高海拔小半徑曲線上跨既有高速鋼箱梁頂推施工技術

摘要：頂推施工在橋梁工程中比較常見，為了保證頂推施工的質量和安全，首先確定了小曲線半徑橋梁的節段劃分及頂推施工工藝流程。采用數值模擬軟件對頂推施工過程進行預演，確定導梁前端最大下撓為-565.1mm，最大應力值為370MPa。鑒于導梁與鋼箱梁連接處受力最為集中，施工中對導梁與鋼箱梁連接處采取貼補加強措施。根據現場施工情況，總結了導梁拼裝、臨時支墩安裝、箱梁線形控制等施工關鍵操作，為同類施工提供參考。

關鍵詞：箱梁;頂推;小半徑曲線;既有線

0" "引言

在橋梁建設領域鋼箱梁頂推是比較主流的施工技術[1]。頂推過程中受力變化復雜[2]，為此鋼箱梁頂推施工是一項復雜且綜合的工作，施工難度較大。采用計算機三維有限元頂推模型可以詳細模擬頂推施工，提前預知施工中可能出現的問題，并可根據模擬問題情況，對重要構件進行事前安全控制[3-4]。

目前關于頂推施工的案例越來越多。陳亞強[5]通過合理布置臨時墩及水平束，安全順利的完成了福州鼓山大橋鋼箱梁頂推施工。萬雨帆等[6]在青銀高速濟南黃河大橋鋼箱梁頂推施工中，率先采用臨時墩上設置棘塊式頂推設備，實現了傳統拖拉式頂推到真正頂推的轉化。豐正偉等[7]認為頂推過程中，可通過實時監測的方式，有效控制頂推推力，實現安全經濟、快速施工。李傳習等[8]根據瀘州沱江四橋施工情況，建議在頂推施工時根據支點反力對標高調整的敏感度，合理控制標高調整精度。

上述案例都對頂推法施工進行了不同程度的介紹和分析，但是考慮到我國幅員遼闊，各地地勢條件千差萬別，不能涵蓋所有施工情況。本文結合某高海拔橋梁小半徑曲線上跨既有高速鋼箱梁頂推施工工程案例，詳細介紹了頂推的施工流程及關鍵施工技術，并通過數值模擬，預先判斷頂推過程中的薄弱點，提前對其進行加強，提高了施工安全性。

1" "工程背景

1.1" "工程概況

西北繞城樞紐互通F匝道2號橋鋼箱梁，位于云南省昆明市西山區團結街道雨花社區附近，其上跨S0501昆明繞城高速，與S0501昆明繞城高速呈59°斜交。F匝道2號橋鋼箱梁理論橋跨布置為40m+55m，為兩跨等截面連續鋼箱梁橋。主梁橫斷面為單箱雙室結構，直腹板，設計中心線處標準梁高2220mm，頂寬10500mm，底寬7560mm，箱梁懸臂長1500mm。F匝道2號橋鋼箱梁0至2#墩橋型平面布置如圖1所示。

1.2" "周邊環境

項目區域為滇中高原的一部分，場區內最高海拔2315.6m，最低地海拔2138.4m，相對最大高差177.2m，互通區橋梁測設基線通過地面高程2142.0～2218.8m，相對最大高差76.8m。

2" "鋼箱梁節段劃分施工工藝流程

2.1" "節段劃分

本項目鋼箱梁橋面寬度10.5m，橫向上將箱梁分為4個部分，采用平板車運輸。最大寬度4.00m。長度方向分為11m、12m兩種類別，本文分析時以最長分段12m（質量24.1t）為例進行分析。箱梁縱向分段如圖2所示。箱梁橫向分段如圖3所示。

2.2" "頂推施工流程

第一步：在支架及拼裝平臺區拼裝梁段GL1、GL2，并安裝支墩、設備及鋼導梁（導梁懸挑16m）。第二步：向前頂推滑移20m，在拼裝平臺上拼裝梁段GL3、GL4。第三步：向前頂推滑移4m，此時導梁剛好上1#墩。第四步：向前頂推滑移41m，在拼裝平臺上拼裝梁段GL5、GL6、GL7。第五步：向前頂推滑移15m，在拼裝平臺上拼裝梁段GL8。第六步：向前頂推滑移35m，此時箱梁已經基本頂推到位。第七步：拆除導梁及支架，并落梁到位。

2.3" "落梁注意事項

頂推到位后，在側向糾偏裝置和梁體之間用鍥形木塊塞緊，防止梁體在落梁過程中滑移。按照要求仔細檢查中線位移情況，位移滿足要求后方可落梁。先安裝千斤頂，將梁均勻頂推起20mm拆除臨時支架及滑道梁。通過控制進油壓力來確保每個橋墩千斤頂受力均勻，且落梁速度一定不要太快，并要均勻下落[9]。

3" "頂推施工過程模擬

3.1" "模擬概況

施工總跨度為2跨，使用數值模擬軟件對結構整體滑移情況進行分析，根據頂推設計流程，選取3種工況分別進行分析計算。導梁模型全長36m，考慮結構及導梁自重和施工風荷載對頂推的影響。鋼箱梁模型如圖4所示。

3.2" "模擬結果分析

3.2.1" "工況1

在該工況條件下鋼導梁滑移至1#橋墩，此時36m鋼導梁加4m鋼箱梁懸挑，滑移距離共計24m。工況1結構局部應力如圖5所示。工況1結構整體變形如圖6所示。

由結構整體分析，鋼箱梁主要受力區域位于導梁與鋼箱梁連接處，最大應力值為370MPa，屬與應力集中現象。超過200MPa應力區域很小，位于導梁與鋼箱梁連接處底部，建議在此處增加貼板，進行局部補強。該工況最大變形出現在導梁端部，變形為326.6mm。

3.2.2" "工況2

在該工況條件下鋼導梁滑移至2#橋墩，此時36m鋼導梁加19m鋼箱梁懸挑，滑移距離共計79m。工況2結構局部應力如圖7所示。

由結構整體分析可知，鋼箱梁主要受力區域位于導梁與鋼箱梁連接處，最大應力值為328.5MPa，屬與應力集中現象。超過200MPa應力區域很小，位于導梁與鋼箱梁連接處底部，建議在此處增加貼板，進行局部補強。該工況最大變形出現在鋼導梁前端，變形為565.1mm。

3.2.3" "工況3

拆除導梁，落梁到位，橋長95m，此工況下滑移距離共計115m。工況3結構局部應力如圖9所示。工況3結構整體變形如圖10所示。

根據圖9、圖10可知最大應力值出現在1#墩處，為113.9MPa。根據鋼結構設計規范，Q345鋼抗拉強度為305MPa，最大應力比為0.37。最大變形出現在1#支墩及2#支墩中間，為113.9mm。

3.3" "模擬結論

綜合3個工況的分析結果，導梁前端最大下撓為-565.1mm，發生在懸臂長度55m的狀態下。滑移過程中，最大應力值為370MPa，位于導梁與鋼箱梁連接處。超過200MPa應力區域也主要集中于此處，應該在此處通過增加貼板的方式進行局部補強。

4" "主要施工方法

4.1" "導梁安拆

4.1.1" "導梁拼裝

導梁分3個節段運送至現場，根據預拼裝的要求的縱橫基線進行擺放構建，同時控制導梁主梁的標高。拼裝過程中需要注意的是，導梁節段之間采用螺栓連接，螺栓不得一次性擰緊，待導梁整體拼裝完成經測量軸線標高無誤后，方可進行終擰。

4.1.2" "導梁拆除

若土建施工進度快于鋼箱梁施工進度，則借助混凝土橋面作為施工平面，借助現場起重機，上墩一段拆除一段。若土建施工進度慢于鋼箱梁施工進度，則于地面支好130t起重機，從導梁連接處將螺栓拆除，將導梁整段吊送至地面再進形分解。

4.2" "臨時支墩安拆

4.2.1" "臨時支墩安裝

臨時支墩的扁擔梁箱型截面梁，中間每500mm設置實腹式加勁板。扁擔梁與預埋件之間用立柱連接，立柱為箱型截面梁。立柱長度超過500mm時，應設置實腹式加勁版，間距同扁擔梁。立柱端頭處設置45°坡口，與扁擔梁和預埋件之間形成一級熔透焊縫。為了更好的保證頂推施工時臨時支墩的受力以及傳力性能，將臨時支墩的所有構件均采用焊接連接。所有臨時支墩的立柱下方均埋設預埋件，預埋件埋設同橋墩蓋梁澆筑同步完成。

4.2.2" "臨時支墩拆除

拆除時需要使用2臺25t汽車起重機配合，分別站位于橋臺處（或遠離高速一面處），每臺汽車起重機吊住一個端頭，用割刀將立柱于扁擔梁連接處隔斷。

4.3" "箱梁拼裝及焊接防腐施工

將箱梁元件運輸到施工現場，每一段箱梁拼裝時都要保證縱橫基線位置準確，超差滿足規范要求。當一跨鋼橋拼裝完畢后，測量人員對其整體線性測量復核無誤后，對其進行連接。焊接時[10]，采用2人進行對稱焊接，從中軸線兩側展開。箱梁施工完成驗收后立即進入橋面鋪裝部分，使箱梁防腐能得到雙重保證。

4.4" "箱梁頂推線形控制

4.4.1" "總體要求

拼裝過程中要全程進行監控，若拼裝過程中發現線型有偏差要及時進行調整。拼裝過程中可選用螺旋式千斤頂、手拉葫蘆等設備進行偏差調整。

4.4.2" "防中線偏差措施

F匝道2號橋鋼箱梁位于曲率半徑200m平曲線上，為限制橫向偏移，產生較大偏位，在扁擔梁上提前放好箱梁底板邊線，在距離邊線20mm位置設置150mm×150mm×14mm的三角板（與扁擔梁全熔透焊接）。

在鋼梁兩端設置中線偏位監測點，頂推施工過程中，通過設置在地面的儀器連續觀測該點位移情況。根據監測數據，及時調整頂推施工速度和方向。頂推施工中，偏位監測點的基準點應該與頂推體相對獨立，以能保證監測結果的準確性。

5" "結語

頂推法施工整體較為復雜，需要結合現場情況、橋梁形式、節段劃分等進行專項設計和規劃。通過數值模擬確定了施工時最大撓度為-565.1mm，發生在導梁懸挑55m處。應力集中區域主要分布在導梁與鋼箱梁連接處，最大值為370MPa。數值模擬薄弱處的有效加強，保證了施工的質量和安全，可以在類似工程中推廣。

參考文獻

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[3] 鄒宇，魏華，王海軍.鋼箱梁頂推施工過程數值模擬[J].低溫建筑技術，2015，37（1）：78-81.

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