復(fù)雜環(huán)境下鋼箱梁頂推轉(zhuǎn)體組合施工技術(shù)分析與應(yīng)用

馬仲舉

（中鐵九局集團(tuán)有限公司，沈陽 110051）

1 引言

某城市快速路工程上跨鐵路既有線轉(zhuǎn)體橋施工部分全長269 m，其中，L1線高架橋?yàn)?×64 m連續(xù)鋼箱梁；R1線高架橋部分為2×48 m+45 m連續(xù)鋼箱梁。高架橋L1、R1線跨高速鐵路部分為鋼箱梁轉(zhuǎn)體施工，采用兩個(gè)T構(gòu)同時(shí)轉(zhuǎn)體，共跨越4條鐵路，其中有2條普鐵上、下行線和2條高速鐵路上、下行線。 L1線斜交79.2°，R1線斜交83.5°，鋼箱梁全寬13.5 m，采用單箱雙室截面，等高度連續(xù)鋼箱梁中心處梁高2.524 m，橫坡為單向1.2%。其中L1線鋼箱梁總重1 155.2 t，轉(zhuǎn)體部分總重約為2 072 t，R1線鋼箱梁總重1 245.3 t，轉(zhuǎn)體部分總重約為1 842 t。

2 工況及工藝分析

L1線鋼箱梁拼裝位置位于城市主干道西側(cè)非機(jī)動(dòng)車道處，主梁長49.98 m+47.26 m，共計(jì)97.24 m，鋼箱梁總重785.06 t。拼裝平臺(tái)長度65 m，利用平坡頂推，頂推水平線高程為57.898 m。鋼梁分3次拼裝，4次頂進(jìn)。第一次拼裝長度50.7 m，安裝26 m導(dǎo)梁；第一次試頂5.5 m，第二次頂進(jìn)9.8 m后，安裝鋼梁第5段12.9 m后，第三次頂進(jìn)28.86 m，安裝鋼梁第4段16.5 m，第3段18.5 m；第四次頂進(jìn)22.92 m，共計(jì)頂進(jìn)67.08 m，到達(dá)最終位置。R1線轉(zhuǎn)體鋼箱梁設(shè)計(jì)位置位于既有立交橋南側(cè)，轉(zhuǎn)體主墩位于住宅小區(qū)院內(nèi)，且高鐵線西側(cè)。R1線主梁長50.02+51.82 m，鋼箱梁總重752.4 t。拼裝平臺(tái)長度65 m，利用平坡頂推水平線高程為58.616 m分兩次拼裝，3次頂進(jìn)，第一次拼裝長度47.6 m，安裝25.2 m導(dǎo)梁，第一次試頂5.5 m，第二次頂進(jìn)51 m后，安裝鋼梁第6~12段后，第三次頂進(jìn)51.6 m，共計(jì)頂進(jìn)108.1 m，到達(dá)最終位置[1]。

頂推采用25臺(tái)600 t步履千斤頂，10臺(tái)落梁千斤頂及若干液壓泵站等進(jìn)行控制。鋼箱梁整體落梁，L1線落梁最大高差1.922 m，R1線落梁最大高差3.796 m，然后拆除導(dǎo)梁及支架，并對(duì)墩柱進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)，然后進(jìn)行箱梁體外預(yù)應(yīng)力張拉，并在轉(zhuǎn)體前設(shè)置臨時(shí)支墩，支墩采用拼裝支架形式L1線設(shè)置兩段跨度分別為13.88 m與13.92 m。R1線轉(zhuǎn)體合攏無臨時(shí)支架，最后進(jìn)行轉(zhuǎn)體牽引施工。轉(zhuǎn)體采用兩個(gè)T構(gòu)同時(shí)轉(zhuǎn)體，L1線逆時(shí)針轉(zhuǎn)體R1線順時(shí)針轉(zhuǎn)體，轉(zhuǎn)動(dòng)到位后封固轉(zhuǎn)盤，再進(jìn)行主跨合龍段施工。邊跨合龍段采用整體吊裝方案，一次焊接成型，與普通梁段施工程序、工藝相同，將L1線橋小里程處26.8 m、大里程處6.76 m分別分為4段、2段分別進(jìn)行吊裝焊接，最大節(jié)段重75.58 t，鋼梁施工總流程如圖1所示。

3 頂推施工

3.1 支墩制作

由于L1線轉(zhuǎn)體墩位于快速干道與鐵路線之間，場地狹小，且承臺(tái)體積較大，如按照常規(guī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)體承臺(tái)占用快速干道部分人行道導(dǎo)致交通擁擠。臨時(shí)轉(zhuǎn)體墩施工方便，節(jié)省時(shí)間，占用空間小，把對(duì)鐵路線影響降到最低，且完成轉(zhuǎn)體后拆除臨時(shí)墩，可不對(duì)快速干道造成影響。由于臨時(shí)轉(zhuǎn)體墩采用鋼管柱作為墩柱結(jié)構(gòu)，其下料和加工均可在工廠內(nèi)進(jìn)行，縮短了墩柱施工周期，可在橋梁合龍后進(jìn)行拆除，并重新加工利用，增加了鋼管柱的周轉(zhuǎn)率，減少了臨時(shí)工程投入成本。同時(shí)，混凝土支模及澆筑時(shí)存在一定的尺寸偏差，采用鋼管柱形式的臨時(shí)轉(zhuǎn)體墩可根據(jù)頂推落梁后的墩梁位置進(jìn)行微調(diào)整，保證墩梁固結(jié)用的精軋螺紋連接精準(zhǔn)。由于鋼箱梁采用先頂推后轉(zhuǎn)體的施工流程，當(dāng)采用鋼管柱作為臨時(shí)轉(zhuǎn)體墩時(shí)，其截面可根據(jù)施工需要適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，在完成轉(zhuǎn)體墩作用的同時(shí)可兼作一個(gè)頂推支架施工，減少了臨時(shí)支架的投入[2]。轉(zhuǎn)體施工臨時(shí)支墩既要滿足箱梁轉(zhuǎn)體時(shí)的荷載要求，又要滿足鋼梁頂推時(shí)的要求。經(jīng)過有限元軟件進(jìn)行多方案比選，設(shè)置鋼箱梁拼裝支架6組，L1、R1線各3組。鋼箱梁頂推支架10組，L1線4組、R1線6組，鋼箱梁頂推支架與鋼箱梁拼裝支架同步施工，并有一部分作為拼裝支架使用，支架立柱為φ478 mm×12 mm鋼管，通過鋼板與混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行連接，立柱間采用φ325 mm×10 mm鋼管焊接固定。鋼箱梁拼裝支架上部為H400型鋼，每個(gè)截面設(shè)置臨時(shí)支墩6個(gè)，通過橫向及斜向連接桿焊接，單個(gè)支墩自身亦采用橫向及斜向連接桿焊接牢固，各自形成穩(wěn)定體系。立桿和連接系在現(xiàn)場組裝。鋼梁頂推施工單個(gè)支墩設(shè)置4根鋼管立柱，每組8根。順頂推方向鋼管間距為3 m，距離基礎(chǔ)外側(cè)1 m；垂直頂推方向鋼管距離為2 m，距離基礎(chǔ)外側(cè)1.48 m，拼裝支架位置按頂推距離及梁段劃分進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際布設(shè)[3]。立柱與連接系采用在廠組裝后運(yùn)至現(xiàn)場整體吊裝的方式安裝，最后連接縱聯(lián)桿件。單支墩立柱受力圖如圖2所示。

圖2 單支墩立柱受力分析（單位：N/mm2）

圖1 鋼箱梁拼裝及總體施工流程圖（單位:mm）

3.2 鋼箱梁頂推控制

為確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在臨時(shí)墩分別設(shè)置側(cè)向限位。L1線橋鋼箱梁頂推施工，拼裝焊接50.48 m頂推段鋼箱梁，在鋼箱梁前端安裝鋼導(dǎo)梁。檢測(cè)合格后，同步安裝頂推設(shè)施、調(diào)試頂推工作系統(tǒng)。各系統(tǒng)工作正常后試頂推，使鋼箱梁前進(jìn)約4.8 m左右，頂推過程中調(diào)節(jié)鋼箱梁底板下面的墊板，保證梁體的線性使梁體均勻受力。試頂推正常后正式頂推施工，使鋼箱梁前進(jìn)約9.8 m，梁尾到達(dá)拼裝支架位置。接梁尾拼裝第五段鋼箱梁，進(jìn)行第二輪頂推施工，使鋼箱梁前進(jìn)約28.95 m，梁尾到達(dá)臨時(shí)墩三位置。拼裝第四、三段鋼箱梁，拆除前端第一節(jié)鋼導(dǎo)梁，進(jìn)行第三輪頂推施工，使鋼箱梁前進(jìn)約22.82 m，鋼箱梁到達(dá)轉(zhuǎn)體位置[4]。然后拆除鋼導(dǎo)梁，進(jìn)行鋼箱梁落梁施工，拆除頂推設(shè)施，使鋼箱梁落于轉(zhuǎn)體臨時(shí)墩墩頂支架，并用精軋螺紋鋼與轉(zhuǎn)體墩緊固連接，拆除臨時(shí)墩，形成待轉(zhuǎn)體條件，為轉(zhuǎn)體做好準(zhǔn)備。R1線橋鋼箱梁頂推施工與L1線橋施工原理相同。

4 轉(zhuǎn)體施工

4.1 墩身臨時(shí)固結(jié)及鋼箱梁體外張拉

本工程R1線橋轉(zhuǎn)體主墩與L1線臨時(shí)轉(zhuǎn)體墩方案中，在鋼箱梁跨既有高架橋完成頂推后需拆除臨時(shí)支架，并進(jìn)行轉(zhuǎn)體墩與鋼箱梁的體系轉(zhuǎn)換，形成臨時(shí)固結(jié)并達(dá)到待轉(zhuǎn)條件。其中，臨時(shí)固結(jié)采用在轉(zhuǎn)體墩柱中預(yù)埋直徑32 mm的精軋螺紋鋼筋并澆筑混凝土，將墩柱與鋼箱梁固結(jié)成整體的形式。考慮到在施工墩柱時(shí)提前預(yù)埋精軋螺紋鋼筋，并頂推至設(shè)計(jì)位置后將其精準(zhǔn)對(duì)孔的難度非常大，故在施工墩柱時(shí)保留2 m高墩頂不進(jìn)行施工，當(dāng)頂推就位后根據(jù)預(yù)埋精軋螺紋鋼筋位置進(jìn)行墩身剩余段混凝土施工，同時(shí)進(jìn)行鋼箱梁內(nèi)固結(jié)混凝土，墩身及鋼梁間固結(jié)混凝土澆筑，保證固結(jié)的整體精準(zhǔn)、穩(wěn)定。

為減小轉(zhuǎn)體階段鋼梁T構(gòu)懸臂撓度，在鋼箱梁頂板頂0.48 m高度對(duì)應(yīng)腹板位置設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力。為防止鋼絞線與箱梁頂面接觸，在鋼絞線中點(diǎn)設(shè)置鋼絞線支撐裝置。預(yù)應(yīng)力鋼束錨固處設(shè)置鋼錨箱，鋼錨箱與鋼箱梁頂板采用M20承壓型高強(qiáng)螺栓連接，每個(gè)螺栓預(yù)拉力設(shè)計(jì)值190 kN。鋼束錨下控制應(yīng)力1 300 MPa。鋼箱梁臨時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束采用5束，每束為16根7φ5 mm低松弛鋼絞線，并在箱梁頂面每1.98 m設(shè)置防崩鋼筋。鋼束初張拉后應(yīng)緩慢張拉,張拉至0.5倍時(shí)，停止張拉檢查箱梁頂部鋼板的變形情況及錯(cuò)固裝置變形，確認(rèn)無明顯變形后，方可繼續(xù)張拉直至張拉設(shè)計(jì)值后停止張拉并現(xiàn)場實(shí)際測(cè)量變形值與設(shè)計(jì)值對(duì)比并分析原因。待轉(zhuǎn)體結(jié)束后拆除臨時(shí)錨固裝置，并采用12 mm厚鋼板補(bǔ)強(qiáng)。

4.2 鋼箱梁轉(zhuǎn)體控制

鋼箱梁就位完成后轉(zhuǎn)體前進(jìn)行臨時(shí)支架的拆除施工，保留兩端最遠(yuǎn)處支架作為轉(zhuǎn)體前的臨時(shí)約束。待試轉(zhuǎn)前拆除所有支架，使主橋達(dá)到懸臂狀態(tài)，防止轉(zhuǎn)體時(shí)與支架發(fā)生刮碰。受張拉的影響，箱梁梁體會(huì)有一定程度的拱起，鋼管支架與鋼箱梁梁底之間會(huì)形成脫空。首先，拆除千斤頂及墊塊再拆除橫縱向分配梁及斜橫桿，最后拆除鋼管柱，拆除順序從主墩向兩端對(duì)稱均衡進(jìn)行。大型懸臂結(jié)構(gòu)平衡轉(zhuǎn)體施工時(shí)上部結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性是非常重要的。水平轉(zhuǎn)體中，支點(diǎn)兩端重量理論上必須保證一致，這樣兩端才能實(shí)現(xiàn)過程中平衡。但如果絕對(duì)平衡，在轉(zhuǎn)體施工實(shí)際實(shí)施的過程中會(huì)引起梁端發(fā)生幅度較大抖動(dòng)，反而不利于轉(zhuǎn)體平穩(wěn)。通常做法是通過配重使實(shí)際重心偏離理論重心15 cm以內(nèi)[5]。施工支架完全拆除后且轉(zhuǎn)體前必須進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)體稱重試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠?yàn)檗D(zhuǎn)體階段的決策提供依據(jù)，確保橋梁轉(zhuǎn)體順利進(jìn)行。需要測(cè)試轉(zhuǎn)動(dòng)體部分橫、縱橋向不平衡力矩及橫、縱向偏心距，同時(shí)還要測(cè)試球鉸的摩擦系數(shù)和摩阻力矩，分析并確定配重方案，按照配種方案對(duì)梁兩端進(jìn)行配重后進(jìn)行轉(zhuǎn)體及后續(xù)施工。

5 結(jié)語

本研究成果主要是對(duì)先頂推-后利用臨時(shí)支墩進(jìn)行體外轉(zhuǎn)體的橋梁制定了專門的施工技術(shù)，詳細(xì)闡述了施工內(nèi)容和方法，對(duì)臨時(shí)轉(zhuǎn)體墩、臨時(shí)支架以及鋼梁的狀態(tài)進(jìn)行了受力分析和監(jiān)測(cè)。本次研究形成了一種新的先頂推，后進(jìn)行臨時(shí)支墩體外轉(zhuǎn)體的施工方法，該方法的成功實(shí)施克服了利用臨時(shí)轉(zhuǎn)體墩進(jìn)行體外轉(zhuǎn)體的施工難題，證明了頂推-轉(zhuǎn)體法不僅可以達(dá)到縮短工期，節(jié)約成本的目的，而且能夠減少對(duì)鐵路線運(yùn)營的影響，更能夠滿足施工場地十分受限的要求。因此，橋梁頂推-轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的成功應(yīng)用對(duì)復(fù)雜環(huán)境下橋梁施工方法的理論研究和經(jīng)驗(yàn)積累具有重要科學(xué)價(jià)值，促進(jìn)了橋梁施工技術(shù)的提升。