李 鑫,楊 松

[重慶交通建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司,重慶 400000]

0 引言

頂推法是鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工中的一種關(guān)鍵施工方法，在寬、深河流、深谷等特殊地形條件下的橋梁施工中應(yīng)用廣泛。在頂推法的應(yīng)用中，于橋梁的端部處組織澆筑和拼裝作業(yè)，并通過千斤頂對(duì)相應(yīng)的裝置進(jìn)行縱向頂進(jìn)處理，使滑塊和滑道附著在梁體上，按順序推進(jìn)到指定位置，無(wú)誤則落梁，最終將節(jié)段梁安裝到位。整個(gè)供需緊密銜接，施工效率較高。鋼結(jié)構(gòu)主要由鋼板和鋼門組合而成，所以鋼結(jié)構(gòu)施工重量輕、強(qiáng)度高，在建筑施工過程中鋼結(jié)構(gòu)的安裝非常簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)也更加靈活。近年來已廣泛應(yīng)用在各類超高及特大型建筑施工的過程中，如高速公路主橋橋型為雙拱形塔雙索面斜拉橋等，下文主要根據(jù)具體的建筑案例加以論述[1]。

1 工程概況及施工情況

1.1 工程概況

該工程主橋橋型為雙拱形塔雙索面斜拉橋，孔跨布置為（90+2×54+90）m。主梁采用等高箱型截面梁，單箱三室直腹板截面，梁高2.4 m，寬20（26）m，混合梁體系。其中跨為混凝土梁，總長(zhǎng)120 m；邊跨為鋼梁，總長(zhǎng)168 m。鋼-混凝土結(jié)合段設(shè)在邊跨，在距次中墩中心6.0 m 處，結(jié)合段長(zhǎng)2.0 m。

1.2 跨高速鋼梁施工情況

1.2.1 跨高速鋼梁結(jié)構(gòu)

大跨度高速鋼箱梁是一種全焊接鋼箱梁結(jié)構(gòu)，縱向截面形狀與副跨混凝土鋼筋的直徑相對(duì)應(yīng)。在該工程的施工對(duì)象雙拱形塔雙索面斜拉橋的每300 cm 設(shè)置一個(gè)橫向間隔柱，鋼箱梁頂邊厚度為16 mm，底部厚度為14 mm，腹板層邊緣厚度為20 mm，腹層中間厚度為14 mm。鋼箱梁橋面鋼板主要為正交異性鋼板和縱向加勁肋所組成，加勁肋為U 形鋼板肋，高約280 mm，鋼板厚8 mm。U 形肋間隔約為600 mm，并在雙拱形塔雙索面斜拉橋的墩緣設(shè)T 形肋，豎向肋板高150 mm，厚10 mm，橫向肋板高100 mm，厚10 mm。箱梁底板加勁肋則采用了U形肋，直徑為200 mm，鋼板厚8 mm，間隔約700 mm。腹板加強(qiáng)筋的長(zhǎng)度為150（180）mm，厚度為14 mm。隔膜為12 mm 厚，在電路中心和電路側(cè)開有槽，使鋼箱梁的截面特性逐漸過渡，在鋼箱梁的上、下板端部的U 形加勁肋上設(shè)置有倒T 形加勁板。上下板部分厚度為20 mm，局部腹板厚度為24 mm。

1.2.2 施工環(huán)境

該橋梁所穿過區(qū)域，大致劃分為林帶、荒地、少量水塘以及民房。在高速公路和大橋斜交時(shí)，其交角為48°，在路肩處與順橋轉(zhuǎn)彎時(shí)的平均間距則為37 m。建設(shè)過程中，禁止封閉外環(huán)路車道或阻礙交通。

2 頂推法施工原理及施工方法

該工程施工過程中應(yīng)用到頂推法工藝，借助螺旋千斤頂?shù)裙ぞ?，進(jìn)一步增加對(duì)鋼結(jié)構(gòu)梁式橋的水平推進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)速度提升的目的。輔助設(shè)計(jì)的臨時(shí)浮動(dòng)塊以及水平移動(dòng)的臨時(shí)浮動(dòng)塊，頂推時(shí)在滑道和橋體間的摩擦力極小，借助這些優(yōu)點(diǎn)，能夠迅速達(dá)到滑道與橋體間的平衡作用，并且不會(huì)產(chǎn)生摩擦力。經(jīng)過對(duì)推桿裝置的自動(dòng)能力分析，目前頂推法施工一般采用兩類方式:多點(diǎn)頂推法和單點(diǎn)頂推法。該橋梁橋面較短，且橋型屬于直線橋，選擇單點(diǎn)控制的推進(jìn)方式比較方便。通過利用橋墩與橋臺(tái)之間的反作用力，合理地調(diào)節(jié)因梁體下滑產(chǎn)生的摩擦力，使梁體在滑行過程中獲得平衡（見圖1：頂推器布置圖）。通過對(duì)單點(diǎn)頂推法和多點(diǎn)頂推法的對(duì)比研究，可發(fā)現(xiàn)單點(diǎn)頂推法對(duì)該工程橋梁的需求相對(duì)較少，在該工程中應(yīng)用單點(diǎn)頂推法可使該橋梁承載力相對(duì)較小，能夠更合理地調(diào)節(jié)該橋梁的位移速度[2]。圖2 為頂推工藝流程圖。

圖1 頂推器布置圖

圖2 頂推工藝流程圖

3 頂推總體施工流程

以該項(xiàng)目雙拱形塔雙索面斜拉橋鋼桁梁的拼裝為例，鋼桁梁的拼裝要以所鋪設(shè)的鋼軌規(guī)格為固定基礎(chǔ)，先吊裝主橋，然后拼裝大梁，最后再拼裝各腹桿。在鋼桁架的吊裝過程中，需要嚴(yán)格把控以下幾點(diǎn)：對(duì)吊機(jī)的起吊能力、起升重量、吊機(jī)的站車位置等數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和復(fù)核，以保證吊車在吊裝過程中的安全和可行性。在現(xiàn)場(chǎng)的安裝中需要確保把每個(gè)螺栓都連接并固定在一個(gè)預(yù)期的強(qiáng)度數(shù)值上，要充分考慮到螺栓緊固時(shí)預(yù)定數(shù)量的不足及過于緊實(shí)的問題，由于現(xiàn)場(chǎng)緊固螺釘數(shù)量太多且均勻密布，所以緊固螺釘都需要擰緊，重新檢驗(yàn)螺栓強(qiáng)度，檢查是否有漏上力螺栓。焊接工藝則為鋼結(jié)構(gòu)上、下翼子板的連接工藝，該部分采用的焊接工藝為對(duì)稱、同向、同速的兩種焊接工藝。在施工現(xiàn)場(chǎng)使用的焊縫焊接過程中，采用縱向焊縫從中間到兩側(cè)焊接的方法，以減小焊接應(yīng)力和相應(yīng)的焊縫成形對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響[3]。

4 頂推施工工藝和方法

4.1 鋼結(jié)構(gòu)橋梁頂推設(shè)備的準(zhǔn)備

對(duì)該工程項(xiàng)目進(jìn)行鋼梁頂推設(shè)備準(zhǔn)備時(shí)，首先要保證千斤頂裝置的數(shù)量與壓力都達(dá)到技術(shù)規(guī)定。即兩套最高氣壓均為70 MPa、最高車速均為3～5 m/h 的自動(dòng)連續(xù)提升系統(tǒng)，加上由兩臺(tái)液壓站和兩臺(tái)主機(jī)構(gòu)成的動(dòng)力系統(tǒng)，為整個(gè)項(xiàng)目的開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外，該螺旋型千斤頂裝置還應(yīng)滿足協(xié)調(diào)控制臺(tái)控制和同步控制的兩種要求。當(dāng)該橋的梁體位移增大時(shí)，應(yīng)加大對(duì)偏移側(cè)連接器的提升力矩，并逐步調(diào)節(jié)高度，以確定梁體的縱軸位置。在該橋的臨時(shí)支架上均有補(bǔ)偏裝置，可以及時(shí)糾正吊裝過程中產(chǎn)生的偏差。千斤頂提升力計(jì)算：梁重G1=At，導(dǎo)桿重G2=Bt，鋼模重G3=Ct[4]。

外部荷載：G=G1+G2+G3=（A+B+C）t (A、B、C 為常數(shù))

靜摩擦力：F=（A+B+C）t×0.07（滑塊與不銹鋼模板的啟動(dòng)摩阻系數(shù)常用0.06～0.07，該工程采用0.07 驗(yàn)算）。

動(dòng)摩擦力：F=（A+B+C）t×0.05（動(dòng)摩擦系數(shù)可按0.04～0.05 選，該工程采用0.05 驗(yàn)算）。

4.2 橫向糾偏裝置

鋼桁梁兩端1—5 號(hào)墩臺(tái)部位均設(shè)有矯正裝置，通過正反螺線及千斤頂調(diào)節(jié)主桁中線在下滑道中的間距。應(yīng)用頂推法施工時(shí)，必須進(jìn)行橫向偏差的觀測(cè)工作，適時(shí)做出適當(dāng)調(diào)整。

5 頂推關(guān)鍵施工技術(shù)

5.1 拼裝平臺(tái)

鋼梁拼裝平臺(tái)采用φ325×10 mm 的鋼管作為立柱，柱間剪刀撐采用L75 的角鋼，上部分配梁采用雙拼I30 工字鋼，立柱的上下兩部分采用I-30型鋼組合，高度調(diào)節(jié)裝置也采用I30 工字鋼。為改進(jìn)方柱裝配線，在整個(gè)裝配平臺(tái)的材料中采用Q235B 鋼。拼裝平臺(tái)連接施工后，荷載應(yīng)比以前增加1.1 倍，以保證梁段拼裝過程中不出現(xiàn)因沉降引起的線性偏差。

5.2 導(dǎo)梁

設(shè)計(jì)鋼梁頂距53 m，鋼導(dǎo)梁總長(zhǎng)33 m，為頂距的0.62倍，導(dǎo)梁分為三段，第一段長(zhǎng)9 m，第二段和第三段長(zhǎng)12 m，自重約46 t。鋼導(dǎo)梁采用兩個(gè)中心距6 m 的U 形變截面鋼板梁，鋼結(jié)構(gòu)采用導(dǎo)梁根部比鋼箱梁高2.4 m。與鋼箱梁的上、下板、縱隔板焊接而成。兩個(gè)導(dǎo)梁通過交叉連接系統(tǒng)連接，以增加整體穩(wěn)定性[5]。

5.3 頂推支墩及墊梁

每?jī)蓚€(gè)頂推支墩為一組，在澆筑過程中最少設(shè)三組支墩，包括二組頂進(jìn)墩以及一組接收墩。支墩上方設(shè)置臨時(shí)性鋼墊板梁用作頂推裝置下降或回位過程中鋼柱拼裝的支承。臨時(shí)性鋼墊梁和頂推裝置通常為順橋方向布設(shè)。

該主橋鋼梁為單箱三室結(jié)構(gòu)，頂推設(shè)備和臨時(shí)鋼墊的中心線應(yīng)與鋼箱梁的兩層中間相對(duì)應(yīng)，2#管支架的交叉距離為6 m。該工程施工期間，千斤頂支架的設(shè)計(jì)承載力為500 t，使用4 根φ800×的鋼管組成支墩（單根鋼管設(shè)計(jì)承載力不小于160 t），鋼柱間距為2.0×2.0 m，管道之間的連接系統(tǒng)采用溝槽鋼管，管道和支架的材料標(biāo)準(zhǔn)為管道和支架的標(biāo)準(zhǔn)。枕梁位于水管支架上方，與推動(dòng)裝置配合，以維護(hù)由鋼柱組裝的重要部件。枕梁規(guī)格為4.4×2×2.5 m。

5.4 鋼梁頂推

5.4.1 制作梁臺(tái)座和節(jié)段

梁基是混凝土箱梁段及頂升施工的過渡區(qū)，梁段的預(yù)制期對(duì)整座橋的施工時(shí)間有一定的影響。頂部提升段的長(zhǎng)度通常在10～24 m 之間，16～20 m 是最常用的。除了首節(jié)和末節(jié)外，各橋墩的長(zhǎng)度均相同。在常規(guī)的擠壓后，通常一個(gè)階段的工作循環(huán)是7～15 個(gè)工作日。這并不是因?yàn)樗拈L(zhǎng)度太大而造成的，生產(chǎn)時(shí)間是7個(gè)工作日。這就需要在模具的設(shè)計(jì)過程中，模具的外部模具要采用大型的整型件，內(nèi)部模具能夠被拉出并被整個(gè)地推動(dòng)。此外，還應(yīng)將蒸氣的再生情況以及設(shè)備的強(qiáng)度等因素也一并納入考量。

5.4.2 導(dǎo)梁上墩

在此基礎(chǔ)上，對(duì)導(dǎo)梁進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)其進(jìn)行了分析。通常，導(dǎo)桿的長(zhǎng)度是其最大跨度的0.6～0.7 倍。導(dǎo)梁長(zhǎng)度越大，其負(fù)跨扭矩越小，導(dǎo)梁越大，越容易引起承載力的增大。在此基礎(chǔ)上，導(dǎo)桿的剛性應(yīng)該為主梁的1/5～1/9，它對(duì)主梁內(nèi)力的作用要比它的長(zhǎng)度大得多。在保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度的前提下，導(dǎo)桿的剛性降低，而剛性變化的導(dǎo)桿可以減小最大載荷下的負(fù)彎矩，從而使得兩個(gè)負(fù)彎矩接近。

由于承重節(jié)點(diǎn)的負(fù)彎矩增大與跨徑的平方成比例關(guān)系，而如果箱形截面和預(yù)應(yīng)力梁受力受限，那么在跨距增大到某一極限時(shí)，就無(wú)法重新設(shè)置預(yù)應(yīng)力梁，因而使用頂推方法進(jìn)行箱梁會(huì)出現(xiàn)“適用跨度”問題。增加適用范圍的一種方式是安裝一個(gè)臨時(shí)橋墩。在連續(xù)梁長(zhǎng)比上挑跨長(zhǎng)的情況下，宜采用中間的橋墩作為橋涵。在頂升橋沒有設(shè)置中間臨時(shí)橋墩的情況下，為了達(dá)到連續(xù)梁頭首次設(shè)置的鋼導(dǎo)柱及頂部翻落的需要，提出了一種新的設(shè)計(jì)思路。為了使梁體與梁基脫模后的梁體線形保持統(tǒng)一，在梁基前及一跨梁間設(shè)臨時(shí)墩臺(tái)，以確保梁體線形與卸載后的橋面接觸。梁體在梁基上頂出后，與下一梁的澆筑不會(huì)有很大的角度。在軟件中對(duì)主梁和導(dǎo)梁進(jìn)行建模，能夠預(yù)測(cè)導(dǎo)向梁與該橋梁主梁間懸停的最大下?lián)闲詳?shù)值，斜拉橋的工程導(dǎo)梁下?lián)现禐?75 mm?？梢岳孟淞贺Q曲線法，在拼裝導(dǎo)梁前先預(yù)整300 mm，以減小導(dǎo)梁在該橋上的問題。當(dāng)導(dǎo)梁仍然無(wú)法順利上墩時(shí)，通過提高或降低2#頂推支墩高度和頂進(jìn)裝置中墊梁的數(shù)量，使箱梁帶動(dòng)導(dǎo)梁端頭上升或下降，從而順利上墩。

5.4.3 頂推導(dǎo)向和糾偏機(jī)制

橫導(dǎo)能夠?qū)︿撝闹芯€進(jìn)行有效的控制，尤其對(duì)于環(huán)形曲面，采用橫式引導(dǎo)更加有效。在預(yù)成型的基座前面的橋墩上，分別設(shè)置一對(duì)引導(dǎo)裝置，以控制各橋面的水平方向，確保梁的末端與預(yù)型板的垂直方向。在進(jìn)行頂起時(shí)，要特別重視側(cè)向變形，尤其是主梁和橋墩的側(cè)向變形。在國(guó)內(nèi)已建成的各種橋型中，中跨、多跨長(zhǎng)箱梁橋占據(jù)了很大比例，而國(guó)內(nèi)的高架橋卻很少，所以采用頂升技術(shù)是一種比較好的結(jié)構(gòu)形式，具有很好的發(fā)展?jié)摿?。在我?guó)，隨著我國(guó)工程技術(shù)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土的強(qiáng)度、預(yù)壓技術(shù)的發(fā)展，以及各種設(shè)計(jì)計(jì)算的原理與方法的改進(jìn)，其支撐技術(shù)也將逐步得到改善。

5.4.4 導(dǎo)梁拆除

在最后一輪鋼梁頂升施工中，必須及時(shí)拆除鋼導(dǎo)梁。墊層放置在6#墩的臨時(shí)支架上，導(dǎo)梁兩端分別放置在提升支架和臨時(shí)支架上，沿段線切割并分割第一段導(dǎo)梁。使用130 t 汽車起重機(jī)將切割后的導(dǎo)梁提升至橋墩6#側(cè)的空地，重復(fù)上述步驟，完成導(dǎo)梁剩余部分的拆除[6-7]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，主該橋梁工程施工中，鋼結(jié)構(gòu)梁橋頂推施工方法在技術(shù)的先進(jìn)性和降低成本上作用突出，在橋梁鋼桁梁施工的現(xiàn)場(chǎng)安裝施工技術(shù)和長(zhǎng)度不足80 m 的鋼構(gòu)橋施工技術(shù)中，主要具備如下施工過程：吊裝工具裝置的選型、鋼構(gòu)件的安裝、頂推與落梁的施工，做到了上述方面的基本要求，可以給鋼構(gòu)橋施工帶來質(zhì)量保證。