郭萬里 任利劍 吳澤眾

(1.河海大學巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇 南京 210098; 2.河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098)

0 引言

自錨式懸索橋因其結構形式多樣、跨徑范圍較大、景觀優(yōu)勢突出、對地形適應能力強而得到了廣泛的發(fā)展，在國內已完工的自錨式懸索橋中，橋面形式以鋼筋混凝土箱梁和預應力混凝土箱梁為主。近年來，以鋼箱梁作為主梁的自錨式懸索橋作為一種新興的橋型，在國內橋梁建設事業(yè)中已經(jīng)占據(jù)了一席之地。一方面由于這種跨徑較大、造型美觀、受力明確的結構形式正越來越受到人們的關注;另一方面隨著我國鋼鐵工藝和鋼結構技術的發(fā)展，箱形截面抗扭剛度大、選材靈活、整體性好以及節(jié)省鋼材等特點使得鋼箱梁結構在橋梁設計及建造過程中得到了廣泛的應用。

因此，探求自錨式懸索橋鋼箱梁主梁的頂推工藝顯得尤為重要。本文對自錨式懸索橋鋼箱梁主梁的特點進行了分析，對主梁的頂推工藝包括頂推系統(tǒng)、頂推工藝、落梁方案三方面進行了闡述，并重點分析了主梁頂推過程中需要控制的主梁線形、索鞍偏移和主梁應力三個基本內容。目前，頂推已經(jīng)成為一種常見的主梁安裝形式，本文的研究結果對頂推在施工中的安全運用具有重要的理論意義和實用價值。

1 鋼箱梁的特點

鋼筋混凝土和預應力混凝土梁具有可就地取材和工業(yè)化施工、耐久性好、適應性強、整體性好等特點，預應力混凝土梁橋更兼有節(jié)省鋼材和跨越能力強的長處。但其施工方法大都采用設立支架進行現(xiàn)澆和施加應力，造價較高，工期較長，且預應力混凝土梁所用的鋼材長期處于高應力狀態(tài)，對外界腐蝕高度敏感，對機械操作要求較高，給設計、施工及后期的維護造成了一定的困難[1]。與混凝土和預應力混凝土結構橋梁相比較，鋼箱梁結構主梁除具有抗扭剛度大、強度高、重量輕、整體性好和外形簡潔流暢等特點外，還有如下特點:

1)設計方便。

由于鋼材是以一定的規(guī)格供應的，鋼箱梁是由鋼材拼裝焊接而成，對于主梁不同的受力分布，可以通過調整板厚和鋼材的型號將鋼箱梁的應力控制在安全范圍之內，這對設計和施工幾乎不增加難度，鋼材用量增加也不多。

2)施工快捷。

水位的季節(jié)性變化對施工環(huán)境有重大影響，因此加快施工進度，提高工程質量，是橋梁建設發(fā)展的要求。鋼箱梁節(jié)段可在鋼構件加工工廠進行預制加工和初步噴涂，待加工完成后再運至現(xiàn)場進行拼裝焊接[2]，可大大縮短工期。

2 鋼箱梁主梁的頂推工藝

2.1 主梁頂推系統(tǒng)

根據(jù)主梁的結構形式，結合頂推施工的特點，主梁頂推系統(tǒng)主要分為頂推輔助結構措施和頂推設備兩大類，其中頂推輔助結構措施細分為:頂推工作平臺體系、臨時支墩體系、導梁及頂推加固體系四個部分。

2.1.1 頂推工作平臺體系

頂推工作平臺一般是采用型材按一定的結構形式搭設而成的一種剛性支架，主要用于主梁主要構件的現(xiàn)場拼裝。考慮頂推工作平臺的穩(wěn)定性及主梁頂推施工的需要，頂推工作平臺橫斷面上的兩個主立柱通常采用兩種基礎形式——混凝土承臺基礎和鋼管樁基礎，其中頂推設備位置的主立柱采用鋼管樁基礎，其余位置采用混凝土承臺基礎。

2.1.2 臨時支墩體系

臨時支墩體系根據(jù)其使用功能可分為吊裝用臨時支墩和頂推施工臨時支墩。1)吊裝用臨時支墩。吊裝用臨時支墩是一種剛性支架，其材料選用及結構形式與頂推工作平臺相類似。2)頂推用臨時支墩。頂推用臨時支墩是為主梁頂推施工而搭設的一種剛性支架。當橋梁所跨的水域較寬時，除岸上設臨時支墩外，還需設江中臨時支墩。

2.1.3 導梁及頂推加固體系

當頂推用臨時支墩縱橋向最大間距大于航道通行要求航道凈空寬度時，主梁前端需設置導梁。為降低導梁自重，并滿足主梁頂推施工要求，一般采用變截面工字型導梁，由根部向端部逐漸減小。導梁與主梁連接處設有兩組縱梁，其結構外形尺寸與邊主梁保持一致，根部與邊主梁采用焊接連接，兩組縱梁間通過桁架式橫梁連接形成整體。為便于導梁通過臨時支墩，導梁的兩組縱梁端部設計成臺階狀，以利于過墩時起頂。

2.2 主梁頂推工藝

2.2.1 頂推前的準備工作

頂推設備布置原則是在需要布置頂推設備的臨時支墩上每墩兩套為一組，在墩頂?shù)纳?、下游對稱布置頂推設備安裝完成后，連接好系統(tǒng)的油路及電路，進行調試以保證在手動、自動模式運行下，執(zhí)行元件按設定的運動方式運行。聯(lián)機調試時，啟動泵站，選擇手動運行模式，在主控臺操作面板上執(zhí)行元件伸缸或縮缸動作，檢查其進行的動作是否正確，調節(jié)行程檢測裝置的檢測元件，使檢測裝置的接觸及檢測正常。

2.2.2 導梁過墩頂工藝

頂推施工時，因主梁及導梁自重引起導梁前端下?lián)?，故需在臨時支墩的主橫梁最前端設置上墩滑動裝置，此裝置包括下滑梁、滑動面、上滑動塊、千斤頂、墊梁等。擬準備此裝置共4套，每個臨時支墩主橫梁上各一套，可倒用。當導梁前端臺階到達臨時支墩主橫梁上方時，利用千斤頂將導梁前端頂升，繼續(xù)頂推使千斤頂隨導梁一起前行使導梁越過頂推設備至少一半的距離即可啟動此臨時支墩上頂推設備，并與其他頂推設備一起繼續(xù)將主梁向前推進。

2.2.3 主梁落梁

頂推過程中，主梁梁底標高高于梁底最終設計標高，頂推到位后需進行落梁，完成永久支座的安裝。主梁頂推到位后，頂推設備豎向千斤頂油缸升起將主梁頂起，更換兩側墊梁并在墊梁下方安置需要將梁頂升千斤頂，頂推裝置豎向千斤頂油缸回程將主梁落于兩墊梁上，即可拆除頂推設備。進行支座墊石澆筑及支座安裝工作。待橋梁永久支墩上的頂推設備拆除且墊石及支座安裝到位以后，進行全橋主梁的落梁，即利用臨時支墩上頂推設備的頂升功能以及兩側墊梁的輔助完成落梁。整個落梁過程所有頂推設備均同步分級進行。

2.3 主梁頂推施工控制

主梁頂推施工控制是自錨式懸索橋難點之一，依據(jù)施工控制的總目標，施工控制的基本內容主要包括以下三個方面[3]:

1)橋面線形。成橋橋面線形是橋梁最終狀態(tài)的宏觀表現(xiàn)，不僅可以反映主梁的內力狀態(tài)，還能在施工過程中不斷檢測與挑戰(zhàn)，盡量減少實際橋面線形與設計橋面線形的偏差。因而是全橋施工監(jiān)控中重要的指標之一，包括施工預拱度確定、主梁高程與軸線偏位監(jiān)測及合龍后全橋通測高程偏差分析等內容[4]。自錨式懸索橋由于幾何非線性、材料非線性、頂推臨時支墩的影響以及施工過程中人為不確定因素所引起的誤差等原因，橋面線形的變化會變得尤為突出。故需在橋梁頂推施工中，根據(jù)獲取的參數(shù)和數(shù)據(jù)，對主梁進行分析和驗算，對每一施工階段，根據(jù)分析驗算結果給出其梁端撓度等控制參數(shù)。這樣，才能保證主梁的變形始終處于安全范圍內，成橋后的線形符合設計要求。

2)索鞍偏移。索鞍偏移量和頂推次數(shù)的多少有兩個決定因素:第一就是橋塔的控制應力;第二就是千斤頂?shù)淖畲箜斖屏?。對于設置主索鞍預偏量的懸索橋，在滿足橋塔的穩(wěn)定性和應力限制時，通常先要計算出各個吊裝階段的控制數(shù)據(jù)，再按主索鞍頂推階段計算出的頂推量對主索鞍進行多次頂推[5]。當不能滿足時，則在橋塔應力或最大頂推力達到極限狀態(tài)時開始頂推，頂推到平衡狀態(tài)后還要繼續(xù)頂推一段距離，將后面調索過程中索鞍的偏移預留出來，當然這樣的預留不能過大，也必須控制在最大頂推力和橋塔應力允許的范圍內。

3)主梁應力。主梁應力的監(jiān)測是整個施工過程特別是頂推過程中結構安全預測的主要依據(jù)[6]，在實際的施工監(jiān)控中，除需對主梁各個控制點上下緣應力進行監(jiān)測外，橋面和主纜各控制點的標高以及塔頂索鞍的偏移量也是重要的監(jiān)測指標，對實時監(jiān)測結果加以分析可以判斷結構的安全度。通常情況下，對于剛性主梁自錨式懸索橋，如果橋面線形、主纜線形與設計線形吻合，索鞍頂推次數(shù)和頂推量合理，主梁應力就應該是合理的。

3 結語

鋼結構自錨式懸索橋作為一種景觀橋已經(jīng)在國內興起，鋼箱梁頂推施工是鋼箱梁結構橋梁的重中之重，因此尋求簡單安全的施工工藝已經(jīng)成為人們關注的焦點。施工質量與鋼箱梁頂推過程中的控制點密切相關，在頂推過程中除了需要保證頂推設備和臨時支墩的完善外，還需要注意橋梁橋面線形、索鞍偏移和主梁應力等方面的施工控制，可在確保工程質量的前提下避免返工、提高效率，節(jié)約成本。

[1] 張希黔，韋 亮，張宏勝.城市鋼箱梁結構立交橋的特點及安裝技術[J].施工技術，2004(9):1-2.

[2] 王政冰.鋼箱梁長大節(jié)段整體制造安裝施工工藝[J].橋梁建設，2006(2):54-57.

[3] 邵福彪.自錨式懸索橋施工控制方法研究[D].杭州:浙江大學，2006.

[4] 胡 永.超寬橋面部分斜拉橋主梁線形控制分析[J].鐵道工程學報，2007(9):34-39.

[5] 孫勝江，王雷剛.懸索橋主索鞍可控狀態(tài)自由滑移控制[J].橋梁建設，2010(1):67-70.

[6] 武志軍.預應力混凝土斜拉橋考慮剪力滯效應的主梁應力監(jiān)控[J].鐵道標準設計，2012(6):73-76.