大坡度寬斷面連續(xù)梁整聯(lián)頂升復(fù)雜限位系統(tǒng)研究

趙煥民

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，哈爾濱 150000）

在橋梁工程頂升施工研究中，蔣海軍[1]提出受到各類(lèi)因素的影響，頂升過(guò)程中上部結(jié)構(gòu)不可避免地會(huì)存在水平位移偏差，偏差嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)橋梁線性產(chǎn)生不利影響。基于此，在過(guò)程中應(yīng)對(duì)相關(guān)因素進(jìn)行有效控制，并設(shè)置限位裝置，對(duì)可能出現(xiàn)的超過(guò)允許值的水平偏位進(jìn)行限制；劉美景等[2]研究了橋梁頂升施工中鋼抱箍節(jié)點(diǎn)受力性能分析，提出了2 種新型鋼抱箍連接節(jié)點(diǎn)，并對(duì)其設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了分析；劉國(guó)華等[3]研究了整體同步頂升技術(shù)在橋梁加寬工程中的應(yīng)用，針對(duì)橋梁同步頂升施工中常遇到的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和容易偏移等技術(shù)難題，提出了相應(yīng)的解決措施。王輝[4]在橋梁改造工程中為解決凈空高度不足，擴(kuò)建橋現(xiàn)澆梁無(wú)法施工等問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用同步頂升方案對(duì)舊橋進(jìn)行頂升，解決了擴(kuò)建橋現(xiàn)澆梁施工過(guò)程中的凈空高度不足問(wèn)題，可為高速公路擴(kuò)建項(xiàng)目提供參考。吳毅彬[5]對(duì)大型城市環(huán)形立交大噸位同步頂升設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，采用鋼管支撐和承臺(tái)組合結(jié)構(gòu)與預(yù)應(yīng)力小蓋梁作為頂升底盤(pán)結(jié)構(gòu)體系，為控制梁體位移，采取匝道限位、輔助抗拔樁—鋼絲繩限位體系與橋面牽拉限位裝置的限位措施，保證了各點(diǎn)的同步位移誤差控制在±2.0 mm內(nèi)。在以上學(xué)者的研究中，并沒(méi)有對(duì)橋梁頂升工程的限位系統(tǒng)做過(guò)單獨(dú)詳細(xì)的研究，本文將對(duì)限位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和仿真模擬進(jìn)行介紹。

1 工程介紹

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該工程是哈爾濱東三環(huán)快速路工程的重要節(jié)點(diǎn)橋梁工程，工程南起先鋒路北側(cè)400 m 處，跨越規(guī)劃向化街和鐵路專(zhuān)用線后落地。化工路老橋改造分為PM291～PM295 南側(cè)引橋、PM298～PM304 北側(cè)引橋，橋梁順橋向橋墩標(biāo)號(hào)用字母數(shù)字標(biāo)識(shí)，按新建完成后的橋墩編號(hào)順序，南引橋PM291～PM295，北引橋PM298～PM304，涉及第一、三、四聯(lián)，南引橋四跨一聯(lián)，北引橋兩聯(lián)三跨，共計(jì)10 跨，12 個(gè)橋墩臺(tái)。

本工程為6 聯(lián)連續(xù)梁調(diào)坡頂升，全橋凈跨300 m，最大頂升高度6.897 m，調(diào)坡最大變化3.47%，頂升支撐最大高度接近10 m，頂升完成后梁體水平投影最大延長(zhǎng)約76 mm，頂升過(guò)程中橋梁的坡度和支點(diǎn)位置在不斷變化。該工程在同類(lèi)橋型的調(diào)坡頂升中并不多見(jiàn)，其綜合施工難度較大，需對(duì)各工序進(jìn)行詳細(xì)分析并采取安全可靠的應(yīng)對(duì)措施。

1.2 施工重點(diǎn)難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

本項(xiàng)目涉及的危大工程分部主要有2 個(gè)方面：一是重量在1 000 kN 以上的大型結(jié)構(gòu)整體頂升工藝，在本項(xiàng)目中橋梁整體頂升最大高度6.897 m，且總體頂升最大重量在11 000（1 760×6）t 左右，歸于此規(guī)定范圍，因此頂升作業(yè)是本項(xiàng)目的危大工程。二是因本項(xiàng)目實(shí)測(cè)筏基地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，為保證結(jié)構(gòu)的安全，必須對(duì)筏基的地基進(jìn)行加固，筏基的穩(wěn)定也對(duì)工程安全至關(guān)重要，本方案將地基加固也列入危大工程。

針對(duì)以上頂升施工風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)人員具體分析了頂升作業(yè)、鋼支撐安裝和頂升設(shè)備等各方面的風(fēng)險(xiǎn)源，并提出了控制措施。例如，為了防止在頂升作業(yè)中發(fā)生失穩(wěn)、限位裝置失效等，應(yīng)采取以下措施：編制專(zhuān)項(xiàng)方案，并按規(guī)定進(jìn)行專(zhuān)家評(píng)審工作，明確限位裝置安裝的技術(shù)規(guī)格和各施工流程，保證平穩(wěn)頂升；按規(guī)定進(jìn)行項(xiàng)升全過(guò)程的方案交底，投入使用前進(jìn)行驗(yàn)收工作，每日和定期對(duì)限位裝置、頂升設(shè)備進(jìn)行檢查、測(cè)量，頂升過(guò)程中旁站的副經(jīng)理、安全總監(jiān)和專(zhuān)職安全員等另佩戴喇叭、哨子等警示用品；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)告知欄，作業(yè)區(qū)域設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)告知卡進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)告知工作。

2 限位系統(tǒng)參數(shù)及安裝

在橋梁調(diào)坡頂升工程中，由于橋體自身的變形及體位偏移、施工工藝、臨時(shí)施工技術(shù)措施和設(shè)備精度等原因，橋梁的實(shí)際頂升軌跡會(huì)與理論值發(fā)生一定的偏差，這種偏差的形成會(huì)造成橋梁的頂升質(zhì)量的下降，偏差嚴(yán)重的情況下，可能造成橋體的重心發(fā)生較大的偏移，使得臨時(shí)支撐措施受力不均，從而發(fā)生臨時(shí)措施變形甚至破壞的情形，造成施工安全事故的發(fā)生，所以在橋梁頂升工程中，限位系統(tǒng)的選用極為重要。

2.1 橋臺(tái)限位系統(tǒng)參數(shù)及安裝

橋臺(tái)限位架橫梁采用貝雷梁1.5 m×3 m×n 螺栓連接。中間鋼管限位立柱采用φ325×14 圓管立柱法蘭連接，每組6 根。貝雷梁陽(yáng)接頭與預(yù)設(shè)底座陰接頭用銷(xiāo)栓連接，預(yù)設(shè)底座與筏基預(yù)埋板焊接，每節(jié)貝雷梁片用保險(xiǎn)銷(xiāo)連接固定，各轉(zhuǎn)角位置使用貝雷梁橫向限位架轉(zhuǎn)向連接桁架結(jié)構(gòu)與豎向貝雷梁片連接，其布置圖如圖1 所示。

圖1 橋臺(tái)限位架橫縱向布置圖（單位：mm）

橋臺(tái)限位裝置的安裝：限位裝置下部通過(guò)預(yù)埋的螺栓與基礎(chǔ)固結(jié)。為加強(qiáng)橋臺(tái)橫向框架限位裝置的穩(wěn)定性，在頂升時(shí)框架將靠中間一側(cè)的鋼立柱與另一側(cè)橋的原橋防撞墻靠在一起，增加橫向限位的剛度。框架式限位裝置左右兩側(cè)橋臺(tái)處的限位裝置同時(shí)施工，整體受力，共同作用以提高施工期間橋梁的橫向穩(wěn)定。

2.2 橋墩限位系統(tǒng)

2.2.1 有抱柱梁處橋墩抗扭限位架

抗扭限位架采用φ325×14 鋼立柱，每組3 根，同組鋼立柱兩鋼立柱中心距96 cm，每根抱柱梁左右各一組，安裝在抱柱梁邊深0.7 m 的凹槽內(nèi)，限位柱距離抱柱梁側(cè)面間隙為1 cm。采用11# 角鋼進(jìn)行橫撐斜拉，1 m 一道；縱橫向限位采用φ609×16 鋼管，4 根一組，用14#角鋼進(jìn)行橫撐斜拉，1.5 m 一道。抱柱梁中間預(yù)留孔2.3 mm×2.3 m，中心間距1.42 m。

有抱柱梁處橋墩抗扭限位裝置的安裝：為加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)柱的穩(wěn)定性，每隔2 m 用10#槽鋼對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫縱向連接。頂升完成后再將限位與鋼支撐固結(jié)，通過(guò)與鋼支撐連系來(lái)增加頂升到位后新橋墩完成前橋梁的橫向的穩(wěn)定性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體平面位置，部分位置和各種臨時(shí)結(jié)構(gòu)可能會(huì)產(chǎn)生沖突，為保證結(jié)構(gòu)安全，現(xiàn)場(chǎng)的限位裝置形式和安裝位置可以做臨時(shí)調(diào)整，但必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的應(yīng)力應(yīng)變和基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算。

2.2.2 無(wú)抱柱梁處橋墩限位架

采用φ609×16 鋼管螺栓連接，用14#角鋼進(jìn)行橫撐斜拉，1 m 一道，4 根一組，每個(gè)蓋梁用2 組。橫向限位邊線距蓋梁側(cè)邊1 cm，縱向限位牛腿采用雙拼250H型鋼，深入蓋梁長(zhǎng)70 cm，距蓋梁邊0.8 cm。型鋼與鋼管采用焊接固定。

無(wú)抱柱梁處橋墩限位裝置的安裝：為加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)柱的穩(wěn)定性，每隔2 m 用10#槽鋼對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫縱向連接。頂升完成后再將限位與鋼支撐固結(jié)，通過(guò)與鋼支撐連系來(lái)增加頂升到位后新橋墩完成前橋梁的橫向的穩(wěn)定性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體平面位置，部分位置和各種臨時(shí)結(jié)構(gòu)可能會(huì)產(chǎn)生沖突，為保證結(jié)構(gòu)安全，現(xiàn)場(chǎng)的限位裝置形式和安裝位置可以做臨時(shí)調(diào)整，但必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的應(yīng)力應(yīng)變和基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算。

限位柱接高采用叉車(chē)托架安裝限位柱。待上頂行程完成，橋梁整體穩(wěn)定后，利用叉車(chē)接高限位柱結(jié)構(gòu)，先將最上節(jié)蓋梁限位裝置拆除下來(lái)，將限位柱鋼管接高后，將限位裝置重新安裝到頂。頂升蓋梁處限位裝置的更換，須在抱柱梁限位穩(wěn)定后進(jìn)行，且須一個(gè)一個(gè)更換，以保證限位的有效性。

3 限位裝置施工模擬

3.1 模擬簡(jiǎn)介

橋臺(tái)限位架材質(zhì)為Q235B；彈性模量為2.06×105N/mm2；泊松比為0.30；線膨脹系數(shù)為1.20×10-5；質(zhì)量密度為7 850 kg/m3。依據(jù)《公路橋梁板式橡膠支座》中的規(guī)定，梁底不銹鋼板與支座間的摩擦系數(shù)為0.03，蓋梁頂升產(chǎn)生的最大縱向荷載為429 kN，為保證安全，蓋梁兩側(cè)限位保證一定的安全系數(shù)取單側(cè)限位提供至少300 kN 的荷載。

橋墩限位架鋼管采用φ325×14 鋼管、φ609×16 鋼管、型鋼、槽鋼和角鋼等，管結(jié)構(gòu)材質(zhì)為Q345B，其余為Q235B，所有桿件均用梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬，各桿件之間采用共節(jié)點(diǎn)剛性連接，由計(jì)算可知，有抱柱梁處的橋墩限位架受到縱向水平力420 kN，無(wú)抱柱梁處的橋墩限位架受到縱向水平力300 kN。

3.2 模擬結(jié)果與分析

對(duì)橋臺(tái)限位架進(jìn)行施工模擬分析，得到以下結(jié)論，限位架的最大撓度為uz=11.1mm≤[uz]=24000/400=60mm，符合相關(guān)規(guī)范要求。根據(jù)計(jì)算分析模型，進(jìn)行規(guī)范檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)能夠滿足承載力計(jì)算要求，應(yīng)力比最大值為δ=0.99。其模擬云圖如圖2 所示。

圖2 橋臺(tái)限位架豎向位移云圖與應(yīng)力比云圖

對(duì)有抱柱梁處限位架進(jìn)行施工模擬分析，得到以下結(jié)論，三管限位架最大應(yīng)力σ=91.6 MPa≤[σ]=305 MPa，最大變形u=7.1mm；四管限位架最大應(yīng)力σ=133.0 MPa≤[σ]=305 MPa，最大變形u=11.5 mm，云圖如圖3 所示。

圖3 抱柱梁限位架模擬云圖

對(duì)無(wú)抱柱梁處限位架進(jìn)行施工模擬分析，得到以下結(jié)論，限位架最大應(yīng)力σ=125.0 MPa≤[σ]=305 MPa，最大變形u=10.6 mm，疊加分配梁后最大變形為13.8 mm，現(xiàn)場(chǎng)考慮在分配梁與鋼管處增設(shè)斜撐減小工字鋼變形，云圖如圖4 所示。

圖4 蓋梁限位架模擬云圖

4 結(jié)論

橋梁頂升限位系統(tǒng)是橋梁頂升工程的重要臨時(shí)技術(shù)措施，文章結(jié)合工程實(shí)例分析得到以下結(jié)論。

（1）橋臺(tái)限位架，由貝雷片與鋼管柱組成的門(mén)式限位架；抱柱梁橋墩限位架，由三管支架與四管支架組合而成，起抗扭與限位作用；無(wú)抱柱梁橋墩限位架，四管立柱限位架。

（2）3 種限位架的安裝與加固簡(jiǎn)述，與地基連接或限位結(jié)構(gòu)自身連接均需要通過(guò)預(yù)埋件或者橫撐斜撐等加強(qiáng)，來(lái)保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）橋臺(tái)限位架的最大應(yīng)力比δ=0.99，最大撓度uz=11.1mm；有抱梁柱處橋墩限位架最大應(yīng)力σ=133MPa，最大變形u=11.5 mm；無(wú)抱梁柱處橋墩限位架最大應(yīng)力σ=125.0 MPa，最大變形u=13.8 mm。