廖應(yīng)先，達(dá)　勇

(1.湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙　410004；2.湖南省湘筑工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙　410004)

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小半徑大坡度連續(xù)鋼箱梁頂推施工分析

廖應(yīng)先1，達(dá)勇2

(1.湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙410004；2.湖南省湘筑工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410004)

以某匝道橋頂推項(xiàng)目為依托，分析了橋梁曲率半徑對(duì)頂推過(guò)程中鋼箱梁橫向和縱向抗傾覆穩(wěn)定性以及橋梁縱坡變化對(duì)頂推力的影響，并提出了大縱坡橋梁頂推防滑移的安全措施。結(jié)果表明：曲率半徑對(duì)懸臂狀態(tài)下鋼箱梁縱向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)的影響很小，在400 m半徑以上時(shí)，鋼箱梁橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)的變化不大。但在小于400 m的小半徑情況下，隨著鋼箱梁半徑的減小，其橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)隨之顯著下降，而且半徑越小，下降的速度越快。頂推力隨橋梁縱坡的增大而線性減小，且頂推力減小的幅度大，縱坡對(duì)頂推力的影響明顯。當(dāng)梁體縱坡較大、摩擦系數(shù)較小時(shí)，可能出現(xiàn)梁體不需施加頂推力即可自動(dòng)向下滑移，需采取相應(yīng)安全措施。

；曲線橋；大縱坡；鋼箱梁；頂推施工

0　引言

就梁體形式而言，最能發(fā)揮頂推法優(yōu)勢(shì)的是等高直線正交梁橋，但是頂推法也適用于變高度梁和曲線梁，廣州北站立交橋其變高度梁在采用頂推法施工時(shí)，在梁底用楔形墊塊墊平，將變高度改為等高度，對(duì)于平面圓曲線彎梁橋(如山西平順公路橋、甘肅內(nèi)讒柳高速公路上的太平溝大橋)和豎向圓曲線彎橋(如廣深公路中堂橋)，也都采用頂推法施工作了成功的嘗試[1]。國(guó)內(nèi)還使用頂推法架設(shè)了一些斜橋，并進(jìn)行了一定的研究，如撫順石油一廠安全通道高架橋(38.6 m+32.1 m+38.5 m+38.5 m)，橋梁軸線與鐵路斜交角為61°的頂推多跨PC連續(xù)梁橋；上海成都路高架跨鐵路橋(16.0 m+16.5 m+30.5 m+11.25 m)，與鐵路斜交角為75°，橋面縱坡為2.18%的連續(xù)梁坡橋；張家界澧水大橋，大橋跨徑布置為8×50 m，斜交角70°的雙向縱坡PC連續(xù)箱梁橋[2]。

在頂推施工的研究工作方面，變高度梁或豎向曲線梁、斜交梁橋的頂推施工因其技術(shù)難度較大，國(guó)內(nèi)已作了相對(duì)較多的研究工作。在曲線梁橋的頂推施工研究方面也做了一些工作，如1989年3月結(jié)合“預(yù)應(yīng)力混凝土彎橋設(shè)計(jì)和施工技術(shù)研究”課題而修建的一座試驗(yàn)橋——山西省平順預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎橋，該橋采用頂推施工法架設(shè)，對(duì)截面設(shè)計(jì)、梁段劃分、導(dǎo)梁設(shè)計(jì)、預(yù)制平臺(tái)的布設(shè)、曲梁頂推力的計(jì)算以及施工監(jiān)控分別作了分析、介紹，并對(duì)直梁橋與曲線梁橋采用頂推施工法的不同點(diǎn)作了分析，取得了一定的曲線橋采用頂推施工的經(jīng)驗(yàn)[3]。但因其技術(shù)難度不如豎向曲線梁、斜交梁橋的頂推施工，反而研究得較少，而彎、坡橋(尤其是小半徑、大縱坡連續(xù)梁橋)的頂推施工及其施工監(jiān)控技術(shù)的研究就更加缺乏。

另一方面，隨著我國(guó)交通事業(yè)的快速推進(jìn)，高等級(jí)道路的網(wǎng)格化發(fā)展，各類(lèi)立交工程也應(yīng)運(yùn)而生，其中有不少是在既有道路的基礎(chǔ)上修建立交橋，這就產(chǎn)生了不少跨線的匝道橋，這類(lèi)匝道橋大都具有彎、坡的特點(diǎn)。而針對(duì)這類(lèi)跨線橋的建設(shè)，頂推施工技術(shù)有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：對(duì)既有道路的交通影響??；對(duì)施工場(chǎng)地的要求低：機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)便及節(jié)約勞力等[4]。因此，彎、坡梁橋的頂推施工將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用。因而有必要對(duì)彎、坡的頂推施工技術(shù)展開(kāi)研究。

1　工程概況

某匝道橋跨越既有的內(nèi)環(huán)快速公路，內(nèi)環(huán)快速公路為城市主干道，交通量巨大，經(jīng)綜合考慮，F(xiàn)匝道跨越內(nèi)環(huán)高速部分采用頂推施工。F匝道梁體(31 m+39 m+30 m)采用等高鋼箱梁設(shè)計(jì)，其平面曲線半徑R=300 m，豎向位于5.3%的縱坡段上，橋面設(shè)單向1.5%的橫坡。鋼箱梁采用斜腹式單箱單室斷面，頂板寬為6.8 m，底板寬3.0 m，支座處底寬4.0 m；梁高(含18 cm混凝土墊層)為2.0 m；鋼箱梁總長(zhǎng)100 m，總重約為300 t。根據(jù)運(yùn)輸條件和現(xiàn)場(chǎng)吊裝情況要求，100 m的鋼箱梁共被分為3 m至4.5 m不等的25個(gè)節(jié)段進(jìn)行加工。

由于本橋鋼箱梁頂推重量輕，頂推跨徑小，故在頂推時(shí)采用簡(jiǎn)便的單點(diǎn)、單向的拖拉式頂推。頂推采用穿心式的ZLD-100連續(xù)頂推千斤頂，由于該型號(hào)千斤頂布置了2臺(tái)油缸并交替工作，可速度均勻地連續(xù)頂推，避免了頂推中的“爬行現(xiàn)象”。穿心式千斤頂通過(guò)工具錨夾住多根Φ15.24傳力鋼絞線，鋼梁底板下焊接錨扣點(diǎn)，通過(guò)耳板、插銷(xiāo)、工具錨與傳力鋼絞線連接，當(dāng)千斤頂開(kāi)始頂推作業(yè)時(shí)，鋼絞線拖拉鋼梁移位；當(dāng)耳板完成工作位置后，將其割除，鋼絞線換下一個(gè)耳板錨固并繼續(xù)進(jìn)行頂推施工，如此循環(huán)往復(fù)，直至將鋼箱梁頂推到預(yù)定位置。橋梁頂推施工搭設(shè)臨時(shí)支承體系，盡量不使永久墩在頂推過(guò)程中受力。同時(shí)，由于場(chǎng)地的限制，采用逐段焊接、逐段頂推的方式施工。

2　曲率對(duì)頂推過(guò)程中鋼箱梁的抗傾覆穩(wěn)定性的影響

在頂推過(guò)程中，鋼箱梁處于懸臂狀態(tài)時(shí)，由于梁體曲率的影響，會(huì)使懸臂部分梁體逐漸偏離傾覆軸，從而影響梁體的抗傾覆穩(wěn)定性。因此有必要研究曲率對(duì)鋼箱梁頂推過(guò)程中的抗傾覆穩(wěn)定性的影響。

施工過(guò)程中梁體的抗傾覆穩(wěn)定性研究不用考慮車(chē)道荷載的作用，一般只需考慮梁體自重對(duì)傾覆的影響。計(jì)算時(shí)，將梁體自重荷載簡(jiǎn)化為頂板面上的均布荷載，由于箱梁截面的中間部分荷載密度大于兩翼緣部分，因而這種簡(jiǎn)化趨于保守，對(duì)于抗傾覆穩(wěn)定性的計(jì)算是有利的，是可取的。通過(guò)以上簡(jiǎn)化，在計(jì)算時(shí)可用頂板的面積來(lái)代表荷載?？箖A覆穩(wěn)定性可用穩(wěn)定系數(shù)來(lái)表示，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)可用公式：抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)=抗傾覆力矩/傾覆力矩，來(lái)計(jì)算。

同時(shí)，為了使計(jì)算貼合實(shí)際，取立交F匝道頂推的最大懸臂狀態(tài)(24.5 m)進(jìn)行分析，保持鋼箱梁軸線長(zhǎng)度為100 m，橋?qū)挒?.8 m，各臨時(shí)墩的位置也保持軸線距離不變，進(jìn)而分別研究100、200、300、400、500、600、1 000 m曲率半徑的鋼箱梁的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)。圖1是由此計(jì)算出的橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)。圖2為縱向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)。

圖1　橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)

圖2　縱向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)

由圖1可見(jiàn)，在其他條件不變，頂推懸臂下的鋼箱梁橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)在曲率半徑為400 m以上的情況下變化不大，會(huì)隨著半徑的增大而小幅地增加，但在梁體接近直梁時(shí)，橫向穩(wěn)定系數(shù)又會(huì)小幅地減小。而在小于400 m的小半徑的情況下，鋼箱梁橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)則顯著下降，而且半徑越小，下降的速度越快，且橫向穩(wěn)定系數(shù)下降的幅度也較大，100 m的橫向穩(wěn)定系數(shù)不到300 m的一半。

由圖2可知，在其他條件不變，頂推懸臂下的鋼箱梁縱向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)較為穩(wěn)定，在300 m半徑以上的系數(shù)幾乎呈一條水平直線，在小半徑的情況下縱向穩(wěn)定系數(shù)會(huì)有所下降，但下降的幅度也不大。

由以上的計(jì)算分析可見(jiàn)，在小半徑的情況下曲率會(huì)對(duì)橋梁頂推懸臂狀態(tài)下的抗傾覆穩(wěn)定性產(chǎn)生大幅的影響，但這主要體現(xiàn)在對(duì)橫向抗傾覆穩(wěn)定性的影響上，對(duì)縱向抗傾覆穩(wěn)定性的影響不大。且在400 m半徑以上對(duì)橫向抗傾覆穩(wěn)定性的影響也會(huì)大幅減少。

3　縱坡對(duì)頂推力的影響

單點(diǎn)頂推的力學(xué)原理可用下式表示：

內(nèi)部控制的目標(biāo)有多種，包括保證企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理合法合規(guī)，資產(chǎn)安全，財(cái)務(wù)報(bào)告及相關(guān)信息真實(shí)完整，提高經(jīng)營(yíng)效率和效果，促進(jìn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)展戰(zhàn)略，[3]但是其根本目標(biāo)都是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。例如，對(duì)于規(guī)模較小的中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，設(shè)立審計(jì)委員會(huì)及要求所有不相容職務(wù)相分離會(huì)帶來(lái)巨大的成本，而帶來(lái)的收益也是有限的。所以應(yīng)當(dāng)結(jié)合企業(yè)的需求和實(shí)際情況，不能盲目規(guī)范。

1) 在上述條件下，頂推力隨橋梁縱坡的增大而減小，且呈良好的線性關(guān)系。

2) 縱坡對(duì)頂推力大小的影響幅度較大，在5.3%的縱坡下的頂推力不足沒(méi)有縱坡的頂推力(頂推力系數(shù)為0.1)的一半，由此可見(jiàn)縱坡對(duì)頂推力產(chǎn)生了明顯的影響。

圖3　摩擦力系數(shù)為1時(shí)頂推力系數(shù)

而根據(jù)聚四氟乙烯材料的特性可知，其靜摩擦系數(shù)小于動(dòng)摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)隨所受荷載的增加而減小，而材料本身的摩擦系數(shù)在0.04左右，加上頂推時(shí)要在滑道上加鋪光滑的不銹鋼鋼板以及涂抹硅脂進(jìn)一步減小摩擦系數(shù)，但同時(shí)考慮到施工中使用的四氟滑板平整度不佳以及表層的污垢等影響因素，取滑道的最大摩擦系數(shù)為0.05并重新計(jì)算，則縱坡與頂推力的關(guān)系如圖4所示。

圖4　摩擦力系數(shù)為0.05時(shí)頂推力系數(shù)

因此，在大縱坡橋梁由上往下的頂推施工中，必須考慮縱坡對(duì)頂推力的影響。同時(shí)，沖擊振動(dòng)、強(qiáng)風(fēng)吹襲等其它影響因素，也可能使在鋼箱梁頂推的懸臂狀態(tài)下產(chǎn)生滑移，因此必須采取相應(yīng)的防滑移措施：

1) 取消硅脂的涂抹，甚至可考慮一些增大摩擦的措施，如在不銹鋼鋼板上撒干粉末等。但在采取這些措施前，需對(duì)臨時(shí)支承體系的受力重新進(jìn)行驗(yàn)算并保證留有足夠安全系數(shù)。

2) 在頂推前，在鋼箱梁前部焊接制動(dòng)裝置，如圖5所示，頂推時(shí)再去除。

圖5　頂推前防止下滑的鋼板

圖6　尾部制動(dòng)倒鏈葫蘆錨扣裝置

3) 除在鋼箱梁后部焊接節(jié)段外，整個(gè)頂推施工過(guò)程中，都需在鋼箱梁尾部設(shè)置制動(dòng)倒鏈葫蘆錨扣裝置，如圖6所示。每次頂推前都需檢查倒鏈葫蘆的工作性能，頂推過(guò)程中需安排專(zhuān)人操作倒鏈葫蘆，不能使連接的鋼絞線出現(xiàn)明顯的松弛。

表1 頂推力為0時(shí)縱坡對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)縱坡/%摩擦系數(shù)縱坡/%摩擦系數(shù)00.00000040.03996810.01000050.04993820.01999660.05989230.02998770.069829

表2 頂推力為0時(shí)摩擦系數(shù)對(duì)應(yīng)的縱坡值摩擦系數(shù)縱坡/%摩擦系數(shù)縱坡/%0.011.0000.066.0110.022.0000.077.0170.033.0010.088.0260.044.0030.099.0370.055.0060.1010.500

4　結(jié)論

1) 根據(jù)頂推力公式推斷，在梁體重力及頂推的摩擦系數(shù)恒定的情況下，頂推力隨橋梁縱坡的增大而線性減小，且頂推力減小的幅度大，縱坡對(duì)頂推力的影響明顯。

2) 頂推施工中，當(dāng)梁體縱坡較大、摩擦系數(shù)較小時(shí)，可能出現(xiàn)縱坡下鋼箱梁重力的水平分量大于其受到的摩擦力情況，即梁體不需施加頂推力即可自動(dòng)向下滑移。對(duì)此需采取相應(yīng)的安全措施，如增大摩擦系數(shù)、焊接制動(dòng)裝置及在梁體尾部設(shè)置制動(dòng)倒鏈葫蘆裝置等。

3) 根據(jù)頂推力公式的計(jì)算，制作了頂推力為0時(shí)(即梁體滑移的臨界狀態(tài))摩擦系數(shù)與縱坡間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，便于有關(guān)人員查閱。

4) 在設(shè)定其他條件不變的情況下，研究了鋼箱梁的曲率半徑對(duì)其頂推懸臂狀態(tài)下的抗傾覆穩(wěn)定性的影響。曲率半徑對(duì)懸臂狀態(tài)下鋼箱梁縱向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)的影響很小，只有在300 m以下的小半徑情況下，縱向穩(wěn)定系數(shù)才有小幅的下降。在400 m半徑以上時(shí)，鋼箱梁橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)的變化不大；而在小于400 m的小半徑的情況下，鋼箱梁橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)則顯著下降，而且半徑越小，下降的速度越快，且橫向穩(wěn)定系數(shù)下降的幅度也較大，100 m的橫向穩(wěn)定系數(shù)不到300 m的一半。

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2016-04-27

廖應(yīng)先(1976-)，女，工程師，主要從事公路與橋梁工程管理工作。

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