鄭 彬

（貴州省公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

等高直線(xiàn)正交梁橋是所有梁體形式中最能發(fā)揮頂推法優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)形式，變高度梁和曲線(xiàn)梁也可使用頂推法施加頂推力，提高橋梁穩(wěn)定性。某立交橋項(xiàng)目梁體形式為變高度梁，頂推法施工過(guò)程中，梁底位置以楔形墊墊平，使其等高度發(fā)揮出頂推法的最佳效果。與此同時(shí)，大量施工實(shí)踐證實(shí)，平面圓曲線(xiàn)彎梁橋、豎向圓曲線(xiàn)彎橋也可應(yīng)用頂推法提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[1-3]。國(guó)內(nèi)研究者對(duì)頂推法在斜交梁橋、豎向曲線(xiàn)梁、變高度梁中的應(yīng)用進(jìn)行了大量研究且取得了豐碩成果，而頂推法在小半徑大縱坡連續(xù)鋼箱梁中的應(yīng)用相關(guān)研究不足。頂推施工技術(shù)在跨線(xiàn)橋梁施工過(guò)程中具有節(jié)約勞動(dòng)力、對(duì)道路交通影響小、機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單、對(duì)施工場(chǎng)地要求不高等優(yōu)勢(shì)，為提高橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性做出了突出貢獻(xiàn)[4-5]。由此可見(jiàn)，頂推施工在彎橋、坡梁橋的應(yīng)用意義巨大。

1 工程概況

某匝道橋?yàn)樾“霃?、大坡度連續(xù)鋼箱梁橋，橋體跨越內(nèi)環(huán)快速公路，作為城市主干道之一，內(nèi)環(huán)快速公路交通量大，為減小橋梁施工對(duì)道路通暢度影響，綜合設(shè)計(jì)后擬定頂推法，對(duì)F匝道跨越內(nèi)環(huán)高速段橋梁進(jìn)行施工。F 匝道梁體為等高鋼箱梁設(shè)計(jì)，梁體規(guī)格為31 m+39 m+30 m，平面半徑為300 m，豎向縱坡、橫向縱坡坡度分別為5.3%和1.5%。鋼箱梁為斜腹式單箱單室斷面，梁高2 m，總長(zhǎng)度100 m，頂板寬6.8 m，底板寬3 m，箱梁總重300 t。為便于施工，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件、運(yùn)輸要求，總長(zhǎng)100 m 的箱梁被分解成25 節(jié)長(zhǎng)度為3～4.5 m 的節(jié)段分別加工。

該項(xiàng)目箱梁頂推跨徑小、梁體頂推重量輕，為提高施工便捷性，選定拖拉式頂推法。選用型號(hào)為ZLD-100的穿心式連續(xù)頂推千斤頂，完成拖拉式頂推工作，該型號(hào)千斤頂配備兩臺(tái)油缸交替運(yùn)行，確保其可連續(xù)頂推施工，提高施工穩(wěn)定性。使用工具錨夾將傳力鋼絞線(xiàn)鋼絞絲固定后，箱梁底板處焊接錨扣點(diǎn)與鋼絞絲連接以提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。借助鋼絞絲拉力，將穿心式千斤頂頂推箱梁使其移動(dòng)。完成施工操作后將固定在箱梁上的耳板切割，使用下一個(gè)耳板錨繼續(xù)操作，最終使箱梁頂推到預(yù)定位置。為確保箱梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并降低損害風(fēng)險(xiǎn)，橋梁頂推過(guò)程中搭設(shè)臨時(shí)支撐體系，避免永久墩受損，也可以根據(jù)項(xiàng)目情況選用逐段焊接的工藝進(jìn)行頂推，或采用逐段頂推的方式完成箱梁移位。

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

頂推過(guò)程中箱梁處于懸臂狀態(tài)，重力作用下易出現(xiàn)梁體偏離軸心現(xiàn)象，使其抗傾覆穩(wěn)定性降低，線(xiàn)形曲率半徑對(duì)鋼梁頂推施工環(huán)節(jié)的抗傾覆穩(wěn)定性影響顯著[6]。

（1）車(chē)道荷載在梁體施工中抗傾覆穩(wěn)定性研究中的影響很小，可忽略不計(jì)。故此，只需考慮箱梁自重對(duì)梁體抗傾覆穩(wěn)定性的影響。為便于計(jì)算，假定梁體自重在箱梁頂板均勻分布，箱梁截面中間荷載密度明顯高于兩翼，該簡(jiǎn)化模型與實(shí)際情況吻合，對(duì)抗傾覆穩(wěn)定性的相關(guān)分析有利。

（2）采用模型簡(jiǎn)化后，箱梁荷載可以頂板面積代替，采用穩(wěn)定性系數(shù)代替抗傾覆穩(wěn)定性，并以下列公式進(jìn)行計(jì)算：抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)=抗傾覆力矩/傾覆力矩。根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際情況，選定頂推力最大懸臂24.8 m，箱梁長(zhǎng)度與寬度分別為101 m 和6.9 m，固定上述參數(shù)不變，同時(shí)保持臨時(shí)支架、臨時(shí)墩的軸線(xiàn)距離固定，選定曲率半徑為100 m、200 m、300 m、400 m、500 m、600 m、700 m、800 m、900 m、1 000 m，對(duì)不同條件下的鋼箱梁抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行測(cè)量。計(jì)算機(jī)模擬的橫向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)和縱向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)如圖1 和圖2 所示。

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)

（3）對(duì)圖1 分析可知，保持其他條件不變的情況下，曲率半徑大于400 m 時(shí)，頂推懸臂下鋼箱梁橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)基本保持穩(wěn)定，當(dāng)曲率半徑增加時(shí)，橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)略微增加，梁體與直梁水平接近時(shí)，橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)小范圍內(nèi)減小。曲率半徑小于400 m 時(shí)，鋼箱梁橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)隨著曲率半徑減小而下降，曲率半徑取值為100 m 時(shí)對(duì)應(yīng)的橫向穩(wěn)定系數(shù)不足曲率半徑為300 m 橫向穩(wěn)定系數(shù)的一半。

（4）對(duì)圖2 分析可知，保持其他條件不變，曲率半徑大于300 m 時(shí)，頂推懸臂下鋼箱梁縱向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)不變，基本上呈現(xiàn)為直線(xiàn)，隨著曲率半徑減小，鋼箱梁縱向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)略有減小。

綜上可知，曲率半徑較小時(shí)，鋼箱梁橫向抗傾覆系數(shù)隨曲率半徑變化明顯，而鋼箱梁縱向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)基本保持不變，曲率半徑大于400 m 時(shí)，鋼箱梁橫向抗傾覆穩(wěn)定性降低明顯[7]。

3 縱坡對(duì)頂推力的影響

頂推作用下單個(gè)作用點(diǎn)的力學(xué)原理如下：

頂推力F滿(mǎn)足下列標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，鋼箱梁才會(huì)在力的作用下向前移動(dòng)。

式中，Gi——第i個(gè)滑道受到的瞬時(shí)重力；μi——最大靜摩擦系數(shù)，ii——箱梁縱坡。一般情況下，ii取值較小，即上坡時(shí)取值為正，下坡時(shí)取值為負(fù)。

由此可知，鋼箱梁的∑iG值相對(duì)固定時(shí)，摩擦系數(shù)μi與縱坡ii取值決定了頂推力大小。為便于計(jì)算，假定目標(biāo)橋梁為直線(xiàn)坡橋且不同滑道的縱坡值一致，取所有滑道的最大摩擦系數(shù)值為0.1，按照從上向下頂推的原則，鋼箱梁的∑iG相對(duì)于箱梁重力的“頂推力系數(shù)”來(lái)反映推力大小。

選定軸線(xiàn)縱坡值分別為1.3%、2.3%、3.3%、4.3%、5.3%、6.3%，對(duì)應(yīng)的頂推力系數(shù)值如圖3 所示。

圖3 摩擦力系數(shù)為1 時(shí)頂推力系數(shù)

對(duì)圖3 分析可知：

（1）滿(mǎn)足上述條件時(shí)，隨著縱坡坡度增加，頂推力水平減小，兩者之間具備線(xiàn)性關(guān)系。

（2）頂推力與縱坡值密切相關(guān)，縱坡取值為5.3%時(shí)，頂推力不足無(wú)坡度時(shí)頂推力一半，表明縱坡坡度值越大，頂推力指標(biāo)越小。

（3）聚四氟乙烯材料的摩擦系數(shù)為0.04，該數(shù)據(jù)小于動(dòng)摩擦系數(shù)，荷載水平增加，摩擦系數(shù)減小，而頂推過(guò)程中不銹鋼鋼板的使用，進(jìn)一步降低了摩擦系數(shù)，施工的過(guò)程中由于選取的材料表面平整度不足，加之長(zhǎng)期使用，表面可能存在坑洼或油污等影響摩擦系數(shù)，結(jié)合實(shí)際情況選定滑倒摩擦系數(shù)最大值為0.05。在上述情況下，縱坡與頂推力關(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)

對(duì)圖4分析可知，將鋼箱梁滑道摩擦系數(shù)確定為0.05，縱坡坡度值為5.3%情況下，頂推力系數(shù)為負(fù)值，即在此情況下箱梁于縱坡上的重力分量大于摩擦力，無(wú)其他外力施加的情況下，鋼箱梁將向下自由滑落，引發(fā)重大安全隱患，對(duì)橋梁頂推施工產(chǎn)生威脅[8]。

4 頂推施工防滑移措施

由此可見(jiàn)，箱梁頂推施工中，大縱坡橋梁施工環(huán)節(jié)，需將縱坡坡度對(duì)頂推力的影響考慮在內(nèi)。由此可見(jiàn)，強(qiáng)風(fēng)、振動(dòng)等因素都會(huì)對(duì)鋼箱梁頂推懸臂狀態(tài)產(chǎn)生影響，對(duì)頂推施工不利，需結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況采取積極有效的措施加以防范，避免箱梁滑動(dòng)。

（1）清除涂抹的硅脂或采取其他可增加摩擦力的措施，可在不銹鋼板上涂抹滑石粉增加摩擦系數(shù)。相關(guān)措施的實(shí)施需結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)臨時(shí)支撐體系的承受力綜合考慮后認(rèn)真核算，頂推前需焊接箱梁制動(dòng)裝置[9]。

（2）箱梁頂推過(guò)程中需先將后補(bǔ)焊接段清除，隨后在其尾部設(shè)置制動(dòng)裝置，頂推施工之前需要對(duì)倒鏈錨扣的性能進(jìn)行檢測(cè)，并在施工過(guò)程中由專(zhuān)人負(fù)責(zé)倒鏈的操作，避免鋼絞絲松動(dòng)[10]。

表1 頂推力為0 時(shí)給坡對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)

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

5 結(jié)論

（1）依據(jù)頂推力計(jì)算公式可知，保持鋼箱梁自重固定和摩擦系數(shù)相對(duì)恒定的情況下，隨著箱梁縱坡的增大，頂推力降低，縱坡變化越大，頂推力減小越明顯，即縱坡對(duì)頂推力的影響越顯著。

（2）箱梁頂推施工環(huán)節(jié)，縱坡與頂推力關(guān)系密切，縱坡坡度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致箱梁摩擦力不足，在箱梁自重的作用下出現(xiàn)自然滑落，需針對(duì)此情況采取有效措施，增大摩擦力，以避免箱梁下滑導(dǎo)致施工風(fēng)險(xiǎn)?？筛鶕?jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇增大摩擦系數(shù)、箱梁尾部焊接倒鏈葫蘆、焊接制動(dòng)裝置等措施提高安全性。

（3）結(jié)合頂推力計(jì)算公式和項(xiàng)目實(shí)踐，總結(jié)了頂推力取值為零情況下的摩擦系數(shù)與縱坡取值，為相關(guān)工作提供數(shù)據(jù)參考。

（4）其他條件不變的情況下，分析了向量抗傾覆穩(wěn)定性曲率半徑的關(guān)系，結(jié)果顯示，曲率半徑小于300 m 時(shí)，鋼箱梁縱向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)與曲率半徑變化的關(guān)系不大，曲率半徑小于300 m 時(shí)，隨著曲率半徑的減小，鋼箱梁縱向穩(wěn)定系數(shù)有小范圍的浮動(dòng)。曲率半徑大于400 m 時(shí)，鋼箱梁橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)無(wú)明顯變化，曲率半徑小于400 m 時(shí)，隨著半徑的減小鋼箱梁橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)降低，且半徑減小越明顯，橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)降低明顯。曲率半徑為100 m 時(shí)，鋼箱梁橫向穩(wěn)定系數(shù)不足曲率半徑為300 m 時(shí)的一半。