自錨式滑板體系的設計及框構橋頂進施工控制

董 成

(沈陽市市政工程設計研究院有限公司 沈陽市 110015)

城市框構橋為城市道路穿越既有道路的立體交叉工程，施工工法主要有明挖法、蓋挖法、頂推法、暗挖法等。工程方案設計時，需綜合考慮場地、交通導改條件、地下管線、構筑物、覆土厚度、地質條件、工期、造價等因素，確定合理的施工方法。結合實際工程，對采用自錨式滑板體系的頂推法施工框構橋進行研究及分析。

1 工程概況

本工程為沈陽市五愛街/南二環互通立交中匝道S線下穿南北向城市主干道青年大街，為控制性節點工程，S線為雙向六車道，現狀青年大街為雙向十車道，交叉角度為86.27°，工程效果圖如圖1。

圖1 工程效果圖

框構橋所在位置地層自上而下依次為：表層為市政路面結構，厚度為0.8m；第二層為雜填土，以松散狀態為主，稍濕，主要由碎石、碎磚、粘性土等組成，厚度范圍1.5～7.4m；第三層為粉質粘土，黃褐色，可塑，搖振反應無，刀切面稍有光澤，土質均勻，干強度中等，韌性中等；第四層為中砂，黃褐色，稍密，稍濕-很濕，石英-長石質，棱角形，混粒結構，級配良好，含少量黏性土。地下水位位于框構橋底板標高以下3.5m。

本工程特點主要有：

(1)框構橋頂覆土厚度為1.0～1.3m，覆土厚度小。

(2)頂進長度長、箱體體積大。

(3)上部主干道青年大街交通流量大，需嚴格控制路面沉降量，施工過程中不允許中斷交通。

(4)為節省工期，S線其他位置的道路路槽施工與框構橋頂推施工需同步進行，即常規重力式后背梁無實施條件。

2 工程方案設計

框構橋箱寬25.6m，橫向分兩箱，箱長51.61m；頂、底板厚0.8m，側墻厚0.8m，中墻0.6m，箱高7.0m，平面布置詳見圖2。框構橋主體采用鋼筋混凝土框架結構。根據工程場地情況，青年大街東側地下有地鐵結構，不適宜做頂推工作坑，故將工作坑選在青年大街西側，自西向東一次頂推就位，框構橋頂進位置路線兩側采用樁式擋土墻支護，在場地四角各做一個集水井，收集場地積水。

圖2 滑板上頂推框構橋平面布置圖

滑板體系及后背梁等結構設計主要取決于頂推框構橋的頂力大小，準確計算頂力是自錨式滑板體系設計的關鍵。

2.1 頂力計算

頂推框構橋的頂力，根據頂進長度、土的性質、地下水情況、框構橋外形及施工方法等因素[1]，按下式計算：

Pmax=Kn[μ1Qk1+μ2(Qk1+Qk2)+2μ3Fk+R2AR]

式中：Pmax—最大頂力設計值(kN)；

Kn—增大系數，取1.2；

μ1—框構橋頂面與其上覆土間的摩擦系數，涂石蠟為0.17～0.34，本工程采用0.17；

μ2—框構橋底板與基底土的摩擦系數，取0.7；

μ3—框構橋側面與土體的摩擦系數；

Qk1—框構橋頂上荷載標準值(kN)，按平均覆土厚度1.1m計算，取2947t；

Qk2—框構橋自重標準值(kN)，取7545t；

Fk—框構橋單側土壓力合力標準值(kN)，根據實際勘測情況土體為黃粘土及部分雜土，屬于穩定土層，取0；

R2—刃角單位面積正面阻力；

AR—刃角正面積，取1.28m2。

根據上述公式，計算Pmax為9490.8t。框構橋頂推力P隨框構橋頂推行進長度L動態變化，根據潤滑隔離層情況，起動頂推力取1283t；保持此頂力至底板前端脫離滑板，從底板接觸土體始，頂推力P逐步增加，至頂板刃角接觸青年大街路堤頂力P達到5281.5t，此后隨框構橋入土深度逐漸增加至Pmax。

2.2 自錨式滑板體系設計

為保證S線路槽開挖正常進行，頂推后背梁后無土體支撐，頂推支撐力主要由滑板與土體間摩擦力、滑板與后背梁的重力來提供，形成自錨式滑板體系。為增大滑板與土體間摩擦力，滑板下換填2.0m塊石，滑板采用格構式混凝土結構，格構間填充塊石，在滑板與后背梁間采用規格為15-7預應力鋼絞線連接[2]。

滑板厚度為0.5m，格構縱、橫梁采用寬0.5m，高1.5m鋼筋混凝土結構，后背梁采用5.9m×4.0m斷面，每道縱梁內采用4束15-7鋼絞線與后背梁連接，張拉力控制值采用1323kN，潤滑隔離層采用3mm石蠟+1mm滑石粉+塑料薄膜。滑板體系構造詳見圖3。

圖3 滑板上框構橋立面布置圖

3 工程施工流程

框構橋主體采用頂推法施工，施工流程如下：

(1)S線路基兩側及青年大街北側采用樁基支護。

(2)開挖框構橋主體工作坑。

(3)做滑板、導向墩、隔離層、后背梁、縱橫梁等，形成自錨式滑板體系。

(4)框構橋主體鋼筋綁扎及混凝土的澆注。混凝土的澆注需特別注意混凝土水化熱影響，待框構橋混凝土強度達到設計強度后，進行頂推作業。

(5)框構橋從“起動”后沿滑板空頂使刃角入土直至就位，總行程約為框構橋的長度加路基的高度。

框構橋頂推施工過程包括挖土、運土、開鎬、頂進、回鎬、換頂鐵、接長車道、測量、校正等工作。

4 工程施工監測要點

框構橋頂推啟動時，需逐漸加壓，并對設備及滑板、后背梁等進行檢查，頂程≤0.5m，隨挖隨頂，遵循“小步快跑”原則。

施工過程中，需主要監測以下內容：

(1)橋體軸線方向、橋體高程的監測。

(2)橋體結構變形、應力監測。

(3)頂推系統的監測：滑板變形、后背梁變形監測，頂力系統監測。

(4)現狀青年大街道路變形監測。

在頂進過程中應對所有監測內容進行連續監測、記錄和分析，及時進行相應的控制、調整。

5 工程施工控制

框構橋頂進過程中，須堅持“預防為主，校正為輔”的原則，以便穩步前進。

框構橋頂進過程中，左右偏差的校正分以下幾種情況：開始時，框構橋在滑板上頂進，此時由于前進摩阻力小，極易發生方向偏差，應該依靠框構橋兩側的導向墩，進行校正；框構橋入土初期，方向校正最為重要，因為大部分框構橋頂入路基后，再進行校正，比較困難，因此框構橋剛入土就把正方向，避免發生誤差，為后續頂推順利實施打下基礎，此階段可采用調整兩側頂推力或增加側刃角阻力的辦法校正方向。框構橋頂進過程中，為防止過大的高程偏差，通常采用以下校正方法：

(1)加大刃角阻力，使框構橋避免“低頭”：適當加大刃角阻力增加抬頭彎矩，尤其是上部刃角的阻力，是阻止框構橋低頭的有效措施。但刃角阻力過大，會造成路基土體變形加大。

(2)頂推施工過程中，框構橋進入青年大街路基后，若路基出現不均勻沉降或者船頭下沉時，應及時調整施工措施[3]，采用鋪砌塊石、澆注混凝土、設置混凝土導梁等措施，提高地基強度，消除不利影響。

(3)發現箱涵有“抬頭”現象時，應在刃角處適當超挖，以減少阻力，增加低頭彎矩[4]。當框構橋重心行進到開始超挖點附近時，框構橋高程才逐漸發生變化，而校正效果方見效。因此采用超挖調整抬頭，過程較長，避免大量超挖，造成事故。

6 結論

本工程通過自錨式滑板體系的設計及精確的施工控制，既保證了現狀主干道青年大街的正常通行，又保證了新建線路的安全質量和工程進度。

(1)通過自錨式滑板體系設計減少后背梁后填土，路基開挖與框構橋頂推可同步施工，互不制約，為工程進度節省大量時間。

(2)頂推施工中遵循“小步快跑”原則，隨挖隨頂，及時監控、調整，避免誤差累積，可有效控制頂進誤差。

(3)頂進框構橋過程中“抬頭”誤差調整難度不大，及時發現，通過適當超挖可及時調整，“低頭”誤差調整難度較大，且調整周期長，應通過及時觀測，通過調整地基土強度、增加刃角阻力等措施，避免誤差累積，可有效控制此誤差。