淺談簡支鋼桁梁跨高速公路頂推安裝工法

王廣生 錢 偉

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淺談簡支鋼桁梁跨高速公路頂推安裝工法

王廣生1錢 偉2

（中交三航局第三工程有限公司 江蘇南京 210011）

本文介紹了簡支鋼桁梁跨高速公路施工的其中一種工法，該工法較簡支鋼桁梁原位拼裝工法和桁梁懸拼工法等具有安全合理，經(jīng)濟高效，施工快速等特點，該工法對現(xiàn)代化高標準、嚴要求的萬眾創(chuàng)新高新技術(shù)施工企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新具有重要里程碑意義。

簡支鋼桁梁；跨高速公路；頂推安裝工法

1工程概況

白果村跨岳常高速特大橋1#墩、2#墩之間采用108m鋼桁梁跨越岳常高速公路，交叉點鐵路里程為DK1368+844.27，交叉處公路里程為K864+900。鐵路與高速公路交角為33度，路面設(shè)計標高39.17m,設(shè)計凈空按5.5m考慮，高速公路設(shè)計為雙線4車道，車道寬26米，中間為寬度1.5m的中央分隔帶，兩側(cè)為應(yīng)急車道及硬路肩，與鐵路交叉處高速公路為半路塹半路基形式。

108m鋼桁梁全長109.5m，計算跨度108.0m，雙線鐵路，線間距4.0～4.001m，設(shè)計凈空5.5m。主桁為無豎桿整體節(jié)點平行弦三角桁架下承式有砟橋面簡支鋼桁梁。

1-108m鋼桁梁橋位立面布置圖見下圖所示:

1、鋼桁梁橋位立面布置圖

108m鋼桁梁橋位平面布置圖見下圖所示:

圖2、鋼桁梁橋位平面布置圖

2施工方案比選

根據(jù)鐵路橋梁跨越既有高速公路工況，通用的施工方案有三，即：一、采取高速公路半幅通行，半幅封閉，在高速公路上搭設(shè)拼裝支架原位拼裝方案，該方案特點是對既有高速公路運營有所影響，其與高速公路產(chǎn)權(quán)單位協(xié)商成本較高，受當?shù)厥┕きh(huán)境和高速車流量影響較大，對施工成本不可控因素較多；二、采用在高速公路上搭設(shè)防護棚，鋼梁懸拼施工方案，其施工投入較大，需要投入橋梁專用吊裝設(shè)備，對于鋼梁噸位總量不超過2000t的簡支鋼桁梁，顯然不是那么經(jīng)濟合理，其高空作業(yè)的風險因素更多。三、采用鋼梁頂推方案，在臨近高速公路的一側(cè)設(shè)置拼裝場地和滑道，在拼裝場地進行簡支梁的組裝，完成鋼梁組拼工藝后，安裝頂推系統(tǒng)，利用頂推系統(tǒng)將鋼梁從一側(cè)利用滑道支撐鋼梁拖拉至另一側(cè)，安裝固定。該方案的特點是施工過程中幾乎不影響高速公路的運營，施工總體可控，安裝成本相對較合理，施工效率高等特點。

表1、原位拼裝、懸拼及頂推安裝方案比選

項目支架原位拼裝專用設(shè)備懸拼頂推安裝 方案可行性可行性可行可行可行 操作性操作簡單操作略復雜操作簡單 安全性吊裝風險節(jié)段吊裝，起重物自重略大，吊裝風險略高節(jié)段吊裝，起重物自重小，吊裝風險低節(jié)段吊裝，起重物自重略大，吊裝風險略高 支撐架受力桿件水平?jīng)_擊力略大，線型調(diào)整反力略大桿件水平?jīng)_擊力小，線型調(diào)整反力小桿件水平?jīng)_擊力小，線型調(diào)整反力小 經(jīng)濟性設(shè)備投入少略多略多 人員投入30人40人25人 臨時鋼結(jié)構(gòu)投入約400噸約400噸約650t 質(zhì)量保證線型控制現(xiàn)場支架拼裝，線型成型較好高空懸拼，線形成型略困難現(xiàn)場場地拼裝，線形成型好 工期要求現(xiàn)場施工時間工期長工期長工期短 工廠預拼時間有有有 節(jié)點工期可控，要求高可控，要求高可控，要求低 場地要求高低低

3頂推施工工藝及重難點

3.1頂推施工定義

在橋頭沿橋縱軸線方向?qū)⑵囱b好的梁段向前推出使之就位的橋梁施工方法。須緊靠橋臺后部開辟拼裝場地，每拼裝一個單位節(jié)段即用水平液壓千斤頂施力，借助于不銹鋼和聚四氟乙烯模壓板組成的滑動裝置，將鋼梁逐段向?qū)Π俄斖疲宽斖凭臀缓螅俾淞骸８鼡Q正式支座，完成橋梁施工。

3.2頂推施工設(shè)計工藝

頂推法施工的過程受力分析及施工驗算內(nèi)容是需要掌握的關(guān)鍵，拿本橋簡支鋼桁梁各頂推工況分析示例，以便更好的說明頂推工藝的關(guān)鍵控制措施。

白果村跨岳常高速特大橋108米鋼桁梁架設(shè)時，在0#墩與2#墩之間現(xiàn)場搭設(shè)8個臨時支墩，臨時支墩采用格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，在0#墩后方搭設(shè)123米條形基礎(chǔ)。臨時支墩分配梁上安裝滑道梁，在滑道梁上放置滑塊，基礎(chǔ)采用C30的擴大基礎(chǔ)。臨時支墩總體布置如下圖所示。

圖3 臨時支墩布置圖

本橋采用單點頂推法架設(shè)鋼桁梁。在0#~1#橋墩之間及0#墩后方架設(shè)14個節(jié)間長度的臨時拼裝支架（鋼梁9個節(jié)間、導梁5個節(jié)間），利用150T履帶吊將導梁和鋼桁梁拼裝成整體節(jié)間，采用頂推裝置將架設(shè)的節(jié)間由1#墩向2#墩頂推，直至鋼桁梁全部頂推就位。

根據(jù)《新建蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道108米簡支鋼桁梁（圖號：專橋（2014）0421-IV）》和)施工單位提供的導梁及臨時支架設(shè)計圖，采用有限元分析軟件Midas civil 2012建立包括鋼桁梁和導梁的有限元模型，共318個節(jié)點，819個單元，其中前端5個節(jié)間為導梁，后端9個節(jié)間為鋼桁梁。在頂推過程中，根據(jù)實際受力情況調(diào)整有限元模型，如圖4所示。

圖4鋼桁梁頂推計算簡圖

3.3頂推過程典型計算工況

表2 頂推過程計算工況

根據(jù)上表分析，工況二鋼梁懸臂最大，導梁將要上L4#支墩，工況二邁達斯建模如下圖所示。

圖5 工況二情況下有限元計算模型

工況二支反力、應(yīng)力圖和變形圖如下所示。

圖6 工況二情況下支反力（單位：t）

圖7 工況二情況下應(yīng)力云圖（單位：Mpa）

圖8 工況二情況下變形云圖（單位：mm）

根據(jù)頂推施工過程各工況支反力可知：滑座所受最大壓力F=657t，在頂推過程中臨時支架L1處受到最大壓力F1=123.0t，臨時支架L2及臨時支架L3處受到最大壓力F2/3=657t，臨時支架L4處受到最大壓力F4=472.6t。在頂推過程中產(chǎn)生的水平力由滑道梁傳至后端條形基礎(chǔ)處，即臨時支架L1與臨時支架L2處水平力忽略不計，而臨時支架L3處產(chǎn)生的頂推水平力N=65.7t，張拉千斤頂反力座及拉錨器受到的水平拉力N1=150t。

根據(jù)鋼梁及導梁受力分析結(jié)果，設(shè)計臨時支架承力結(jié)構(gòu)，滑道設(shè)計，以及滑塊設(shè)計，布置頂推系統(tǒng)和相關(guān)構(gòu)件，完善相關(guān)構(gòu)件一系列的受力計算，以便指導現(xiàn)場頂推施工安裝。

白果村村跨岳常高速特大橋108米鋼桁梁架設(shè)步驟：

步驟一：1、在0#墩與1#墩之間、1#墩右側(cè)20米范圍及0#墩左側(cè)123米范圍內(nèi)搭設(shè)拼裝平臺，2#墩左側(cè)25米范圍內(nèi)搭設(shè)臨時支架,用于鋼桁梁拼裝與頂推。

2、在拼裝位置上方設(shè)置滑道梁，在臨時支架L3上方滑道梁上面設(shè)置200t連續(xù)水平千斤頂及其配套設(shè)置（液壓泵、控制系統(tǒng)等）；

3、在L1臨時支架和1#墩上方滑道梁上布置200t橫向限位糾偏千斤頂，每處各布置2臺。

4、在L2臨時支架和2#墩上方滑道梁上布置550t豎向頂升千斤頂，一共4臺。

步驟二：1、利用150t履帶吊在拼裝平臺上拼裝導梁U8U7、U7U5、U5U4、U4U1、U1E0’共5個節(jié)間的63.75米導梁及鋼桁梁第一節(jié)間下弦桿，拼裝架設(shè)時，依次在節(jié)點U8、U6、U5、U4、U3、E0’對應(yīng)節(jié)點中心底部設(shè)置滑移墊塊。

2、在鋼梁E0'節(jié)點下方安裝頂推反力座后錨（不影響滑塊抄墊），牽引用鋼絞線（規(guī)格為?15.24）與反力座后錨錨固，至端部200t連續(xù)千斤頂穿出，L3臨時支墩為固定牽引端，利用主控單元控制系統(tǒng)控制2×200t千斤頂同步向2#墩方向頂推前移。

3、將導梁向2#墩方向拖拉，直至導梁前端到達L3臨時墩處。

步驟三：1、用150t履帶吊在拼裝平臺上分別按節(jié)間順序拼裝鋼桁梁,直至拼裝結(jié)束。

步驟四：1、利用200t水平張拉千斤頂對導梁和鋼桁梁向2#墩方向進行整體拖拉。

2、當E0'節(jié)點到達L3臨時墩上方時停止拖拉,將E0’節(jié)點下方的后錨反力座安裝到E0節(jié)點下方（不影響滑塊抄墊）。

步驟五：1、繼續(xù)拖拉，直至導梁到達L4#臨時墩。

步驟六：1、繼續(xù)拖拉，直至鋼梁到達設(shè)計位置。

2、拖拉過程中逐步拆除導梁伸出部分,直至導梁全部拆除。

步驟七：1、在1#及2#墩頂安裝落梁裝置、縱橫移裝置。

2、拆除L1#至L4#臨時支架、及頂推系統(tǒng)。

3、利用落梁裝置完成鋼梁體系轉(zhuǎn)換，并安裝墩頂支座。

4、利用墩頂布置的橫移裝置調(diào)整鋼梁成橋線型。

5、完成橋梁附屬結(jié)構(gòu)的施工，全橋施工完成。

圖9 臨時支架布置圖

3.4頂推過程中的糾偏

1）鋼桁梁兩點同步連續(xù)水平頂推系統(tǒng)由液壓泵站、連續(xù)千斤頂和控制系統(tǒng)三部分組成，具有兩側(cè)同步、單側(cè)單動、單點單動功能。通過調(diào)整千斤頂不同的行程，來達到糾偏目的，再同時頂推。

2）頂推作業(yè)完成后，利用墩頂布置聚四氟乙烯板和豎向千斤頂落梁，利用水平千斤頂調(diào)整橫向位移，完成體系轉(zhuǎn)換。

3.5落梁工藝

在球形支座上安裝落梁抄墊裝置與鋼桁梁支點抄實，在油頂支撐位安裝起頂落梁裝置；

起頂落梁裝置起頂，完成支撐體系轉(zhuǎn)換，拆除滑道系統(tǒng)，開始起落梁。起落梁原則：由1#墩側(cè)先于2#墩側(cè)依次落梁，每次起落高度定為 80mm，落梁次序為1#墩→2#墩→1#墩→2#墩→1#墩。每墩落梁時墩頂布置的豎向油頂同步起頂，起頂高度控制為 20mm，然后抽出 20mm 抄墊板，接著落梁 20mm，采用邊抽邊落的方法，直至落梁高度達到 80mm，停止落梁。固定抄墊板，轉(zhuǎn)至下一橋墩落梁。如此循環(huán)，直至全橋落梁至理論高度。落梁就位后，檢查各支點位移數(shù)值，進行縱橫移糾偏。

成橋縱橫向糾偏完成后，通過溫差法落梁安裝支座。

4 結(jié)論

頂推架設(shè)工法在支架上集中拼裝鋼桁梁，有條件做到常規(guī)化作業(yè)，尤其是跨高速公路安裝便于采取安全防護措施，還可避免因高空安裝風險帶來的不利影響，有利于控制安全、質(zhì)量、工期等風險，同時對高速公路運營及周邊環(huán)境影響最小。

頂推施工必須解決好幾個關(guān)鍵因素：一、胎架在滿足落梁需要時，盡可能降低與橋臺支座的高差，以方便落梁，降低安全風險和工作量；二是各類臨時設(shè)施如臨時支架、胎架的基礎(chǔ)工作要牢固可靠，避免給鋼梁施工帶來傾覆和失穩(wěn)安全風險。

[1] 白果村跨岳常高速特大橋108米鋼桁梁頂推施工計算書

[2] 白果村跨岳常高速特大橋1-108m簡支鋼桁梁安裝專項施工方案.

[3]《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB10002D1-2005）

[4]《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB10002.2-2005）

[5]《鐵路鋼橋制造規(guī)范》（Q/CR9211-2015）

[6]《鐵路鋼橋高強螺栓連接施工規(guī)定》（TBJ214-1992）

[7]《客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》（TZ203-2008）

王廣生，性別；男，出生年月；1976.12，職稱；工程師，研究方向；路橋施工管理，工作年限；16年，畢業(yè)院校；南京工業(yè)大學。

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