王希崗

（中鐵十四局集團(tuán)第三工程有限公司,山東 濟(jì)南 250300）

0 引言

頂推施工法因施工機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)整體性好、節(jié)省施工用地等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于橋梁建設(shè)過程中。頂推法在橋梁施工領(lǐng)域經(jīng)過多年的應(yīng)用和改進(jìn)，根據(jù)采用的設(shè)備和受力原理不同逐步發(fā)展成楔進(jìn)式、拖拉式（擦滑式）和步履式三種方式[1-2]。目前拖拉式設(shè)備在國(guó)內(nèi)鐵路鋼桁梁施工中應(yīng)用較多[3]，步履式頂推設(shè)備在國(guó)內(nèi)公路鋼箱梁施工中應(yīng)用廣泛[4-6]。由于設(shè)備的選擇不同，對(duì)于鋼梁受力與頂推臨時(shí)結(jié)構(gòu)支撐體系要求均不相同，針對(duì)不同橋型的施工需要進(jìn)行單獨(dú)研究與設(shè)計(jì)[7]。

黃大鐵路黃河特大橋主梁為梯形桁架，鑒于鋼桁梁只能是大節(jié)點(diǎn)受力，無法采用步履式頂推，只能采用多點(diǎn)連續(xù)頂推法進(jìn)行施工。墩旁支架作為鋼桁梁的頂推和支撐平臺(tái)，其施工質(zhì)量是頂推施工能否安全、順利完成的重要影響因素。因此該文基于鋼桁梁頂推施工，系統(tǒng)地探究了墩旁支架的設(shè)計(jì)與安裝等施工工藝和關(guān)鍵技術(shù)，該方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工快捷、成本較低等特點(diǎn)。

1 工程概況

新建黃大鐵路黃河特大橋主橋全長(zhǎng)960 m，兩側(cè)120 m邊跨連接引橋，4 聯(lián)180 m 主跨橫跨黃河，主橋上部結(jié)構(gòu)采用下承式連續(xù)鋼桁梁，橋墩基礎(chǔ)采用直徑1.8 m 的鉆孔灌注樁，群樁承臺(tái)，橋墩為圓端型實(shí)體橋墩，上游側(cè)設(shè)計(jì)有破冰體。

主梁的兩片主桁均為高18.0 m 的梯形桁架，兩桁片中心距11.0 m，通過下橫梁、上下平聯(lián)連接為整體，桁片采用斜腹桿交錯(cuò)式，節(jié)間長(zhǎng)度10 m，桁架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鋼桁梁只有下弦大節(jié)點(diǎn)處能滿足頂推法施工的集中荷載，無法采用步履式頂推工藝進(jìn)行施工，而多點(diǎn)連續(xù)頂推法可充分利用桁架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并在鋼桁梁前端設(shè)120 m 長(zhǎng)變截面的桁架式鋼導(dǎo)梁，進(jìn)行鋼桁梁頂推施工。在114～115墩之間設(shè)置拼裝平臺(tái)，在115～116墩之間設(shè)置一個(gè)臨時(shí)墩，各主墩兩側(cè)設(shè)置墩旁托架，用以布置頂推體系。鋼桁梁頂推施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)布置如圖1 所示。

圖1 鋼桁梁頂推臨時(shí)結(jié)構(gòu)布置圖(單位：m)

2 墩旁托架設(shè)計(jì)概述

根據(jù)鋼桁梁的自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在主桁正下方布置支架，支架之間通過橫向連接系連成一個(gè)整體，支架通過預(yù)埋件跟主墩連接，墩身兩側(cè)的墩旁支架通過精軋螺紋鋼對(duì)拉成一個(gè)整體。

墩旁托架的立柱采用φ1 220×12 mm 的鋼管混凝土柱，之間的連結(jié)系采用φ630×8 mm 鋼管；墩身兩側(cè)的托架在柱頂采用4 根φ32 精軋螺紋鋼對(duì)拉，使之與墩身連成整體。鋼管上搭設(shè)高150 cm 的滑道梁，滑道梁與柱頂采用限位鋼板連接牢固。為保證在鋼桁梁頂推過程中至少有一個(gè)下弦桿上的大節(jié)點(diǎn)位于滑道梁上方，最終確定滑道梁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2.5 倍腹桿節(jié)間長(zhǎng)度，即25 m。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 墩旁托架側(cè)立面圖（單位：cm）

3 墩旁托架設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 墩旁支架計(jì)算荷載取值

在鋼桁梁頂推施工過程中，隨著頂推的進(jìn)行及后端梁段的不斷安裝，鋼桁梁的懸臂長(zhǎng)度與固定長(zhǎng)度不斷變化，導(dǎo)致墩旁支架上用以支撐鋼梁的滑塊位置及對(duì)墩旁支架的作用力大小也隨之改變。因此，在進(jìn)行墩旁支架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，須對(duì)整個(gè)鋼梁的頂推過程進(jìn)行分析，取得該過程中滑塊所受最大荷載，以此為控制荷載，將其以移動(dòng)荷載的方式施加到Midas Civil 建立的墩旁支架整體模型上。

3.2 計(jì)算假定

3.2.1 邊界條件

墩旁支架的立柱與承臺(tái)上的預(yù)埋鋼板焊接，并增加加勁肋，限制其轉(zhuǎn)角及位移，其底部按固結(jié)進(jìn)行約束；滑道梁一端牢固地焊接在橋墩托盤頂?shù)念A(yù)埋鋼板上，同樣以固結(jié)對(duì)其進(jìn)行約束；滑道梁與鋼管立柱、鋼管立柱與縱橫向連接系均采用焊接方式連接并用加勁肋加強(qiáng)，故桿件連接節(jié)點(diǎn)均采用剛接，有限元軟件可根據(jù)各構(gòu)件的剛度進(jìn)行彎矩傳遞及荷載分配。

3.2.2 單元類型

整體計(jì)算模型中φ1 220×12 mm 鋼管混凝土立柱、φ820×20 mm 鋼管斜撐、φ630×8 mm 鋼管平聯(lián)、滑道梁均采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。

3.3 計(jì)算結(jié)果

3.3.1 應(yīng)力計(jì)算

各桿件的組合應(yīng)力和剪應(yīng)力均小于材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值（如表1）。

表1 頂推階段各桿件受力結(jié)果

3.3.2 位移計(jì)算

根據(jù)各工況分析計(jì)算，支架最大變形值為5.5 mm。

3.3.3 整體穩(wěn)定性計(jì)算

采用Midas 對(duì)整個(gè)墩旁支架進(jìn)行線性屈曲分析，得到結(jié)構(gòu)的10 個(gè)屈曲模態(tài)，其中一階屈曲的Md-XYZ 模態(tài)如圖3。

圖3 一階屈曲的Md-XYZ 模態(tài)

臨界荷載的特征值為68.7，遠(yuǎn)大于規(guī)范規(guī)定的系數(shù)4，結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)。

4 墩旁支架施工

墩旁支架的施工工藝：預(yù)埋鋼板施工→安裝內(nèi)側(cè)鋼立柱→安裝連墻件→安裝外側(cè)斜鋼管立柱→安裝連接系→鋼管立柱灌注混凝土→精軋螺紋鋼張拉→滑道梁安裝。

4.1 桿件加工

墩旁托架的立柱和連接系均為圓鋼管，為保證圓管相貫處尺寸的精確度，在相貫口切割之前，利用計(jì)算機(jī)三維建模與展開，做出圓管節(jié)相貫處的平面展開圖。并按照1 ∶1 的比例將平面展開圖在專用樣板紙上繪制、裁剪。將裁剪成型的樣板紙圈在管壁外且保證緊貼，并臨時(shí)固定，根據(jù)展開線形狀用記號(hào)筆在圓管上繪制出相貫線，繪制時(shí)注意樣板紙折卷后的閉合狀態(tài)及不與鋼管發(fā)生滑移。

相貫線繪制完成后，按照標(biāo)記對(duì)鋼管進(jìn)行切割。為使圓管之間接觸面良好，使用氣割對(duì)相貫處圓管邊緣向外打坡口。

4.2 預(yù)埋件施工

墩旁托架的滑道梁通過預(yù)埋鋼板與墩頂進(jìn)行連接。墩頂預(yù)埋鋼板尺寸為1 000 mm*800 mm，20 mm 厚。預(yù)埋板下方設(shè)長(zhǎng)度為650 mm 的錨筋，錨筋要采用Φ22 的圓鋼加工，與錨板之間開孔塞焊。主墩墩身施工時(shí)，在墩身頂部混凝土澆筑前測(cè)量放樣出預(yù)埋件位置，錨板底面位于頂層鋼筋上，將錨板與頂層鋼筋焊接。預(yù)埋件埋設(shè)時(shí)要求焊接牢固，混凝土澆筑完成后表面平整、密實(shí)。為保證預(yù)埋鋼板底部的混凝土澆灌的密實(shí)，在鋼板中部設(shè)置直徑150 mm 的澆灌孔。為使振搗時(shí)氣泡能夠排出，在鋼板角部設(shè)置Φ25 mm 的排氣溢漿圓孔。

4.3 鋼管立柱安裝

墩身施工完成后，通過棧橋?qū)⒍张酝屑軜?gòu)件運(yùn)輸至墩附近。QUY75 履帶吊吊住鋼管上部，25 t 汽車吊吊住鋼管底部，通過兩臺(tái)吊車的起鉤和落鉤配合完成鋼管空中豎轉(zhuǎn)作業(yè)，轉(zhuǎn)體至豎直狀態(tài)后由QUY75 履帶吊提吊。

在預(yù)埋鋼板上設(shè)置導(dǎo)向、定位、反拉裝置，精確對(duì)位后進(jìn)行臨時(shí)固定。安裝過程中使用兩臺(tái)經(jīng)緯儀做垂直度角觀察立柱垂直度，發(fā)現(xiàn)不垂直及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。墩旁托架安裝時(shí)，先安裝遠(yuǎn)離便橋一側(cè)的鋼立柱和連接系，再安裝靠近棧橋一側(cè)的鋼立柱和連接系。

4.4 鋼管混凝土灌注

混凝土由立柱頂部灌注，由于立柱高度超過2 m 且直徑較大，為防止混凝土澆筑時(shí)摔落離析，采用串桶輸送至立柱內(nèi)，混凝土一次性澆筑高度不大于1 m，并使用加長(zhǎng)的插入式振動(dòng)器進(jìn)行振搗，振動(dòng)時(shí)間20～30 s，并以混凝土不再明顯下沉，開始泛漿為準(zhǔn)?；炷了冶炔灰舜笥?.4，坍落度不宜大于240 mm，待混凝土澆至柱頂后，將頂部的浮漿清除，并使用等強(qiáng)的細(xì)石混凝土澆筑至柱頂。

4.5 精軋螺紋鋼張拉

當(dāng)滑塊移動(dòng)到滑道梁前端時(shí)，滑塊會(huì)對(duì)托架外側(cè)立柱產(chǎn)生較大的水平力，因此在托架立柱側(cè)面設(shè)置6 根Φ32精軋螺紋鋼使墩身兩側(cè)的托架與主墩形成一個(gè)整體，以抵抗該水平力。

當(dāng)鋼管內(nèi)混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%時(shí)，進(jìn)行精軋螺紋鋼的橫向張拉。張拉時(shí)，鋼管兩側(cè)的精軋螺紋鋼對(duì)稱同步進(jìn)行。張拉時(shí)按照0→10%σ→20%σ→100%σ 分三級(jí)進(jìn)行加載，每級(jí)加載持荷不少于2 min。精軋螺紋鋼張拉以張拉應(yīng)力和伸長(zhǎng)值雙控，并以張拉應(yīng)力控制為主，伸長(zhǎng)量校核為輔，當(dāng)張拉實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值偏差超過6%時(shí)，應(yīng)立即停止張拉，待查明原因并采取措施后再進(jìn)行施工。

4.6 滑道梁安裝

滑道梁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為25 m，受運(yùn)輸和安裝條件限制，將其劃分為5 個(gè)節(jié)段，進(jìn)行分節(jié)加工、制作，其中最大節(jié)段長(zhǎng)6 m，重15 t，并委托專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)加工廠加工制作。

滑道梁采用75 t 履帶式起重機(jī)安裝。吊裝前，使用噴漆在滑道梁兩端標(biāo)出中心位置，并分別在柱頂鋼板上、墩柱托盤上標(biāo)出滑道梁的中心線、兩側(cè)邊線以及梁端位置，作為控制點(diǎn)，便于安裝過程中滑道梁的位置確定（如圖4）。

圖4 滑道梁分段示意圖

總體安裝按照由內(nèi)而外的順序：首先吊裝滑道梁HDL-3 到墩頂設(shè)計(jì)位置處，其次吊裝中間的HDL-2，最后吊裝位于最外側(cè)的HDL-1 至設(shè)計(jì)位置。根據(jù)放出的中心線及邊緣線，將滑道梁位置調(diào)整完成后，施擰高強(qiáng)螺栓對(duì)滑道梁進(jìn)行節(jié)段連接，安裝完成后使用液壓千斤頂對(duì)滑道梁的空間姿態(tài)進(jìn)行微調(diào)，使滑道梁中心線位置和滑道頂面標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求，校驗(yàn)合格后，在墩旁支架的柱頂鋼板上、托盤頂預(yù)埋鋼板上焊接梯形加勁板以固定滑道梁。

5 結(jié)束語

帶導(dǎo)梁的鋼桁梁多點(diǎn)連續(xù)頂推施工方案在東營(yíng)黃大鐵路黃河特大橋的成功應(yīng)用，不僅克服了鋼梁懸拼法施工安全風(fēng)險(xiǎn)高、工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，還根據(jù)鋼桁梁的受力特點(diǎn)，充分發(fā)揮了多點(diǎn)連續(xù)頂推的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也極大地加快了施工進(jìn)度，成功解決了同步頂推控制的施工難題。在施工過程中，通過施工方案多次優(yōu)化，將施工工序一再簡(jiǎn)化，尤其是該文的墩旁支架設(shè)計(jì)，充分利用永久結(jié)構(gòu)，“永臨結(jié)合”，減少臨時(shí)結(jié)構(gòu)材料用量，大大降低了臨時(shí)結(jié)構(gòu)的施工成本。該案例的成功實(shí)施，可以為同類工程提供借鑒。