跨河大橋主線鋼箱梁雙向滑移施工問題探討

張玉濤

（山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000）

原位吊裝是鋼箱梁工程施工常見的工藝，但是對于橋位無法直接吊裝的情形，則必須選擇滑移法、頂推法或其他方案。滑移法要求必須設(shè)置滑移軌道，確保鋼箱梁在軌道上平穩(wěn)滑移；并通過軌道的合理選擇和設(shè)置調(diào)整胎架位置，防止對橋下產(chǎn)生擾動和影響；梁底增設(shè)調(diào)平裝置后能適應(yīng)梁底曲線高度變化的情形。鋼箱梁滑移施工工藝所用設(shè)備簡單、成本可控，鋼箱梁逐節(jié)段縱移或累積縱移均能取得較好的施工效果。

1 工程概況

某跨河大橋與所跨越河流呈28°的斜交角，原地面橋拆除重建的同時，還進(jìn)行主線高架橋施工。高架橋和地面橋斜交正做，地面橋分四副設(shè)置，沿河錯開排列，跨徑均按照40m+65m+40m 設(shè)計，橋墩由地面橋間隙穿出；高架橋跨徑為31m+65m+31m，橋面設(shè)計寬度為25m，采用單箱四室鋼箱梁結(jié)構(gòu)。高架橋主線24 聯(lián)，墩號為70#～73#，中跨跨中和邊墩處梁高2.0m，中墩處梁高3.2m。結(jié)合施工環(huán)境，在地面橋以外北側(cè)空地拼裝鋼箱梁后整體橫移的原方案因拼裝場地上方存在高壓線，故調(diào)整為在橋東南側(cè)空地單節(jié)段拼裝，而后逐節(jié)段拼裝再橫移、縱移的拼裝方案。高架橋和地面橋立面結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 高架橋和地面橋立面圖（單位：mm）

2 分段施工方案

結(jié)合預(yù)制能力、現(xiàn)場安裝條件、設(shè)計圖紙等方面的要求，該跨河橋主線鋼箱梁按照橫縱向結(jié)合的方式分段，為確保墩頂處隔板完整應(yīng)按橫向劃分成兩個含挑臂橫向段；其余部位則縱向劃分成6 個分段，保證將每個箱室劃分成一段，兩側(cè)挑臂各為一個分段。如此操作后，全主線橋共劃分成4 個橫向節(jié)段和9 個縱向節(jié)段；為便于滑移施工方案的順利開展，并未在環(huán)縫位置將頂?shù)赘拱邋e縫處理，而是采用齊口方案。

考慮到橫向節(jié)段縱橋向長度較小，很難單獨完成橫移施工，故必須將橫向節(jié)段和縱向節(jié)段組合后滑移。組合后全橋共有9 個滑移單元，且各滑移單元的質(zhì)量不盡相同，質(zhì)量最大達(dá)到280t。

3 施工技術(shù)要點

3.1 胎架施工

為保證鋼箱梁節(jié)段縱向滑移至設(shè)計位置后順利卸載，該跨河大橋橫縱向滑移臨時胎架必須沿鋼箱梁對接環(huán)口、按12m 間距布置，布置情況詳見圖2。其中，拼裝胎架主要起到將4 個縱向分段與兩側(cè)挑臂分段完整拼接，再橫向滑移至橋軸線后縱向滑移的作用。該橋梁橫向移動軌道間距按照2.6m 設(shè)置，且橫向移動軌道主要設(shè)置在隔板下方；考慮到鋼箱梁縱向分段長度并不統(tǒng)一，且分段位置和橫向滑移軌道所在位置不一致，所以在拼裝胎架上增設(shè)了多組拼裝分配梁，便于拼裝支撐的支設(shè)。將角鋼和花紋鋼板鋪設(shè)在拼裝胎架頂部，搭建起長17m、寬17m，與地面距離7m 的操作平臺。

圖2 大橋胎架總體布置

縱向滑移胎架必須從地面橋7m 寬的間隙中穿過，故胎架寬度不能過大，該橋梁工程以φ325mm×8mm鋼管為胎架材料，預(yù)制兩個長寬均為2.5m 的胎架結(jié)構(gòu)，并按照4m 的中心間距組合，形成外緣寬度為6.825m的縱向滑移胎架結(jié)構(gòu)。將該胎架沿縱橋向鋼箱梁環(huán)口及12m 的間距布置；考慮到中腹板下方布置有縱向滑移軌道，故在胎架中還按設(shè)計要求設(shè)置了橫縱向斜撐，以達(dá)到軌道梁跨徑減小、受力體系轉(zhuǎn)換的目的。縱向滑移胎架結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 縱向滑移胎架結(jié)構(gòu)

拼裝施工時還應(yīng)將支撐管安裝在拼裝平臺分配梁上，完成各輪次鋼箱梁拼裝后進(jìn)行滑移支撐體系和滑移小車安裝；滑移至設(shè)計位置后再安裝落梁臨時支撐。

該跨河橋梁主線鋼箱梁胎架寬度主要受到施工場地限制，因材料截面偏小而增設(shè)大量斜撐后，嚴(yán)重影響胎架結(jié)構(gòu)的傳力路徑。為此在胎架設(shè)計階段，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)反復(fù)調(diào)整和驗算，最終充分利用材料性能確保了胎架各部分應(yīng)力的穩(wěn)定。縱向滑移胎架在最不利荷載工況下應(yīng)力最大值取110MPa，胎架拼裝過程中應(yīng)力最大值僅為95MPa，不到允許應(yīng)力值[σ]=215MPa 的50%，安全性較好。

在以上分析的基礎(chǔ)上，在外場地預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)胎架，并在地面橋施工期間穿插安裝胎架系統(tǒng)。胎架安裝施工遵循基礎(chǔ)施工→胎架安裝→橫向聯(lián)系和分配梁→橫梁斜撐→縱梁→軌道槽鋼→水平隅撐→縱移軌道斜撐的次序。滑移軌道標(biāo)高精度按照±10mm 進(jìn)行控制，以控制滑移阻力，保證軌道頂面標(biāo)高。

3.2 滑移施工

3．2．1 支撐調(diào)節(jié)系統(tǒng)

與常規(guī)的四氟乙烯滑靴+不銹鋼軌道的滑移操作相比，該跨河大橋主線鋼箱梁雙向滑移所用履帶式滾輪小車搬運設(shè)備構(gòu)造簡單、滑阻力小，且每個小車均配備1 臺千斤頂，便于水平位置和高程的實時調(diào)整。出于降低滑移設(shè)備所承受荷載的考慮，均根據(jù)350kN 的荷載值進(jìn)行各滑移輪次對應(yīng)設(shè)備數(shù)量的確定。履帶式滾輪小車長×寬×高=880mm×250mm×180mm，滾軸設(shè)計寬度為100mm，結(jié)構(gòu)質(zhì)量200kg，額定工作荷載為2000kN。千斤頂設(shè)備設(shè)計壓力63MPa，偏載能力為2°，提升高度463mm，工作壓力為20MPa 時的頂升力1004.8kN，行程100mm，水平推力和水平拉力分別為155kN 和107kN，水平位移±40mm，頂升速度20mm/min，組內(nèi)頂升缸控制形式為壓力閉環(huán)控制，精度在1%以內(nèi)，組間頂升缸控制形式為位置閉環(huán)控制，精度為±2mm。

3．2．2 滑移軌道

根據(jù)主線鋼箱梁施工實際，設(shè)置間距為10.4m、最大滑移距離25.15m 的橫移軌道以及間距9.0m、最大滑移距離111.0m 的縱移軌道。軌道采用雙拼H600mm×200mm×11mm×17mm 型鋼上設(shè)置32a 槽鋼的形式，以槽鋼上下緣為限位裝置，保證履帶式滾輪小車完全運行于軌道內(nèi)。考慮到小車滾輪設(shè)計寬度僅為100mm，且雙拼H 型鋼翼緣厚度小，難以滿焊，受到滾輪集中荷載作用后型鋼翼緣發(fā)生凹陷變形的可能性非常大。為此，在H型鋼和槽鋼間增設(shè)鋼墊板，加強結(jié)構(gòu)強度。

3．2．3 牽引系統(tǒng)

以液壓穿心千斤頂為牽引動力，以φ25mm 精軋螺紋鋼為傳力媒介，在縱橫向軌道端部分別設(shè)置1 臺RCH302 型千斤頂，該型號千斤頂本體長70cm，可伸展長度為130cm，中心孔徑3.5cm，牽引力300kN，設(shè)計行程40cm，外徑15cm，重量為68t。借助千斤頂進(jìn)行牽引時必須通過精軋螺紋鋼將各滑移設(shè)備串聯(lián)，由千斤頂頂住螺紋鋼螺帽后實現(xiàn)前移，移動就位后千斤頂縮回，由人工將螺帽旋回后繼續(xù)進(jìn)行下一行程施工。若千斤頂與鋼箱梁距離過遠(yuǎn)，則必將增大精軋螺紋鋼長度，移動施工前必然會造成較大的彈性伸長量，為此，該工程中千斤頂位置可調(diào)。

3．2．4 液壓系統(tǒng)

由于該跨河大橋主線鋼箱梁分部工程規(guī)模小，滑移距離并不長，人員可直接面對面交流，再加上自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用成本相對較高，故該大橋主線鋼箱梁滑移施工全液壓控制過程均采用人工控制方式。液壓系統(tǒng)由液壓泵站、控制及分流閥、液壓穿心千斤頂、液壓管路等部分組成。其中，同步閥主要負(fù)責(zé)鋼箱梁滑移過程中兩側(cè)穿心千斤頂同步移動；當(dāng)兩側(cè)滑移速度差超出設(shè)計誤差時，則由軌道槽鋼兩側(cè)壁板進(jìn)行自動調(diào)整。鋼箱梁節(jié)段滑移過程中全部結(jié)構(gòu)荷載均通過精度調(diào)節(jié)千斤頂傳遞至下方軌道。由于千斤頂液壓管路均為連通設(shè)計，各千斤頂所承擔(dān)的荷載必然一致，軌道受力也必定均勻。

4 鋼箱梁雙向滑移過程控制

4.1 鋼箱梁拼裝及高程控制

軸線及橫坡是該跨河大橋主線鋼箱梁拼裝施工精度控制的要點，先通過支撐管頂面標(biāo)高控制節(jié)段標(biāo)高，待完成吊裝后測量并調(diào)整各節(jié)段梁面控制點。滑移過程中梁段受力較小，為縮短對拼裝平臺的占用時間，其后的滑移輪次只在平臺上焊接部分焊縫，便開始滑移。

鋼箱梁橫縱滑移軌道均采用水平形式設(shè)置，且具體標(biāo)高下必須滿足墩頂段過渡高度要求。從鋼箱梁吊裝開始，到胎架上拼裝，再到安裝就位，必須經(jīng)過數(shù)次支撐轉(zhuǎn)換，同時為考慮過墩間隙還要經(jīng)過數(shù)次高程調(diào)整。調(diào)整要求詳見表1。

表1 考慮過墩間隙的高程調(diào)整要求

4.2 滑移換向控制

出于該跨河大橋主線鋼箱梁縱橫向滑移換向施工便捷性考慮，包括履帶式滾輪小車、調(diào)向千斤頂、支撐管等在內(nèi)的滑移支撐系統(tǒng)及軌道均應(yīng)采用特殊設(shè)計：滑移軌道按照平交設(shè)計，且軌道面標(biāo)高必須一致；在箱梁橫向滑移至覆蓋軌道前，通過吊車將縱移支撐系統(tǒng)放置于縱移軌道上，通過千斤頂頂起后與鋼箱梁貼合。詳見圖4。

圖4 縱橫向滑移公用支撐點

待鋼箱梁節(jié)段橫向滑移就位后，測量和調(diào)整梁段軸線，再進(jìn)行縱橫移支點轉(zhuǎn)換。具體而言，頂升角點外縱移支點處千斤頂，焊接調(diào)節(jié)管頂和梁底，安裝縱聯(lián)和斜撐；降低角點千斤頂，并臨時剛性鉸接千斤頂和梁底，將履帶式滾輪小車平轉(zhuǎn)90°后重新安放并頂升千斤頂；降低剩余橫移支點千斤頂后將支撐系統(tǒng)拆除。

4.3 卸載及拆除

將鋼箱梁節(jié)段全部滑移就位后進(jìn)行臨時支撐安裝，考慮到其梁底按照變高曲線設(shè)計，無法提前安裝臨時支撐，施工現(xiàn)場也無吊車停放空間，故借助土扒桿進(jìn)行格構(gòu)式落梁支撐的分片安裝。完成后吊裝鋼箱梁，測量控制點標(biāo)高及支撐管、梁底間隙，將實測值和設(shè)計值進(jìn)行比較，確定切割或墊高尺寸，并卸載箱梁后使其降落至支撐上，最后依次將中跨和邊跨胎架拆除。

5 結(jié)論

綜上所述，該跨河大橋主線鋼箱梁雙向滑移施工技術(shù)的應(yīng)用有效克服了現(xiàn)場施工場地狹窄，工期緊張，高架橋和地面橋同步施工擾動等不利因素，為橫向節(jié)段縱橋向長度小而無法單獨完成橫移施工，故而必須將橫向節(jié)段和縱向節(jié)段組合后滑移以及上、下同步施工提供了可行思路。此外，履帶式滾輪小車作為行走裝置用于鋼箱梁拖拉滑移安裝的做法，有效克服了常規(guī)移動滾軸拖拉滑移施工操作方式所存在的操作難度大、穩(wěn)定性差、材料用量多等弊端，使滑道形式大大簡化，鋼箱梁安裝速度也明顯提升。該跨河大橋主線鋼箱梁雙向滑移工藝的成功應(yīng)用使鋼箱梁和地面橋同步施工成為可能，9 個滑移輪次施工僅耗費25d 時間，保證了橋梁工程高效完工及經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的順利發(fā)揮。