高速公路鋼桁梁頂推及監測施工技術

姜海東

（中國鐵建投資集團有限公司， 廣東 珠海 519000）

1 工程概況

合陽至銅川高速公路項目水蘇溝大橋跨越陜西省白水縣水蘇溝，橋梁全長697米，最大墩高82m，分左右兩幅施工。橋梁上部結構引橋分別為采用2聯3跨30m和3聯3跨30m預應力混凝土先簡支后連續箱梁，主橋6#墩～9#墩間上部結構為3×80m上承式鋼桁-混凝土組合梁，主梁采用Q420qDNH（耐候鋼）雙拼桁架鋼梁。鋼桁梁采用頂推法施工，最大頂推重量1260噸。

2 頂推方案比選

2.1 步履式頂推

在鋼桁梁兩節點之間設置墊梁，每個墩頂設置兩組墊梁，墊梁長度為8m，墩身大小里程側設置臨時支撐結構，在兩臨時支撐之間布置頂推體系。兩組墊梁兩端分別支撐在鋼桁梁的節點范圍，交替使用，每頂推8m，更換一次墊梁。采用三向步履式頂推千斤頂，可以實現鋼桁梁的縱向頂推，豎向頂升及橫向糾偏等功能。相對于滑移式工藝墩身結構受力較優，墩柱偏心彎矩較小，經計算，6#墩偏心彎矩6678KN.m，7#、8#墩偏心彎矩8310KN.m。

2.2 滑移式頂推

根據鋼桁梁結構受力特點，滑塊只能支撐在節點下方。頂推系統滑道長度10m，墩身兩側設置墩旁托架，墩身上預埋型鋼，托架與型鋼焊接為整體。每個主墩上設4臺豎向千斤頂、2臺水平連續千斤頂，多點同步頂推。在主桁支點位置的下桁梁下安裝滑塊，滑塊上安裝鋼絞線錨固點，頂推過程中以頂推滑塊方式實現鋼桁梁的頂推。滑移式頂推支撐點在節點下方，結構受力明確，同步頂推控制容易，頂推行程連續，頂推速度較快。滑塊支撐在托架一側時，對墩身產生較大的偏心力矩，經計算，6#墩偏心彎矩16048KN.m，7#、8#墩偏心彎矩17960KN.m。

2.3 托拉法頂推

通過千斤頂牽拉鋼絞線拖動梁體在滑道上滑移，牽引梁體就位。需要設置滑道系統、牽引系統和豎向調節系統等，該方法對墩身產生的水平力大，需要有平整的滑道，對臨時墩支架沉降要求高。

經過方案比選，綜合考慮施工方法對墩身產生的偏心力矩影響及安全因素，選擇步履式頂推方案為施工方案。

3 頂推系統布設

3.1 主梁及鋼導梁設計

鋼桁梁采用三角形無豎桿桁架結構，主梁高7.9m，節間長度8m，主桁中心間距6.7m。主桁上、下弦桿均采用箱型截面；直腹桿采用工字型截面，斜腹桿采用箱型和工字型截面；主桁連接采用焊接，弦桿與節點板在工廠焊接，箱形斜腹桿與節點采用四面焊接，工字型直腹桿與節點采用三面焊接。鋼桁梁橫向聯系包括上橫梁、下橫梁、下平聯十字撐，除十字撐采用栓接外其余節點均為焊接，所有橫聯桿件均為工字型截面。

導梁設計長度48m，高7.2m，寬6.7m，節間距8.0m，與主梁中心高度相同，全導梁采用無豎桿的三角形桁架。導梁主桁桿件形式均為工字型截面，上弦每節點之間設置橫向連接，在靠近與主梁連接端 S7、S6節點之間設置一道交叉剪刀撐，下弦在靠近與主梁連接端X7～X3之間設置交叉剪刀撐，平聯及剪刀撐采用工字型截面。鋼導梁各節點均采用M24高強螺栓連接。

3.2 拉錨器布設

頂推起始階段，主梁及導梁位于拼裝平臺上，通過設置拉錨器實現鋼桁梁前移，采用在平臺滑道前端安裝反力座及穿心千斤頂的方式，通過千斤頂拖動鋼絞線牽引鋼桁梁滑移。 拉錨器采用鋼板焊接制作，與鋼桁梁節點利用M40支座連接螺栓進行連接，與千斤頂采用Ф32精軋螺紋鋼連接。

3.3 多點頂推系統布設

在墩身大小里程兩側預埋鋼板作為作業平臺受力支撐點，平臺托架采用20a槽鋼制作，單側托架長3.85m，單側采用4片托架，前端設置墊梁支撐架，便于墊梁橫向移動。根據鋼桁梁結構特點，每個墩頂設置 2組頂推系統，4個主墩上共布設8組頂推系統。墊梁為鋼箱結構，采用鋼板加工制作，Q345B鋼材，頂板、底板均采用30mm鋼板，腹板采用20mm鋼板。

3.4 頂推施工流程

鋼桁梁單個頂推行程施工流程分為以下5中狀態。工況一：墩頂墊梁支撐于鋼桁梁前后支點處，豎向千斤頂、水平千斤頂均處于收回狀態；工況二：豎向千斤頂先將支撐墊梁及鋼桁梁頂起，然后水平千斤頂頂推，將墊梁連同鋼桁梁向前頂推一個行程；工況三：豎向千斤頂、水平千斤頂依次縮缸，重復工況一、工況二直至將支撐墊梁全部頂出豎向千斤頂范圍；工況四：豎向千斤頂、水平千斤頂依次縮缸后，安裝后方支撐墊梁，豎向千斤頂、水平千斤頂依次伸缸，將后方墊梁托起向前頂推；工況五：重復工況一、工況二向前頂推鋼桁梁并拆除前方支撐墊梁。鋼桁梁頂推施工過程如下圖所示。

圖1 鋼桁梁頂推施工

4 頂推施工步驟

在11#～14#墩之間布設52m鋼桁梁拼裝平臺，分節段拼裝導梁和主梁，在 10#墩處搭設臨時墩并安裝水平連續千斤頂，6#～9#墩墩頂安裝步履式頂推系統。具體施工步驟如下（圖2-圖7所示）：

步驟一：在拼裝平臺上拼裝48m鋼導梁，向小里程方向頂推 16m，導梁懸臂16m。

圖2 拼裝導梁

步驟二：在拼裝平臺上拼裝16m主梁，累計拼裝主梁16m，頂推48m。

圖3 連接主梁及導梁

步驟三：拼裝16m主梁，累計拼裝主梁32m，頂推16m。

圖4 拼裝主梁

步驟四：在拼裝平臺上拼裝 8m 主梁，向小里程方向頂推 8m；重復此過程至導梁到達6#墩。

圖5 步履式頂推

步驟五：拆除8m導梁，頂推8m，重復此過程直至導梁拆除完成。

圖6 拆除導梁

步驟六：拆除頂推系統，落梁。

圖7 主梁落梁

5 監控量測

監控量測的主要內容包括：預拱度線形控制、施工過程中主梁及導梁撓度及橫向位移的監測、施工過程中主梁及導粱應力的監測、墩柱關鍵截面應力的監測、施工過程中各墩豎向及縱向位移的監測、頂推力與支座反力的監測、溫度及風速的監測。本文重點闡述鋼桁梁施工過程預拱度控制、鋼桁梁線形整體監測、鋼桁梁最大懸臂的撓度監測、墩柱縱向位移監測相關內容。

5.1 預拱度控制

根據設計文件，橋梁預拱度 A=每跨跨中恒載撓度+0.5倍活載撓度，每跨預拱度曲線采用 y=0.5A×(1-cos(X/L×2π)，其中 X為距離支座距離，L為每跨跨徑。采用Midas civil建立成橋階段模型，在恒載+0.5倍活載作用下計算出各跨跨中的預拱度，計算結果顯示第9跨各點位預拱度值相對較大，其設計預拱度曲線圖如下所示。

圖8 第9跨設計預拱度曲線圖（單位：cm）

桁架構件加工過程中通過調整上弦桿長度來調整預拱度。具體實施措施是：在拼裝平臺上拉出一條水平線作為參考系，根據不同跨的鋼桁梁拼裝，參照預拱度曲線圖，每拼裝完成一節段，采用鋼尺測量節段兩端上弦桿頂面到水平線的垂直距離，再測量下弦桿底面到水平線的垂直距離。通過換算可以得到該節段實際預拱度值，與設計預拱度值相比較，如果相差較大，則需要在下節段拼裝時進行修正。由于鋼材溫度變受環境溫度變化影響較大，施工時應考慮外界溫度變化情況，及時對預拱度進行修正。

5.2 鋼桁梁線形整體監測

鋼桁梁整體的線形測點布置在各墩墩頂和各跨跨中截面，每個斷面橫向布置2個測點，將棱鏡焊接在鋼桁梁頂部側面作為測點，采用全站儀進行監測，主要對鋼桁梁頂推施工安裝前、每孔鋼桁梁頂推施工后、全橋鋼桁梁施工完成后三種工況進行監測。

5.3 鋼桁梁懸臂撓度監測

最大懸臂階段是整個施工過程中風險最高的狀態之一，鋼桁梁變形大小決定著頂推施工能否順利進行。導梁的撓度監測斷面共分為3個，分別為導梁的前端、中部和根部；主梁的撓度監測斷面共分為2個，分別為主梁的最大懸臂處、最大懸臂與鋼導粱根部的中間位置處，每個斷面布置2個撓度測點，將棱鏡焊接在主粱、導梁底縱梁上，采用全站儀進行監測。具體監測工況為：鋼桁梁安裝完成后、每孔頂推施工開始前、每孔頂推施工完成后。

5.4 墩柱縱向位移的監測

鋼桁梁頂推過程中采用全站儀進行監測，在各墩柱蓋梁的左右側面布置反光片，當反光片效果不佳時，采用棱鏡代替。當頂推進行到最大懸臂狀態時，各墩頂的步履式千斤頂需要克服的摩阻力最大，此時的墩頂縱向水平位移最大，應加強監測。具體監測工況為：每孔鋼桁梁頂推施工開始前、每孔鋼桁梁頂推施工完成后、全橋鋼桁梁施工完成后。

6 結束語

該橋作為國內首座3×80m上承式高速公路鋼桁-混凝土組合梁橋梁，施工前進行方案比選，施工過程中采取多項監控量測措施，有效控制了成橋后各項技術指標，施工過程安全可控，目前橋梁前已通車運營，運營效果良好。