diǎn)的高程，做好記錄。

2)施加20%的力。4個(gè)千斤頂全部安裝完成后，同時(shí)開(kāi)動(dòng)油泵，先施加20%的力，持荷約2 min，觀察預(yù)埋件是否處于最佳的受力狀態(tài)，受壓后各型鋼和千斤頂是否同軸心，若發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整，再重新安裝千斤頂頂推。

3)施加100%的力。施加20%的力后，若沒(méi)有異常情況就繼續(xù)施加到100%的力，保持持荷狀態(tài)，再測(cè)量各基準(zhǔn)點(diǎn)和兩個(gè)主墩0#段中心點(diǎn)的高程和坐標(biāo)，并用鋼卷尺量距，做好記錄。

4)數(shù)據(jù)分析。各項(xiàng)數(shù)據(jù)測(cè)量完畢后，馬上進(jìn)行分析，并和理論模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，若有大的誤差則要找明原因進(jìn)行分析，再進(jìn)行處理。

本次頂推的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，實(shí)際頂推后的線型、受力狀態(tài)和理論模型基本吻合，說(shuō)明頂推達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，不需要校正二次頂推。

表1 頂推數(shù)據(jù)記錄 mm

5)安裝勁性骨架。頂推工藝結(jié)束后，立即安裝合龍段的勁性骨架。勁性骨架的安裝一定牢固可靠，不能有松動(dòng)現(xiàn)象。

6)拆除頂推設(shè)備。勁性骨架安裝完畢后，先將千斤頂同時(shí)回油、同時(shí)收縮，使頂推用的型鋼處于松弛狀態(tài)，再拆除型鋼。

7)后續(xù)工藝。拆除完頂推的設(shè)備后，進(jìn)行鋼筋的綁扎安裝，再進(jìn)行混凝土的澆筑，按照常規(guī)工藝施工即可。

3 頂推施工控制要點(diǎn)

1)提前把頂推前的合龍段兩懸臂端梁體高程觀測(cè)點(diǎn)初始高程測(cè)量出來(lái)，此時(shí)水準(zhǔn)儀提前架好，最好架設(shè)在0#段上，因?yàn)轫斖七^(guò)程對(duì)0#段高程影響最小。

2)主墩頂?shù)奈灰朴^測(cè)時(shí)，全站儀要選好一個(gè)制高點(diǎn)，不能放在該主墩的0#段上面。

3)當(dāng)4臺(tái)千斤頂全部就位后，按照各自千斤頂對(duì)應(yīng)的油表標(biāo)定方程，由每臺(tái)千斤頂頂推3 000/4=750 kN力，計(jì)算出各自油表讀數(shù);4臺(tái)千斤頂需要同步進(jìn)行頂推，按照設(shè)計(jì)要求同時(shí)啟動(dòng)4臺(tái)油泵車(chē)對(duì)梁體進(jìn)行緩慢均勻頂推至設(shè)計(jì)值。

4)頂推的型鋼必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度，不能在頂推時(shí)變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生安全事故。

5)4個(gè)角點(diǎn)的頂推要保持同步進(jìn)行，要在頂推前做好演練，防止受力不均對(duì)梁體的線型產(chǎn)生影響。

6)保證4臺(tái)千斤頂不泄壓，不回油狀態(tài)，及時(shí)用體外勁性骨架對(duì)梁體重新進(jìn)行臨時(shí)鎖定，體外勁性骨架鎖定一定要牢固可靠，螺栓螺母擰到位，并用鋼筋加固焊確保安全。

4 結(jié)語(yǔ)

頂推施工直接影響到梁體的線型和受力狀態(tài)，中跨合龍前的頂推，是為了抵消混凝土箱梁收縮徐變而產(chǎn)生的次內(nèi)力，可以使主梁在全橋合龍階段以及未來(lái)的運(yùn)營(yíng)階段受力符合設(shè)計(jì)要求，受力更趨合理化，達(dá)到理想狀態(tài)。通過(guò)對(duì)觀測(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)的比較，以及對(duì)全橋的檢驗(yàn)結(jié)果表明，莆田特大橋跨沈海高速連續(xù)剛構(gòu)的頂推技術(shù)應(yīng)用成功。

［1］ 中華人民共和國(guó)鐵道部．TZ213—2005客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2005．

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