陳雙慶，田仲初

(1.湖南路橋建設(shè)集團公司，湖南長沙 410004;2.長沙理工大學(xué)，湖南長沙 410014)

0 引言

目前，國內(nèi)桁架式鋼橋的架設(shè)方法可分為:懸拼法、浮運架設(shè)法、整孔吊裝法和頂推法四類，但長沙市110KV學(xué)士、學(xué)候大新電纜線過江改造工程采用66m+3×88m+66m+11×46m桁架式鋼橋跨越湘江，位于現(xiàn)有猴子石大橋橋墩及上部構(gòu)造主梁兩幅翼板下的位置上，構(gòu)成“橋下橋”的結(jié)構(gòu)形式。由于鋼橋架設(shè)施工不能影響橋上、下交通和通航，傳統(tǒng)的吊機懸拼、浮運架設(shè)、整孔吊裝、頂推等大型起重設(shè)備沒有操作空間，湘江航道也不能設(shè)置臨時墩等因素制約導(dǎo)致無法架設(shè)。

因此，長沙市110KV學(xué)士、學(xué)候大新電纜線過江鋼橋施工工藝設(shè)計中，必須針對該橋上述復(fù)雜條件，采用既有橋下無臨時支撐墩穿魚法長距離頂推架設(shè)方法，成功完成了長沙市110KV學(xué)士、學(xué)候大新電纜線過江鋼橋頂推施工任務(wù)。為我國電力系統(tǒng)跨越深谷，急流或與既有鐵路、公路立交等環(huán)境以及場地受限制施工開辟了一條新途徑，供同類橋梁設(shè)計、施工參考。

1 工程概況

長沙市110KV學(xué)士、學(xué)候大新電纜線過江改造工程，跨越湘江采用桁架式鋼橋，橋跨布置為66m+3×88m+66m+11×46m，位于現(xiàn)有長沙市猴子石大橋橋墩及上部構(gòu)造主梁兩幅翼板下的位置上，構(gòu)成“橋下橋”的結(jié)構(gòu)形式。桁架式電纜鋼橋西起猴子石大橋西16號橋墩(瀟湘大道)，止于猴子石大橋東1號橋墩(湘江大道)，全長約902m，設(shè)計縱坡同已建猴子石大橋，最大縱坡為:1.395%。鋼桁梁寬度為 2.0m，高為 2.2m，主桁上下弦桿采用φ400×16mm鋼管，立桿和斜桿分別采用φ219×12mm和φ120×10mm鋼管，鋼管材質(zhì)為Q345D，結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮了先頂推架設(shè)后分跨落梁到位施工方法。

2 工程特點

1)位于既有運營大橋橋墩及上部構(gòu)造主梁兩幅翼板下的位置上，頂推支撐拼裝平臺、鋼梁吊裝施工受到空間限制。

2)施工不能影響橋上、下交通和通航要求，湘江航道主跨位置不能設(shè)置臨時支撐墩，頂推跨徑大(88m)，頂推距離長(902m)，頂推施工技術(shù)要求高。

3)采用桁架式，主跨88m，長902m，在既有橋下頂推架設(shè)電纜鋼橋在國內(nèi)尚屬首列。

4)頂推施工控制要求高，猴子石大橋已建成運營14a，梁體結(jié)構(gòu)受力、混凝土徐變以及碳化和腐蝕與最初設(shè)計發(fā)生變化，穿魚法頂推上支撐點落在主梁兩幅翼板上，頂推過程中主梁兩幅翼板的應(yīng)力控制復(fù)雜，對猴子石大橋箱梁翼板結(jié)構(gòu)影響大。

5)穿魚法頂推工藝過程中，上、下頂推系統(tǒng)頂推點與頂推力大小及協(xié)調(diào)難度大。

3 穿魚法長距離頂推架設(shè)方案簡述

頂推法施工在國內(nèi)外的橋梁建設(shè)中得到廣泛采用，多點連續(xù)頂推技術(shù)也取得長足發(fā)展，針對上述橋梁工程特點，根據(jù)設(shè)計、交通及通航要求經(jīng)反復(fù)研究形成的總體施工方案如下:

1)采用穿魚法頂推施工工藝，橋面移動懸吊支撐牽引系統(tǒng)與墩頂頂推系統(tǒng)聯(lián)合方式縱向多點連續(xù)頂推，即在猴子石主橋橋面上、猴子石墩上均設(shè)置頂推系統(tǒng)進行同步頂推。

2)主橋66m+3×88m+66m跨度采用原橋面移動懸吊支撐(穿魚法)代替水中臨時支撐墩。

3)考慮現(xiàn)場在既有橋下，傳統(tǒng)的吊機懸拼、大型起重設(shè)備均沒有施工操作空間而無法架設(shè)，頂推施工由西岸向東岸側(cè)實施頂推，在西岸搭設(shè)頂推拼裝平臺和橫移滑道，兩幅橋中線位置布設(shè)專用臨時垂直起吊裝置系統(tǒng)。整個頂推過程分成若干個階段，每拼裝、焊接頂推完成一個階段的鋼桁架梁，即整體頂推一次，循環(huán)作業(yè)至完成全橋的頂推施工。

4)移動懸吊支撐位于原猴子石橋主梁兩幅翼板上，支撐點反力應(yīng)以滿足主梁兩幅翼板現(xiàn)有的應(yīng)力控制為原則。

5)桁架式鋼梁頂推完成后，在原猴子石主橋“V”型墩處安裝永久桁架支撐墩，引橋橋墩位置澆筑支座墊石，分跨落梁到位。

4 穿魚法長距離頂推架設(shè)施工關(guān)鍵技術(shù)要點

4.1 桁架式鋼梁頂推平臺

桁架式鋼梁頂推平臺包括現(xiàn)場拼裝平臺、拼裝平臺前的過渡墩及鋼桁架梁橫移滑道、吊裝系統(tǒng)。

4.1.1 鋼桁架梁現(xiàn)場拼裝平臺及過渡墩

鋼桁架梁現(xiàn)場拼裝平臺設(shè)置在湘江西岸河堤側(cè)原猴子石大橋主梁位置下，拼裝平臺設(shè)計長度和寬度按鋼梁分節(jié)及拼裝操作空間來確定，在頂推平臺前設(shè)置一個臨時墩作為頂推過渡段。確保整個頂推過程鋼桁架梁及鋼導(dǎo)梁抗傾覆的穩(wěn)定性，并使鋼桁架梁段由小跨徑逐步過渡到標(biāo)準(zhǔn)的頂推跨徑，控制梁尾端不因自重而產(chǎn)生較大的豎直轉(zhuǎn)角，使梁段接頭部位平順。頂推平臺布置如圖1。

圖1 頂推平臺布置圖(單位:cm)

4.1.2 鋼桁架梁橫移滑道、吊裝系統(tǒng)

由于“橋下橋”的結(jié)構(gòu)形式，鋼桁架梁無法采用大型起重設(shè)備直接吊裝到拼裝平臺上，根據(jù)現(xiàn)場條件及頂推施工工藝要求，鋼桁架梁拼裝采用在原猴子石大橋橋幅外側(cè)設(shè)置一個橫移滑道，鋼桁架梁用平板汽車運抵現(xiàn)場后，采用50t履帶吊機進行起吊安裝至橫移滑道上，通過卷揚機牽引至頂推拼裝平臺側(cè)邊，再通過猴子石大橋主梁兩幅間的起吊系統(tǒng)吊裝到頂推拼裝平臺上。

吊裝系統(tǒng)采用20t電動倒鏈安裝在猴子石大橋主梁兩幅橋之間，起重量20～80t。用于安裝鋼桁架梁垂直起吊、調(diào)整。橫移滑道布置如圖2。

4.2 穿魚法移動懸吊支撐系統(tǒng)設(shè)計

圖2 橫移滑道布置圖(單位:cm)

鋼桁架梁在頂推跨越猴子石大橋主橋跨(66m+3×88m+66m)工況時，根據(jù)力學(xué)計算及頂推工藝要求，需在每跨中間位置設(shè)置臨時墩，而湘江通航要求不允許，經(jīng)過與設(shè)計溝通和反復(fù)論證決定采用移動式懸吊支撐代替水中臨時支撐墩解決大跨徑頂推問題，在主橋跨西岸側(cè)邊墩位置設(shè)置一個固定支撐和橫向限位系統(tǒng)，其他主墩位置只設(shè)置橫向限位裝置，在原猴子石大橋橋面設(shè)置移動懸吊支撐系統(tǒng)，隨著頂推進程逐步安裝移動懸吊支撐點，類似穿魚晾曬。

4.2.1 移動懸吊支撐系統(tǒng)設(shè)計

移動懸吊支撐系統(tǒng)(穿魚法支撐)利用原猴子石大橋縱向伸縮縫(3～5cm寬)作為行走槽，根據(jù)引橋跨徑(46m頂推計算結(jié)果類比)在原猴子石大橋橋面按照40m間距設(shè)置1套移動懸吊支撐系統(tǒng)，全橋共計9套裝置。每套移動懸吊支撐系統(tǒng)縱向按4m等間距布置支撐梁，每個支撐梁由4個20t滾輪支撐，滾輪輪距1.8m，最外側(cè)2個滾輪均支撐在原猴子石大橋主梁腹板位置。9套移動懸吊支撐系統(tǒng)前后連成一個整體，采用橋面自動連續(xù)千斤頂作移動牽引動力，橋面自動連續(xù)千斤頂與墩頂自動連續(xù)千斤頂串聯(lián)由一個總控站控制，在頂推過程控制好與鋼桁架梁同步性。移動懸吊支撐系統(tǒng)布置如圖3。

1)移動懸吊支撐系統(tǒng)的作用是減小頂推的跨徑，在頂推過程中要承受很大的垂直力與水平推力，還要考慮在此跨中施工過程中移動懸吊支撐系統(tǒng)對原猴子石大橋橋面的影響，移動懸吊支撐系統(tǒng)滾輪設(shè)計、吊帶、錨固點等都要有足夠的強度與剛度，要有一定的安全儲備。

2)單套移動懸吊支撐系統(tǒng)組成:移動吊點(承載力20t滾輪4個);吊帶(2m長20mm厚鋼板4塊)，錨固點兩端采用插銷固定);300mm×400mm×20mm承壓板2塊;分配梁(長8mI36工字鋼4根)。

3)為了減少對原猴子石橋面影響，在猴子石橋面每組滾輪下鋪設(shè)2cm鋼板做滑道，擴散滾輪集中力。

4.2.2 原猴子石大橋主梁翼板受力類比分析

1)根據(jù)頂推施工計算結(jié)果可知:在豎向最不利的情況下，不考慮水平推力的作用，最不利豎向荷載大小為37.1t作用下，每套移動懸吊系統(tǒng)按設(shè)置共有4組移動式吊點，每組移動式吊點最大反力9.27t。

2)移動懸吊系統(tǒng)滾輪按汽－20級荷載分布布置在猴子石大橋中間兩個翼板上，每側(cè)翼板位置荷載為 9.27t/2=4.64t。

3)猴子石大橋設(shè)計按汽車－20級，且目前通車安全，根據(jù)汽車荷載技術(shù)指標(biāo)汽車－20級后軸重力為 13t＞4.64t。

所以猴子石大橋主梁翼板在臨時移動吊點作用下是安全的。

4.3 穿魚法頂推系統(tǒng)設(shè)計

穿魚法頂推系統(tǒng)的組成主要由橋面移動懸吊支撐牽引系統(tǒng)、墩頂頂推力系統(tǒng)、頂推滑道裝置、橫向限位裝置組成。

圖3 移動懸吊支撐系統(tǒng)布置圖

4.3.1 橋面移動懸吊支撐牽引系統(tǒng)及頂推動力系統(tǒng)

均選用ZLD－100水平千斤頂作為牽引及頂推動力系統(tǒng)，橋面設(shè)置1臺，橋墩設(shè)置2臺，按照多點連續(xù)頂推模式串聯(lián)。

其他設(shè)備:1臺ZLDB－100液壓泵站，1臺總控站及連接系統(tǒng)的高壓油管、控制電纜、設(shè)備及電源電纜。

4.3.2 頂推滑道裝置

滑道是頂推的關(guān)鍵部分，一般由滑道板和平滾兩種方式，本項目采用平滾作為頂推滑道裝置，截面形式采用三滾軸及16mm和20mm厚普通鋼板焊接而成。要求鋼度大，能均勻傳遞反力，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便。

4.3.3 橫向限位裝置

為了限制鋼桁架梁在頂推過程中軸線發(fā)生偏位超限，在鋼桁架梁底板兩側(cè)設(shè)置限位、導(dǎo)向和糾偏滾軸裝置，該裝置布置在頂推拼裝平臺、主墩的滑道兩側(cè)。當(dāng)鋼桁架梁在頂推過程中軸線偏位超過警戒值(10mm)時，兩側(cè)的滾軸糾偏裝置會進行糾偏導(dǎo)向。

4.4 頂推施工過程及施工控制

4.4.1 頂推施工過程

鋼桁架梁標(biāo)準(zhǔn)梁段采用墩頂多點千斤頂連續(xù)頂推及橋面千斤頂牽引移動式前吊系統(tǒng)聯(lián)合法施工，鋼桁架梁的頂推，是將鋼桁架梁梁體擱置在平滾上，當(dāng)水平千斤頂工作時，通過設(shè)置在鋼桁架梁尾部的拉錨器和拉索施力于梁體，帶動梁體向前滑動。

當(dāng)頂推猴子石主橋跨徑時橋面牽引系統(tǒng)必須與橋墩頂推系統(tǒng)同步。

4.4.2 頂推施工控制

1)線形控制。

鋼桁架梁頂推施工過程中鋼桁架梁的橫向線形控制主要通過橫向限位器控制，豎向線形控制主要通過滑道頂標(biāo)高控制。

2)應(yīng)力控制。

鋼桁架梁在頂推過程中最大懸臂狀態(tài)下桁架最不利截面應(yīng)力，最大跨度狀態(tài)下桁架最不利截面應(yīng)力，猴子石主橋橋面在移動懸吊支撐最不利狀態(tài)下翼板截面應(yīng)力，移動懸吊支撐系統(tǒng)吊帶應(yīng)力，頂推施力墩縱向最大位移狀態(tài)下墩身應(yīng)力。

頂推進行了34次，每次頂推需要3h，共進行了40個不同工況條件下應(yīng)力測試，測試結(jié)果顯示整個頂推過程中鋼桁架梁、原猴子石大橋主橋翼板均處于安全可控狀態(tài)。

4.5 導(dǎo)梁拆除、落梁及永久限位裝置的安裝

頂推在滑道(及滑座)上進行，頂推到位后，需要拆除前端導(dǎo)梁，當(dāng)頂推到位，即可利用汽車吊拆除導(dǎo)梁。

當(dāng)導(dǎo)梁拆除后即可進行落梁工作。根據(jù)設(shè)計，采取逐跨落梁法，落梁至設(shè)計標(biāo)高(永久支座上)。

落梁時先將豎向千斤頂起頂，待鋼墊梁脫空后拆除鋼墊梁;再根據(jù)設(shè)計要求的條件下落梁。

在原有每個猴子石大橋橋墩上，利用蓋梁上的原有預(yù)埋件，采用型鋼設(shè)置永久限位裝置，確保桁架梁成橋使用后水平方向的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

1)結(jié)合大跨徑桁架式鋼橋在既有橋下的不利施工條件，研究采用的簡易拼裝平臺及吊裝系統(tǒng)、穿魚法多點頂推到位的施工技術(shù)新穎，安全可靠，經(jīng)濟合理。

2)通過對原有橋梁翼板應(yīng)力及變形類比分析，合理確定穿魚法懸吊支撐點平面位置、數(shù)量、結(jié)構(gòu)形式以及頂推連接布置方式，解決了大跨徑無臨時支撐墩、不影響橋上、下交通和通航要求的施工難題，豐富了橋梁多點頂推施工技術(shù)。

3)為我國電力系統(tǒng)跨越深谷，急流或與既有鐵路、公路立交等環(huán)境以及場地受限制施工開辟了一條新途徑。

［1］JTJ 041－2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］GB 50017－2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］JTJ 025－86，公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］JTG D63－2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.