大跨度橋梁豎曲線頂推施工控制技術(shù)研究

袁 全

（中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司 天津 300450）

1 工程簡介

北環(huán)鐵路分離式立交橋位于天津市現(xiàn)狀外環(huán)線與衛(wèi)國道交叉口以北約3.5 km處，橋梁全長746 m，為左、右兩幅，單幅全寬20.75 m。橋梁11＃～12＃墩跨越鐵路5股道及既有道路華糧道，從北到南依次跨越全程物流專用線、棉麻庫專用線、熱電廠專用線、北環(huán)下行線及北環(huán)上行線，除北環(huán)鐵路為電氣化鐵路外，其余均為非電氣化鐵路。北環(huán)鐵路為國鐵I級正線，每天通行117對列車，鐵路運營非常繁忙。華糧道與主干道躍進(jìn)路相連，道寬7 m，是物流區(qū)、國儲東麗糧庫及當(dāng)?shù)夭糠志用襁M(jìn)出的唯一道路，車流量較大。北環(huán)上行線南側(cè)區(qū)域為基礎(chǔ)農(nóng)田，華糧道北側(cè)區(qū)域為池塘（見圖1）。

圖1 橋位平面

2 橋梁跨越既有線施工方案比選

橋梁跨越時需盡量減少對橋下交通的影響，跨越時可選方案為轉(zhuǎn)體法或頂推法施工，兩種方案優(yōu)缺點對比如下：

（1）轉(zhuǎn)體法施工對橋下交通運營影響小，跨越施工安全性高。由于轉(zhuǎn)體法工藝需求，施工時需在鐵路南、北兩側(cè)分別設(shè)置大尺寸深基坑，對鐵路邊坡及華糧道影響大，基坑防護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)體梁體預(yù)制需沿鐵路東西向施作，占橋梁紅線區(qū)域外面積極大，需臨時征用大量農(nóng)田及魚塘用地，同時預(yù)制區(qū)地基承載力較差，需采用大量水泥攪拌樁對地基進(jìn)行處理，會對基礎(chǔ)農(nóng)田造成不可恢復(fù)的破壞。

（2）頂推法施工同樣對橋下交通運營影響小，跨越施工安全性也較高。頂推法基礎(chǔ)設(shè)置簡單，頂推梁體可在橋位沿線范圍內(nèi)預(yù)制，無需大量征用基礎(chǔ)農(nóng)田及魚塘用地，占地面積較小且均在橋梁紅線范圍之內(nèi)，對周邊鐵路、公路環(huán)境及土地影響較小。

以上兩種施工方案均可滿足施工要求，但頂推法占地面積較小，對周邊環(huán)境破壞小，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，故選用頂推法施工。

3 頂推施工方案概述

3.1 頂推施工原理

頂推法施工原理為頂推段箱梁通過滑塊作用于支撐墩上進(jìn)行預(yù)制，待箱梁主體施工完畢，通過千斤頂借助滑道、滑塊等滑動裝置，克服滑塊與滑道之間的摩擦以達(dá)到使梁體向前運動的目的。頂推過程中對梁體位置進(jìn)行跟蹤觀測，利用導(dǎo)向糾偏裝置進(jìn)行糾偏，準(zhǔn)確就位后落梁，更換正式支座［1］。

3.2 頂推工程概況

跨鐵路連續(xù)梁總長110 m，梁高2.9 m，頂推段長度為62 m，頂推就位后兩側(cè)24m為后澆段（見圖2）。橋梁頂推采用雙幅同步頂推，頂推距離為52 m，頂推運行軌跡位于半徑為4 500 m豎曲線上坡段，坡度為＋1.42%，單幅頂推重量為3 618 t，采用點式滑道，單點頂推。

圖2 立交橋跨越鐵路立面（單位：cm）

3.3 工程頂推重難點

（1）跨越鐵路橋梁跨徑為30 m＋50 m＋30 m，為減少頂推過程中梁體最大懸臂長度，需設(shè)置多組臨時墩來實施頂推［2］。頂推主跨跨度為50 m，由于跨度限制，需在鐵路中間設(shè)置一組L1＃臨時墩，該臨時墩無法與相鄰墩柱固結(jié)，該臨時墩加固形式直接影響頂推是否能順利進(jìn)行。

（2）常規(guī)頂推施工均為直線頂推，頂推梁底板線形為直線，各個支撐墩高程均一致。而本工程頂推梁位于豎曲線上坡段，頂推梁底板線形及滑道安裝高程需與設(shè)計豎曲線一致，避免標(biāo)高誤差導(dǎo)致頂推過程中梁體臨時墩受力不一致造成臨時墩損壞，施工精度要求極高［3］。

（3）臨時墩間最大跨度為23.2 m，前導(dǎo)梁長度為21.72m，導(dǎo)梁根部埋入混凝土梁體內(nèi)。在最大懸臂狀態(tài)時，鋼混結(jié)合部位的混凝土將承受全部導(dǎo)梁重量，如何保證前導(dǎo)梁的可靠性也是本工程的難點之一。

（4）箱梁頂推就位精度要求允許誤差為10 mm以內(nèi)。本橋重量大、跨度長，且頂推軌跡為豎曲線，箱梁頂推就位精度難以保證。

4 工程實施過程

4.1 臨時墩施工

4.1.1 臨時墩布置

橋梁頂推共設(shè)置9組支撐墩，其中3組為混凝土永久主墩，6組為臨時墩。各支撐墩之間間距分別為4.8 m、23.2 m、22 m、10 m、10 m、10 m、10 m、10 m。

單組臨時墩采用4根鋼管連接而成，鋼管埋入承臺1.5 m，墩頂鋪設(shè)一層4 cm鋼板，作為滑道及限位裝置基礎(chǔ)平臺（見圖3）。各支撐墩 （11＃～L2＃、12＃～L3＃～L4＃、13＃～L5＃～L6＃）縱向及橫向之間采用方鋼及鋼管柱焊接成為整體，保證支撐墩在頂推中組合受力。

圖3 臨時墩結(jié)構(gòu)

4.1.2 L1＃墩加固方案

箱梁頂推時由12＃墩位向L1＃墩位方向運行，12＃墩與L1＃臨時墩之間跨度為22 m并位于鐵路中間，L1＃臨時墩無法與相鄰墩柱采用方鋼固結(jié)加固。現(xiàn)場采用4道直徑32 mm精軋螺紋鋼將L1＃臨時墩與12＃永久墩相連以對L1＃臨時墩進(jìn)行加固，12＃永久墩已與L3＃、L4＃墩固結(jié)為1個整體。在L1＃墩及12＃永久墩后分別安裝1道雙拼 40b型鋼作為精軋螺紋鋼后背橫梁，每個滑道位置外側(cè)穿設(shè)2根精軋螺紋鋼將L1＃與12＃永久墩相連，精軋螺紋鋼張拉端設(shè)置在12＃永久墩處（見圖4）。

圖4 L1＃臨時墩加固

經(jīng)計算，頂推過程中L1＃臨時墩所受最不利水平推力為1 318 kN，每個滑道位置所受水平推力為659 kN。在頂推前給予每根精軋螺紋鋼165 kN初張拉力（頂推過程中L1＃臨時墩所受水平推力的25%），以此來減少L1＃臨時墩頂推過程中墩頂水平位移。頂推時對L1＃臨時墩墩頂位移進(jìn)行實時監(jiān)測，根據(jù)墩頂位移隨時調(diào)整精軋螺紋鋼張拉力，保證L1＃墩的穩(wěn)定。

4.2 滑道安裝

4.2.1 滑道整體布置

該工程頂推滑道采用點式滑道，單幅頂推梁9組支撐墩對稱設(shè)置18塊滑道梁，每個墩位2塊，滑道中心間距7.3 m。滑道梁長1.8 m，頂寬1.2 m，高度為75 cm，采用Q345D鋼板焊接成箱室結(jié)構(gòu)。

4.2.2 安裝工藝

滑道安裝標(biāo)高與箱梁頂推豎曲線軌跡需保持一致，單個滑道安裝標(biāo)高控制在1 mm以內(nèi)，同墩號兩滑道相對高差控制在2 mm以內(nèi)。滑道長度為1.8 m，根據(jù)坡度計算，滑道前后端高差為26 mm，標(biāo)高調(diào)整好后先將滑道與基礎(chǔ)平臺滿焊固定，固定完成后底部使用強(qiáng)度80 MPa高強(qiáng)灌漿料填封，保證滑道底部無空隙。頂推過程中滑道上滿鋪聚四氟乙烯板滑塊［4］，滑塊尺寸為 120 cm×60 cm×3 cm，抗壓強(qiáng)度不小于15 MPa，同時現(xiàn)場備用部分20 mm、25 mm、35 mm、40 mm滑塊及部分1 mm厚鋼板，防止施工誤差導(dǎo)致梁底滑塊脫空，保證頂推過程中各個臨時墩受力均勻。

4.3 頂推梁預(yù)制

頂推梁體預(yù)制區(qū)位于華糧道北側(cè)池塘區(qū)域，地基處理使用水泥攪拌樁，保證地基承載力不低于200 kPa。頂推梁滿堂支架搭設(shè)完成后使用沙袋按1.2倍梁重超載預(yù)壓，消除支架及地基非彈性形變［5］。

預(yù)制底模采用18 mm厚優(yōu)質(zhì)木膠板，底板線形按頂推豎曲線線形2 m一道控制標(biāo)高，同時結(jié)合地基、支架的彈性變形量及箱梁預(yù)拱度按二次拋物線進(jìn)行底模預(yù)拱度分配，從而確定底模標(biāo)高。底模鋪設(shè)時采用儀器實時測量，確保兩條滑道處底模標(biāo)高偏差不大于±2 mm。

4.4 前導(dǎo)梁安裝

4.4.1 安裝方法

前導(dǎo)梁長21.72 m，由兩片1.5 m寬鋼箱結(jié)合而成，兩片導(dǎo)梁鋼箱通過φ219mm鋼管橫聯(lián)形成一體［6］。導(dǎo)梁高1.6～2.78 m，全寬8.8 m。導(dǎo)梁分四段（前段8 m、中段一7m、中段二5m、預(yù)埋段1.72m）。導(dǎo)梁施工時先將預(yù)埋段澆筑至箱梁內(nèi)，預(yù)埋段部分混凝土安排經(jīng)驗豐富的振搗工仔細(xì)振搗，保證該部位混凝土質(zhì)量。

箱梁張拉完成后在支架上進(jìn)行導(dǎo)梁拼裝，導(dǎo)梁全部節(jié)間的拼裝應(yīng)平整，中線允許誤差不大于5 mm，縱、橫向底面高程允許偏差為±5 mm。

4.4.2 前導(dǎo)梁預(yù)頂

為檢驗導(dǎo)梁與主梁連接部位強(qiáng)度，避免在頂推過程中因連接處強(qiáng)度不夠造成連接處混凝土開裂，本工程首次提出了前導(dǎo)梁預(yù)頂方案，模擬頂推最大懸臂受力狀態(tài)，對導(dǎo)梁進(jìn)行向上預(yù)頂來提前檢驗鋼混結(jié)合部位強(qiáng)度（見圖5）。

圖5 前導(dǎo)梁預(yù)頂

前導(dǎo)梁采用單幅兩片鋼箱同步、分級加載的方法進(jìn)行預(yù)頂。每片鋼箱下使用1臺400 t千斤頂，千斤頂加載時首先加載至克服導(dǎo)梁自重時的頂力，然后加載至荷載總量的50%，隨后逐級加載，每級加載量為總重的10%，并對鋼導(dǎo)梁與主梁連接處混凝土及導(dǎo)梁自身應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行實時監(jiān)測，避免導(dǎo)梁變形或混凝土開裂。

4.5 頂推過程

頂推初始啟動力339 t。單幅橋頂推選用2臺ZLD300連續(xù)千斤頂，每個千斤頂通過15根φ15.24mm鋼絞線與梁尾端的拉錨器相連共同組成牽引系統(tǒng)［7］。鋼絞線安裝時逐根使用25 t千斤頂施加3 kN左右的力預(yù)緊，保證牽引索均勻受力。

4.5.1 試頂推

正式頂推前先試頂2 m，試頂時記錄相關(guān)參數(shù)：頂推力大小（用于計算摩擦系數(shù)）、頂推速度、各種設(shè)備運轉(zhuǎn)情況、結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點的受力情況、梁體監(jiān)測情況［8］。試頂推相關(guān)參數(shù)應(yīng)符合設(shè)計要求方可進(jìn)行正式頂推。

4.5.2 正式頂推

正式頂推先采用手動模式，梁體移動后利用筆記本中控臺控制連續(xù)自動頂推系統(tǒng)進(jìn)行自動同步頂推［9］。頂推時工人連續(xù)放滑板，相鄰兩塊滑板間隙需小于5 cm，直至頂推完成。滑板喂入時需將表面雜物清理干凈并涂刷硅脂以減少摩擦力。頂推時如滑板發(fā)生脫空或無法喂入，立即更換不同厚度滑板保證梁底與滑道接觸面鋪滿滑板。

4.5.3 頂推限位糾偏方法

頂推過程中對梁體軸線偏位進(jìn)行實時監(jiān)測，每頂推2 m報橫向偏移位置，同時對梁體進(jìn)行動態(tài)糾偏。糾偏方法如下：

（1）擋塊限位

滑道制作時在滑道外側(cè)加設(shè)1個2 cm高限位檔。為防止限位擋卡住滑塊，本工程僅在滑道外側(cè)設(shè)置限位擋，滑塊貼近限位擋塊續(xù)放（最大距離不超過2 cm），通過限位擋限制滑塊偏移來進(jìn)行梁體運動軌跡限位。

（2）限位滾輪限位及糾偏

利用布設(shè)在箱梁邊腹板兩側(cè)的共18組限位導(dǎo)向裝置進(jìn)行梁體限位及糾偏［10］。限位裝置采用工字鋼焊接成梯形骨架，與梁體邊腹板接觸面設(shè)置導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪使用高強(qiáng)螺栓絲桿與骨架相連，導(dǎo)向輪距離箱梁接觸面預(yù)留1～2 cm空隙。頂推時可通過人工調(diào)節(jié)絲桿的長度調(diào)整導(dǎo)向輪與箱梁之間的間隙來進(jìn)行導(dǎo)向與糾偏（見圖6）。

圖6 人工調(diào)節(jié)限位滾輪

（3）千斤頂糾偏

頂推過程中梁體出現(xiàn)橫向偏移，說明2個牽引處受力不一致，需調(diào)整2臺千斤頂拉力大小來實現(xiàn)糾偏［11］。手動調(diào)整千斤頂拉力，如梁體往東側(cè)偏移，說明西側(cè)牽引力大于東側(cè)牽引力，則適當(dāng)增大東側(cè)千斤頂拉力；如梁體往西側(cè)偏移，說明東側(cè)牽引力大于西側(cè)牽引力，則適當(dāng)增大西側(cè)千斤頂拉力。通過以上方式來保持牽引處受力一致，可起到調(diào)整梁體位置的作用。

4.6 落梁

頂推完成后利用12臺600 t千斤頂同時均勻?qū)⒘后w頂起5 cm，然后拆除滑板、滑道及導(dǎo)梁后進(jìn)行落梁。11＃墩、12＃墩交替落梁，每次落梁高度為10 mm，落至設(shè)計高程后與永久支座進(jìn)行連接完成整個落梁過程［12］。

5 結(jié)束語

北環(huán)鐵路分離式立交橋頂推歷時4 h順利完成，頂推平均速度為12 m/h。頂推過程中L1＃臨時墩位移未超限，前導(dǎo)梁鋼混結(jié)合部位混凝土未見異常，頂推就位精度滿足設(shè)計要求，未使用備用糾偏措施。頂推就位后各項技術(shù)指標(biāo)及梁體應(yīng)力均符合設(shè)計及規(guī)范要求。

工程通過臨時墩與主墩組合加固，保證了臨時墩穩(wěn)定；通過對滑道標(biāo)高精確控制，保證了頂推梁運行軌跡與設(shè)計豎曲線一致；通過前導(dǎo)梁預(yù)頂技術(shù)，保證了前導(dǎo)梁的可靠性；通過一系列糾偏技術(shù)的運用，確保了梁體就位精度。該頂推技術(shù)的成功運用，解決了以往頂推過程中出現(xiàn)的臨時墩位移超限、頂推同步性差、導(dǎo)梁與主梁結(jié)合部位混凝土開裂、就位精度差等難題，可為以后類似橋梁施工提供一定的參考。