小曲線鋼梁頂推施工技術(shù)

李鑫

結(jié)合公司承擔(dān)的大廣擴(kuò)能項(xiàng)目跨上猶江（40+75+40）m鋼梁頂推施工現(xiàn)場情況，主要從臨時支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及拼裝設(shè)備選型、頂推作業(yè)、施工控制注意事項(xiàng)等方面加以闡述，對后續(xù)的臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、頂推施工控制均有較好的指導(dǎo)作用。

一、前言

現(xiàn)階段上跨江海及既有交通或建筑物的橋梁施工方法多種多樣，但在水文地質(zhì)條件復(fù)雜，紅線外無可利用施工區(qū)域，地面起伏差異大；設(shè)計(jì)為鋼梁或鋼混結(jié)合梁的橋跨施工中，采用頂推或拖拉的工藝已經(jīng)比較普遍，但在復(fù)雜地形條件的臨時結(jié)構(gòu)設(shè)置，頂推工藝選取，平豎曲線上的調(diào)整糾偏等方面存在一定的研究價值。

二、工程概況

江西大廣高速擴(kuò)容工程A3標(biāo)段位于贛州市，采用（40+75+40）m鋼混組合梁結(jié)構(gòu)跨越上猶江。全橋主材為Q345D,主梁高3.75m，橋面寬33.50m，全截面由兩片槽型鋼梁組成，槽型鋼梁通過橫向聯(lián)系鋼板連接，各箱梁中心距8.25m，橫坡4%，板厚變化較多，橋跨位于R-1600m的平曲線上，縱向坡度4%，跨中處為變坡點(diǎn)；鋼梁結(jié)構(gòu)單幅自重1204.0t，雙幅全重2408.0t。橋位處上猶江河道狹窄（寬度60m），兩岸陡峭，河流湍急，水深8m，河床裸露，基巖為花崗巖，橋下凈空26m。大里程段為5Km的山嶺高挖方，小里程側(cè)地面起伏大，場地平整和材料運(yùn)輸較為不便，擬采取頂推工法施工。在鋼梁的小里程段丘嶺頂部平整作為拼裝頂推作業(yè)場所，引型鋼棧橋跨上猶江溝通兩岸；于江心跨中處設(shè)臨時支墩，根據(jù)鋼梁分節(jié)情況于兩岸分別設(shè)頂推支架、接收支架。總體平面布置如圖1所示。

圖1 鋼梁拼裝頂推平面圖 (單位：m)

三、總體施工工藝

選用臨時支撐法+循環(huán)步履頂推法進(jìn)行安裝。根據(jù)結(jié)構(gòu)分段的安裝位置，設(shè)置剛性臨時拼裝支架P1及頂推支架D1，邊跨設(shè)置頂推支架D2，中跨跨中設(shè)置Z1頂推支架，在拼裝場地按照設(shè)計(jì)立面線形及平面線形分四輪進(jìn)行總裝，然后設(shè)置前導(dǎo)梁，使用循環(huán)三維頂推設(shè)備分4次頂推至設(shè)計(jì)位，現(xiàn)場安裝時，左右幅分開頂推安裝。

四、臨時結(jié)構(gòu)及頂推設(shè)施

根據(jù)作用和位置的不同，需設(shè)置不同類型支架，主要支架類型分為拼裝支架P1型、頂推支架D1/D2型，臨時支墩支架Z1型等。

1.拼裝支架（P1）

臨時支架共設(shè)5處，結(jié)構(gòu)由橫梁（分配梁）及臨時支架組成，橫梁（分配梁）采用熱軋H型鋼HM440×300×11×18制作，H型鋼腹板每隔1m布置一道筋板，臨時支架采用φ273×8mm鋼管，中間橫、斜撐采用角鋼L63×63×5連接成整體，主要用于常規(guī)梁段支撐。支架基礎(chǔ)采用（400×200×50）cm的C25混凝土條形擴(kuò)大基礎(chǔ)，支架底部與混凝土連接部位采用預(yù)埋40×40×1.6cm鋼板焊接連接。

2.頂推平臺支架（D1/D2）

本橋頂推工作平臺共設(shè)置6處，采用2個格構(gòu)柱形式連接成整體的拼裝胎架，基礎(chǔ)與P1支架基礎(chǔ)相同。格構(gòu)柱截面的規(guī)格為2000mm（寬）×2500mm（長），由φ630×8mm的鋼管通過槽鋼[20a連接而成的鋼支墩，頂推頂上部設(shè)置雙排HN700×300×13×24作為分配梁。D1支架頂部橫橋向采用雙H588×300×12×20型鋼與鋼管焊接，頂推設(shè)備下方墊梁為3排H588×300×12×20型鋼與橫梁進(jìn)行焊接固定。D2支架頂部雙排HN700×300×13×24橫橋向采用3H588×300×12×20型鋼與鋼管焊接，頂推設(shè)備下方墊梁為3排H588×300×12×20型鋼與橫梁進(jìn)行焊接固定。

3.跨中支墩（Z1）

跨中支墩位于上猶江中，采用樁柱式結(jié)構(gòu)，分左右兩幅獨(dú)立布置。樁柱采用φ1200×16圓鋼管，單幅縱向雙排布置，每排3根，縱向樁中心距4.0m，橫向樁中心距5.5m。管樁按摩擦樁設(shè)計(jì)，樁長16m，在河床入強(qiáng)風(fēng)化巖層9m，管樁中灌注水下C30混凝土。施工水位以上鋼管柱之間設(shè)置縱、橫向連接系，連接系采用Ф426×10圓鋼管，焊接連接。柱頂設(shè)置橫梁、縱梁及分配梁體系，頂面鋪設(shè)花紋鋼板。橫梁、縱梁及分配梁采用加勁H型鋼和工字鋼。墩頂平臺橫向?qū)?6.6m，縱向?qū)?m。所有鋼材均采用Q235B材質(zhì)。施工時通過搭設(shè)的棧橋及作業(yè)平臺完成樁基及結(jié)構(gòu)安全工作。

4.頂推設(shè)施

根據(jù)鋼梁的結(jié)構(gòu)形式，并結(jié)合頂推施工的特點(diǎn)，鋼梁頂推系統(tǒng)主要分為頂推輔助結(jié)構(gòu)措施和頂推設(shè)備兩大類，其中頂推輔助結(jié)構(gòu)措施細(xì)分為：頂推工作平臺體系、臨時支墩體系、導(dǎo)梁三個部分。

（1）導(dǎo)梁

根據(jù)施工現(xiàn)場條件，頂推用臨時支墩縱橋向最大間距達(dá)45米，因此，鋼梁前端需設(shè)置導(dǎo)梁。本工程采用29m長的變截面工字型導(dǎo)梁,由與鋼梁連接處向端部逐漸減小，導(dǎo)梁與鋼梁連接處設(shè)有兩組縱梁（H700×300），其結(jié)構(gòu)外形尺寸與箱梁保持一致，導(dǎo)梁根部通過橫向連接系統(tǒng)腹板進(jìn)行焊接，兩組縱梁間通過橫梁連接形成整體。為便于導(dǎo)梁通過臨時支墩，導(dǎo)梁的兩組縱梁端部設(shè)計(jì)成臺階狀，以利于過墩時起頂。

（2）三維步履千斤頂

鋼梁頂推采用智能三維千斤頂調(diào)整系統(tǒng)，根據(jù)頂推用臨時支墩數(shù)量，全橋共計(jì)投入12個超高壓液壓三維千斤頂。頂推設(shè)備負(fù)責(zé)鋼梁的豎向起頂、縱向推移，同時自帶有頂推施工時的橫向限位功能。頂推設(shè)備所承受的力可以計(jì)算出單個最大重力為4660KN，約466噸,千斤頂頂升力466噸，實(shí)際選用600噸智能三維頂推千斤頂，其結(jié)構(gòu)形式及技術(shù)參數(shù)如圖2所示。

圖2 頂推作業(yè)示意圖（頂升過程）

頂推工作原理是豎向千斤頂頂升鋼梁，水平千斤頂推動前移，落梁后擱置于調(diào)節(jié)墊塊上，千斤頂回油完成一個行程的頂推工作（單行程100mm×10min），頂推過程中是一個自平衡的動作過程。其操作步驟如下：

步驟一（頂升）：開啟頂升油缸，頂升鋼梁上升，直至鋼梁脫離臨時支撐墊塊。

步驟二（平推）：開啟頂推油缸，鋼梁與上部滑移結(jié)構(gòu)整體前移，直至完成一個行程。

步驟三（下降）：開啟頂升油缸回縮，鋼梁與上部滑移結(jié)構(gòu)下降，落在臨時支撐墊塊上，油缸脫離鋼梁。

步驟四（回縮）：開啟頂推油缸，帶動上部滑移結(jié)構(gòu)回位至初始位置，并開始下一個行程。

五、吊裝設(shè)備選型

1.吊車選型

根據(jù)設(shè)計(jì)，最重節(jié)段為E節(jié)段，重56.7t，本工況為最不利工況。采用130t履帶吊吊裝，吊車工作半徑為9m（吊鉤及鋼絲繩計(jì)1噸），查130t吊車起重性能表：主臂全長22m，工作半徑9m時,額定起重量74，最大節(jié)段重量57噸，吊具及其他1噸，安全系數(shù)為：

2.鋼絲繩及卸扣選型

根據(jù)起吊重量選擇相對應(yīng)的鋼絲繩、卸扣和吊耳。節(jié)段吊裝選用四繩起吊方式，節(jié)段吊點(diǎn)采用對稱布置，與鋼絲繩水平夾角≥60°。將起吊重量分為吊重≤40t鋼梁、吊重40～60t鋼梁兩種。經(jīng)過驗(yàn)算，主要選型如表1，驗(yàn)算過程略。

表1 吊索具選型表

六、頂推安裝作業(yè)

1.頂推步驟

（1）施工準(zhǔn)備，支架及頂推千斤頂安裝；

（2）利用130t履帶吊吊裝19號梁段A類梁，梁重36.5t； 吊裝14-18號梁段，其中最重為E類梁，梁重57噸；檢查驗(yàn)收后安裝導(dǎo)梁；

（3）頂推前進(jìn)36米，此D2達(dá)到頂推過程的極限受力狀態(tài)；繼續(xù)前進(jìn)5米，調(diào)整縱向及平面線型，落于臨時支撐墊塊上固定；

（4）吊裝8-13號梁段，其中最重為I類梁，梁重30噸，焊接及無損檢測完成；前進(jìn)41米；

（5）吊裝3-7號梁段，焊接及無損檢測完成；前進(jìn)5米，跨中支架Z1達(dá)到頂推受力極限狀態(tài)，再前進(jìn)15米；

（6）吊裝1-2號梁段，前進(jìn)8米，切除第一段導(dǎo)梁；再前進(jìn)9米，切除第二段導(dǎo)梁；最后前進(jìn)28米，達(dá)到設(shè)計(jì)平面位置，橫向位置調(diào)節(jié)。

（7）逐步落梁，調(diào)整鋼梁立面線型，落梁至設(shè)計(jì)位置，完成體系轉(zhuǎn)換并固定牢固，拆除支架。

2.頂推過程控制

頂推系統(tǒng)使用前應(yīng)按照操作流程進(jìn)行調(diào)試與試驗(yàn)，千斤頂、油表使用之前進(jìn)行標(biāo)定；根據(jù)工況，頂推總水平力按重量的5%，并與油壓表相驗(yàn)證；頂推施工過程中對步履頂設(shè)備的縱向荷載和頂推荷載實(shí)時監(jiān)控和記錄，嚴(yán)禁頂推點(diǎn)豎向荷載超設(shè)計(jì)荷載；每次頂推，必須對頂推的鋼梁中線進(jìn)行測量；頂推時主控臺通過調(diào)整比例閥的流量，控制頂推千斤頂?shù)慕y(tǒng)一動作和保證所有頂推千斤頂每行程的同步（（各排千斤頂精度在5mm內(nèi)，同排千斤頂精度在1mm內(nèi)））；本工程中安全不同步值取15mm，調(diào)節(jié)不同步值取10mm，即頂推點(diǎn)不同步值超出10mm時，停止作業(yè)，排查障礙后啟動系統(tǒng)單點(diǎn)單動，直至不同步值在10mm后恢復(fù)頂推。

頂推到最后梁段時要特別注意梁段是否到達(dá)設(shè)計(jì)位置，最后一次頂推采用點(diǎn)動小行程。

3.頂推糾偏

本鋼梁位于半徑2600m的圓弧上，利用設(shè)置在每節(jié)段的首、尾兩個控制點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，每頂推300cm需逐一測量鋼梁中心與滑移軌跡偏移情況，當(dāng)相鄰控制點(diǎn)相對軌跡偏移達(dá)5cm以上時，需要進(jìn)行糾偏處理。鋼梁的糾偏通過移橋器側(cè)移油缸頂推實(shí)施，糾偏距離需綜合考慮首、尾控制點(diǎn)偏移情況，糾偏時各移橋器同時進(jìn)行糾偏，不過各自偏移距離依據(jù)兩線形差異而定。

4.卸載落梁

卸載采用整體式卸載，卸載前需設(shè)置測量觀測人員、梁體監(jiān)測人員、指揮人員等。

（1）卸載前需要完成全橋焊接并檢測合格，線形測量準(zhǔn)確無誤；

（2）鋼箱梁頂推到位并預(yù)先安裝各橋墩支座及其上斜墊板。落梁高度控制在300mm范圍內(nèi)；

（3）卸載步驟：①千斤頂上端安放鋼墊塊（2層×150mm），頂升千斤頂,安放換頂設(shè)施N2→②千斤頂頂升至梁體與N2脫離，切割N2上部150mm，安放墊板（20mm厚）→千斤頂回降至N2承載，拆除一層墊塊→重復(fù)頂升、切割N2、拆除下層墊塊→按50mm分級，重復(fù)切割N2，至鋼箱梁著落于斜墊板上方，精確調(diào)整梁體定位→頂推設(shè)施撤除。

七、注意事項(xiàng)

（1）鋼梁構(gòu)件在運(yùn)輸、倒運(yùn)、安裝過程中，應(yīng)采取合理保護(hù)措施，布設(shè)合理吊點(diǎn)，局部加強(qiáng)措施等，來減小自重變形，防止給安裝帶來不便；

（2）鋼梁現(xiàn)場安裝臨時支架的平面位置及調(diào)結(jié)構(gòu)高度均按照設(shè)計(jì)線形增加施工預(yù)拱度；

（3）防護(hù)平臺應(yīng)做好穩(wěn)定性檢查，焊接合格后方可使用；

（4）吊裝作業(yè)吊車作業(yè)參數(shù)需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)執(zhí)行，并應(yīng)核實(shí)地基承載力；嚴(yán)格指揮、必須確認(rèn)周邊條件滿足吊裝要求時方可作業(yè)；

（5）頂推過程中應(yīng)派專人檢查導(dǎo)梁及鋼梁變形和監(jiān)測頂推力變化，如出現(xiàn)變形、開裂、頂力突變超限等情況，應(yīng)立即停止頂推，查明原因，采取措施后方可恢復(fù)頂推；

（6）支架搭拆及頂推過程必須進(jìn)行安全技術(shù)交底，設(shè)置必要的臨邊防護(hù)，并應(yīng)統(tǒng)一的指揮系統(tǒng)；

（7）臨時支撐墊塊、導(dǎo)梁等應(yīng)力較集中部位，需要加強(qiáng)焊接質(zhì)量，防止焊接不良導(dǎo)致出現(xiàn)撕裂，發(fā)生危險(xiǎn)；

（8）臨時支墩、拼裝平臺、導(dǎo)梁及鋼梁結(jié)構(gòu)，在使用中需要對變形、沉降、焊縫等加強(qiáng)檢查監(jiān)測；

（9）工人作業(yè)時需正確佩戴安全帶、救生衣、防滑鞋等水上、高空作業(yè)的個人防護(hù)用具。

八、結(jié)語

鋼梁的就位安裝采取的頂推施工的方法較多，但均與鋼梁體量及周圍條件密不可分；針對本工程兩岸陡峭、河流湍急、全線半徑小等條件，采用江中設(shè)臨時支墩、其他設(shè)頂推支架作為拼裝頂推平臺，設(shè)型鋼導(dǎo)梁、三維步履式千斤頂同步頂推糾偏的工藝，提高了施工的可靠性，降低了安拆難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，最大程度規(guī)避了地形限制，減少了工程量，縮短施工時間，壓縮了工程成本。本文中對于臨時支撐及頂推工藝的介紹和應(yīng)用，對于提高公司施工類似工程具有一定參考價值。