大跨度箱梁整體長距離頂推滑移施工技術(shù)*

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

1 工程概況

昆山市中環(huán)跨越京滬高速公路的跨線橋，位于原有橋梁兩側(cè)（B線橋和C線橋），與原有橋梁平行，位于直線段上。B線橋自北側(cè)B61墩柱至B64墩柱，樁號自BK16+343.750～BK16+493.750，全長150 m；C線橋自北側(cè)C61墩柱至C64墩柱，樁號自CK16+342.793～CK16+492.793，全長150 m。上部結(jié)構(gòu)采用等截面連續(xù)鋼箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用花瓶墩接承臺及群樁基礎(chǔ)。B線橋第20聯(lián)跨越京滬高速，跨徑44 m+70 m+36 m，梁高2.8 m；C線橋第20聯(lián)跨越京滬高速，跨徑36 m+70 m+44 m，梁高2.8 m；橋面橫坡2%，通過頂、底板共同傾斜形成。鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量約3 600 t（包括鋼箱梁本體+壓重），如圖1所示。

圖1 京滬高速公路跨線橋橋型平面布置

2 整體施工流程

現(xiàn)場臨時支撐架系統(tǒng)的安裝（主要由格構(gòu)式臨時支架以及軌道梁組成）→頂推設(shè)備-自平衡滑移裝置的安裝→分段構(gòu)件運(yùn)輸至現(xiàn)場，在胎架上進(jìn)行拼裝→橋箱梁前端安裝導(dǎo)向梁后整體進(jìn)行頂推滑移→完成落架

3 整體頂推滑移施工工藝

3.1 臨時支撐架系統(tǒng)

在頂推滑移軸線后方搭設(shè)如圖2所示的臨時支撐系統(tǒng)，作為自平衡滑移裝置的支承點(diǎn)和橋箱梁高空拼裝的胎架。

圖2 臨時支撐系統(tǒng)

臨時支架采用格構(gòu)式鋼管支架組成，單幅橋共布置有6 個高8 m的臨時支架。為了減小鋼箱梁懸臂狀態(tài)，在滬寧高速公路兩側(cè)，各設(shè)置1 個高6 m的臨時支架。單個臨時支架由4 根φ609 mm鋼管構(gòu)成，截面尺寸3.2 m×6.7 m，水平撐及斜撐采用H型鋼搭設(shè)。施工時為減小頂推跨度，依附永久支座設(shè)置圖3所示的懸挑支架，擺放恒力自平衡滑移裝置，為保證懸挑支架安全，恒力自平衡裝置在頂推過程中主動加載1 000 kN，荷載超過該值千斤頂下降卸載。

圖3 懸挑支架

3.2 導(dǎo)向梁設(shè)計

為了保證橋箱梁在跨越滬寧高速時，懸臂狀態(tài)下最大負(fù)彎矩不超過設(shè)計狀態(tài)下的最大負(fù)彎矩，故在橋箱梁前端設(shè)置導(dǎo)向梁。

導(dǎo)向梁采用空間桁架形式，包括2 榀主桁架、1 榀次桁架。主桁架與鋼箱梁縱向直腹板對齊，并伸入鋼箱梁2 個節(jié)間距離，以保證連接性能；次桁架位于2 榀主桁架之間，以保證主桁架面外穩(wěn)定性。導(dǎo)向梁總長45 m，導(dǎo)向梁總質(zhì)量約80 t。

3.3 計算機(jī)控制自平衡滑移系統(tǒng)

支撐系統(tǒng)搭設(shè)好后，在軌道梁頂擺放如圖4所示的自平衡滑移裝置，自平衡滑移裝置為頂推油缸①和頂升油缸②交替作用，頂推油缸①為一組水平千斤頂③和垂直千斤頂④組成，頂升油缸②為一組垂直千斤頂⑤和側(cè)向糾偏的小型千斤頂⑥組成，頂推內(nèi)框采用摩擦因數(shù)極小的材料制作，平衡橋箱梁底板和滑移設(shè)備底板的摩擦力。

圖4 自平衡滑移裝置

橋箱梁整體頂推為計算機(jī)多支點(diǎn)同步控制，各支點(diǎn)的狀態(tài)通過雙向通信將信息反饋到主控PLC，再由PLC協(xié)調(diào)各個點(diǎn)設(shè)備的動作，并將信息實(shí)時顯示在狀態(tài)界面上。系統(tǒng)有自動和手動模式，可滿足現(xiàn)場不同工況，在手動模式下，可分別控制各個支點(diǎn)的動作，實(shí)現(xiàn)各支點(diǎn)微調(diào)。頂推設(shè)備的工作原理為：圖4中由各個支點(diǎn)的垂直千斤頂④伸缸，待橋梁底面脫離垂直千斤頂⑤后，再由各個支點(diǎn)的水平千斤頂③開始伸缸，使橋梁整體往前移；水平千斤頂③伸缸到位后，各支點(diǎn)垂直千斤頂⑤先開始伸缸，待各個點(diǎn)的支撐力達(dá)到平衡后，垂直千斤頂④開始縮缸，脫離橋梁底面后，水平千斤頂③縮缸，完成一個頂推行程。橋箱梁頂推過程中測量人員跟蹤觀測橋箱梁側(cè)向偏差，偏差超過30 mm時，利用頂推油缸和頂升油缸置換的間隙進(jìn)行側(cè)向糾偏。側(cè)向糾偏的原理為：圖4中垂直千斤頂⑤伸缸頂緊橋底板，垂直千斤頂④縮缸脫開橋底板后，根據(jù)偏差方向，選擇使用各點(diǎn)兩側(cè)的小型糾偏千斤頂⑥伸缸，進(jìn)行橋體偏差的矯正，確保橋箱梁整體頂推的直線度。

3.4 最不利工況模擬

如圖5所示，頂推滑移裝置安裝好后使用機(jī)械設(shè)備（6 000 kN履帶吊）吊裝導(dǎo)梁，與分段橋箱梁在支架系統(tǒng)上進(jìn)行拼裝焊接成整體。為了確保橋箱梁頂推滑移過程中的安全，經(jīng)計算機(jī)建模、有限元分析計算，得出圖6所示頂推過程中最不利工況，按照圖5中最不利工況時底部頂推裝置的間距及荷載值，通過頂推設(shè)備主動加載方式進(jìn)行圖7所示的施工現(xiàn)場最不利工況模擬，模擬時，監(jiān)測結(jié)構(gòu)的應(yīng)力值并同理論值對比，確定安全后進(jìn)行向前頂推滑移。

圖5 導(dǎo)梁和橋箱梁焊接成整體

圖6 最不利工況狀態(tài)

圖7 最不利工況模擬

3.5 整體落架

單幅橋箱梁整體頂推滑移到位后進(jìn)行整理落架。整個150 m橋箱梁總重約為1 600 t，根據(jù)計算得出各個橋墩受力，隨后在橋墩頂面分別布置：2 組2 個1 000 kN千斤頂組合（C61、C64軸）、6 個1 000 kN千斤頂組合與2 個3 000 kN千斤頂（C62、C63軸）。落架千斤頂擺放位置根據(jù)橋箱梁內(nèi)部6.7 m腹板以及橫隔板確定。單個橋墩頂面落架千斤頂布置如圖8（C63軸橋墩為例）所示。

圖8 單個橋墩頂面落架千斤頂布置示意

待所有落架千斤頂、置換鋼板布置完成，鋼墊石與球形支座安裝到位后，開始進(jìn)行落架動作。以C63軸橋墩為例，首先每個墩頂?shù)? 個3 000 kN落架千斤頂頂住橋面，然后抽取6 000 kN千斤頂組合上面的置換鋼板1 塊（厚32 mm）；隨后2 個3 000 kN千斤頂縮缸，由6 000 kN千斤頂組合頂住橋面，抽取2 個3 000 kN千斤頂上面的置換鋼板1 塊（厚32 mm）；每個橋墩頂面2 組千斤頂同步交替作業(yè)，待置換鋼板抽完之后，抽取1 個鋼支墩，再布置千斤頂以及置換鋼板，始終保證千斤頂上面置換鋼板高度最大不超過200 mm。落架過程中當(dāng)橋底和永久支座接觸后需及時調(diào)整橋體位置，然后把荷載轉(zhuǎn)換到永久支座上，并及時把橋底板和永久支座焊接固定。

4 結(jié)語

本次施工過程中，有效地避免了橋箱梁結(jié)構(gòu)跨下部位地形條件特殊對滑移施工造成的影響，且采用自平衡滑移設(shè)備對永久橋墩不產(chǎn)生水平推力，同時對頂推間隙進(jìn)行側(cè)向糾偏，確保橋箱梁頂推的精準(zhǔn)性和安全性，有效節(jié)省了施工成本[1-7]。尤其對結(jié)構(gòu)底部是高速公路或鐵路等重要交通干線，無法進(jìn)行斷交施工的情況下，本方法保證了在不封路且確保交通暢通的條件下，大跨度橋箱梁長距離頂推施工的精確和安全。本施工技術(shù)在實(shí)踐中可行，且在類似施工項目中有著指導(dǎo)作用。