朱慶慶，張 何，任 偉

(1.中交路橋建設(shè)有限公司，北京 100007； 2.長安大學(xué) 舊橋檢測(cè)與加固技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064)

0 引 言

頂推施工方法是指在橋墩或橋臺(tái)縱軸方向的后方設(shè)主梁預(yù)制場(chǎng)地，分節(jié)段或全部預(yù)制上部構(gòu)造，通過設(shè)置在后方的水平千斤頂將梁段頂推出拼裝平臺(tái)，不斷地重復(fù)循環(huán)，直至梁體頂推到位[1]。中國在陜西西延線狄家河鐵路橋和廣東東莞萬江公路橋采用單點(diǎn)頂推法施工，在湖南溈水橋的施工中首次采用多點(diǎn)頂推[2]。近年來，中國頂推施工技術(shù)發(fā)展迅速，各種橋型、公鐵橋梁都有頂推法施工案例[3]。但是，絕大多數(shù)成功案例均是在直橋上實(shí)現(xiàn)的，位于平曲線上的橋梁由于空間姿態(tài)控制難度大，施工案例相對(duì)較少，也缺乏成功經(jīng)驗(yàn)[4]。

綜上，本文以集通高速黎明互通匝道橋?yàn)橐劳?，從鋼箱梁組拼頂推、臨時(shí)設(shè)施設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)等方面對(duì)復(fù)雜線形鋼混組合梁頂推施工技術(shù)展開研究。

1 依托工程

1.1 橋梁概況

集通高速黎明互通匝道橋上跨段橋梁采用鋼混組合梁結(jié)構(gòu)，鋼混組合梁截面為單箱雙室，由預(yù)制閉口鋼箱梁和現(xiàn)澆混凝土橋面板通過抗剪連接器組成。鋼箱梁底寬6.56 m，橋面板寬10 m。底板橫向均為水平，橋面橫坡由鋼箱內(nèi)外側(cè)高度不等腹板形成。鋼箱梁跨徑為(33+52+33)m，全橋質(zhì)量為563 t。鋼梁根據(jù)實(shí)際情況共分為5個(gè)制作段，各段長度分別為22.977 m、20.000 m、32.194 m、20.000 m、23.138 m。鋼箱梁位于半徑R1=1 800 m、A=155 m、R2=290 m的曲線上，橋面橫坡由2%漸變到4%，上跨既有高速公路，與既有高速公路交角144.4°。

1.2 實(shí)施方案

根據(jù)設(shè)計(jì)意圖，在既有鶴大高速公路橋梁上部設(shè)置臨時(shí)支架，并在橋下相同位置設(shè)置臨時(shí)支架，使橋上、下作用點(diǎn)相互對(duì)應(yīng)，保護(hù)既有橋梁結(jié)構(gòu)安全。在設(shè)計(jì)階段，既有高速公路暫未通車，該方法可行。在施工階段，該高速公路已投入運(yùn)營，長時(shí)間封閉高速公路會(huì)造成較大的社會(huì)影響。吊裝完成后，在既有橋梁上設(shè)置支架也會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成影響，后期監(jiān)控及修復(fù)等費(fèi)用高昂[5]。

為避免長期封閉交通，盡量少利用或不利用既有高速公路橋，經(jīng)計(jì)算分析后決定將鋼箱梁吊裝改為鋼箱梁頂推方案[6]。

圖2 臨時(shí)支架平面布置

2 鋼箱梁頂推關(guān)鍵技術(shù)

2.1 臨時(shí)設(shè)施設(shè)計(jì)

2.1.1 支架設(shè)計(jì)

根據(jù)模擬分析，該段鋼箱梁從大樁號(hào)向小樁號(hào)頂推，軸線偏位較小。原計(jì)劃在拼裝區(qū)域搭設(shè)10個(gè)支架，將5段鋼箱梁全部吊裝完成后，進(jìn)行頂推作業(yè)。該施工區(qū)域位于河道內(nèi)，若全部吊裝后頂推，河道將被嚴(yán)重壓縮。考慮上游泄洪的影響，將拼裝方案改為先拼裝3段，待頂推1段后，再吊裝第4段，頂推完畢再吊裝最后1段。該方案既可減少支架搭設(shè)，節(jié)約材料，又有利于頂推過程中糾偏控制。

支架是由Φ630 mm×10 mm鋼管、Φ426 mm×9 mm鋼管、雙拼HN700型鋼縱梁、雙拼HN700型鋼橫梁焊接成的桁架結(jié)構(gòu)，高度為19 m左右，支架上面布置滑道梁及糾偏裝置設(shè)施，如圖1所示。

圖1 臨時(shí)支架設(shè)計(jì)

臨時(shí)支墩的具體布置如圖2所示：17#永久墩處設(shè)置ZJ1作為落梁支架；18#、19#永久墩處布置頂推及落梁支架，編號(hào)為ZJ2、ZJ3；拼裝及頂推臨時(shí)支架共計(jì)7個(gè)，編號(hào)為ZJ4～ZJ10；為縮短跨徑，在鶴大高速分隔帶間設(shè)置單排支架ZJ9作為頂推支架。

為確保支架的整體穩(wěn)定性，支架ZJ3、ZJ4、ZJ5之間采用Φ325鋼管連接；ZJ9為單排支架，在較大水平推力的作用下容易發(fā)生傾覆，故在ZJ9與ZJ3之間采用3根鋼絲繩水平連接，用鋼絲繩抵消頂推過程中的部分水平推力。

2.1.2 導(dǎo)梁設(shè)計(jì)

為加大頂推跨度，減小頂推過程中的鋼箱梁內(nèi)力，導(dǎo)梁的設(shè)計(jì)尤為重要[7]。在導(dǎo)梁設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮鋼箱梁的自重及剛度，選擇合理的導(dǎo)梁材料及長度。

在工廠內(nèi)制作導(dǎo)梁片體，然后運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)，在地面上焊接成整體之后吊裝。導(dǎo)梁由HN700型鋼焊接而成的2個(gè)片體組成，片體之間由7根Φ325 mm×6 mm鋼管連接。導(dǎo)梁長度宜為最大跨度的0.75倍，根據(jù)鋼箱梁的最大跨度，設(shè)計(jì)為24 m；梁寬度與鋼箱梁一致，為6.5 m；導(dǎo)梁與鋼箱梁邊腹板采用焊接形式，可更有效地傳遞應(yīng)力，焊縫等級(jí)為全熔透焊縫。鋼箱梁吊裝完成后，進(jìn)行導(dǎo)梁吊裝。

2.2 橫向位移適應(yīng)裝置設(shè)計(jì)

該段鋼箱梁處于復(fù)雜曲線段，在頂推過程中，需實(shí)時(shí)改變糾偏限位裝置的位置，起到動(dòng)態(tài)糾偏的作用。因此，頂推過程橫向位移適應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵[8]。

此次糾偏裝置分2種形式設(shè)置，一種為常規(guī)設(shè)置，即在臨時(shí)支架兩側(cè)設(shè)置反力座，在反力座處設(shè)置千斤頂，在鋼箱梁頂推過程中通過改變千斤頂?shù)男谐?，調(diào)整鋼箱梁線形。該鋼箱梁位于復(fù)雜曲線段，且曲線半徑較小，在頂推過程中，鋼箱梁呈現(xiàn)擺頭擺尾的運(yùn)動(dòng)軌跡，又因臨時(shí)支架間距較大，前端糾偏行程有限，很難將鋼箱梁前端糾偏到位。因此，在頂推過程中，采用另一種裝置輔助鋼箱梁糾偏[9]。該裝置采用螺栓連接，固定在鋼箱梁底板中間，每間隔30 m設(shè)置一個(gè)固定式拉錨器，拉錨器下部設(shè)置一個(gè)開口，方便鋼絞線自由進(jìn)出固定式拉錨器中間預(yù)留孔。在頂推過程中，固定式拉錨器使鋼絞線呈折線狀，鋼絞線為鋼箱梁提供向前的拉力以及在固定拉錨器位置提供向內(nèi)弧的推力，使鋼箱梁在鋼絞線力的作用下向內(nèi)弧移動(dòng)，從而減小導(dǎo)梁橫向偏移，降低糾偏工作量[10]。

2.3 鋼箱梁頂推形式

鋼箱梁節(jié)段拼裝成整體并安裝導(dǎo)梁后，采用連續(xù)頂推千斤頂拖拉，千斤頂通過預(yù)應(yīng)力鋼絞線與拉錨器連接，將梁段頂推就位后，整體落梁。

根據(jù)鋼箱梁質(zhì)量及摩阻力大小，采用1臺(tái)200 t連續(xù)頂推千斤頂，頂推速度約為0.2 m·min-1。千斤頂配6根Φ15.2 mm預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，固定在支架ZJ3上部，拉錨器安裝在鋼箱梁尾部。在頂推過程中，根據(jù)鋼箱梁軸線偏差調(diào)整尾部拉錨器位置。

2.4 導(dǎo)梁上墩技術(shù)

為防止導(dǎo)梁在接觸臨時(shí)支墩滑道時(shí)出現(xiàn)無法上墩的問題[11]，在滑枕兩側(cè)設(shè)置斜坡，導(dǎo)梁前端也設(shè)置與滑枕相同坡比的反向斜坡，防止導(dǎo)梁與滑枕接觸時(shí)水平推力過大，影響臨時(shí)支架整體安全。

既有高速公路橋中央分隔帶之間為單排支架，且與鋼箱梁軸線斜交，在頂推過程中，內(nèi)弧導(dǎo)梁先與單排支架上部滑枕接觸。考慮到單排支架穩(wěn)定性較差，不易控制內(nèi)弧導(dǎo)梁上支墩時(shí)的水平推力，在施工過程中，將該單排支架標(biāo)高降低5 cm，待外弧導(dǎo)梁通過滑枕后，再將導(dǎo)梁緩慢落到滑枕上，單排支架開始受力，結(jié)構(gòu)更加安全。

2.5 滑枕抄墊

由于梁段設(shè)置預(yù)拱度，頂推過程會(huì)存在局部滑枕脫空現(xiàn)象，若不及時(shí)處理，可能導(dǎo)致鋼箱梁跨徑變大，對(duì)鋼箱梁及臨時(shí)支架的受力影響較大。因此，在頂推過程中需要實(shí)施抄墊。

通過計(jì)算機(jī)模擬頂推過程，按每5 m一個(gè)工況進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)頂推過程中各支點(diǎn)的懸空高度，及時(shí)進(jìn)行抄墊。若頂推過程中個(gè)別支點(diǎn)抄墊過高，導(dǎo)致其他支點(diǎn)脫空，且繼續(xù)頂推后脫空更大，應(yīng)立即停止頂推，利用千斤頂將鋼箱梁頂起，取出抄墊后施工。

2.6 鋼箱梁頂推監(jiān)控

在鋼箱梁頂推過程中，為保證安全施工，對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件、支撐的受力和變形情況進(jìn)行觀測(cè)[12]。在監(jiān)測(cè)過程中，采用GPRS自動(dòng)傳輸信號(hào)，軟件自行采集數(shù)據(jù)，當(dāng)實(shí)測(cè)應(yīng)力值或變形值大于規(guī)范限值時(shí)，將即時(shí)預(yù)警，待采取處理措施后方可繼續(xù)施工。

本次頂推共布設(shè)30個(gè)振弦式表面應(yīng)變計(jì)、5個(gè)傾角計(jì)，分別布置在導(dǎo)梁、主梁及臨時(shí)支墩上，具體布置如圖3～5所示。

圖3 主梁測(cè)點(diǎn)

圖4 導(dǎo)梁測(cè)點(diǎn)

圖5 臨時(shí)支墩測(cè)點(diǎn)

通過安裝應(yīng)力片及傾角計(jì)，及時(shí)收集頂推過程中導(dǎo)梁、鋼箱梁及支架的受力數(shù)據(jù)，分析頂推過程中鋼箱梁、導(dǎo)梁及支架的受力狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工(圖6)。

圖6 頂推過程

3 結(jié) 語

針對(duì)復(fù)雜線形橋梁頂推過程中梁體姿態(tài)控制難度大，缺乏施工案例和成功經(jīng)驗(yàn)的問題，本文對(duì)復(fù)雜線形鋼混組合梁頂推施工技術(shù)展開研究，得到以下結(jié)論。

(1)對(duì)頂推施工臨時(shí)設(shè)施和橫向位移適應(yīng)裝置的設(shè)置、鋼箱梁頂推工藝、導(dǎo)梁上墩方法、滑枕抄墊等技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的說明。

(2)對(duì)頂推施工監(jiān)測(cè)中的過程控制、結(jié)構(gòu)安全、變形、姿態(tài)調(diào)整問題進(jìn)行論述。

(3)在頂推過程中，鋼箱梁、導(dǎo)梁及支架應(yīng)力變形指標(biāo)未超出規(guī)范要求，安全余量較大。且橋梁下部高速公路正常運(yùn)行，對(duì)交通的影響被降到最低。