基于重交通條件下曲線橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)

湯天惟

（中交一公局第三工程有限公司，北京）

前言

在我國交通建設(shè)里程不斷增加的背景下，復(fù)雜橋梁不斷涌現(xiàn)，對施工作業(yè)提出了更大的挑戰(zhàn)。特別是重交通條件下的曲線橋梁施作，面臨著施工車輛多、作業(yè)空間小、作業(yè)精度要求高、偏心風(fēng)險大等諸多難題。因此，為有效降低偏心風(fēng)險，保障施工質(zhì)量升級達(dá)標(biāo)，探究重交通條件下的曲線橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)非常必要。

1 基于重交通條件下的曲線橋梁施工背景

某曲線橋梁為客流主通道，全上跨長516 m，寬41 m。橋梁由主橋、引橋、道路組成，主橋長240 m，拱塔高82.2 m。主橋需跨越既有線，主橋上部結(jié)構(gòu)為28 m～32 m 預(yù)應(yīng)力T 型箱梁，橋上線路為400 m 小半徑曲線（含圓曲線、緩和曲線），橋上線路最大坡度為9‰，超高90 mm。橋墩（圓柱墩）為左線、右線錯開孔位布置，梁體斜向放置。

2 基于重交通條件下的曲線橋梁施工問題分析

2.1 移動模架偏位問題描述

在案述曲線橋梁主橋施工時利用上行式移動模架造橋機(jī)，可以在不配備輔助吊機(jī)情況下自動完成支腿過孔移動位置，同時主梁兩側(cè)挑梁頂部頂棚兼具防雨水、防日曬功能，可以實(shí)現(xiàn)全天候高效率運(yùn)行[1]。但是，經(jīng)筆者現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于案述橋梁曲線半徑過小，移動模架在前移過孔期間，前支腿沿著導(dǎo)梁移動到下一個橋墩位置，沿橫向無法順利落入橋墩中心，出現(xiàn)位置偏移。若簡單將前支腿橫向糾偏促使其落入橋墩中間，導(dǎo)梁、前支腿橫向無法對中，出現(xiàn)偏載。此時，移動模架主體結(jié)構(gòu)順導(dǎo)梁行進(jìn)到即將施工孔位時，主體結(jié)構(gòu)自重經(jīng)導(dǎo)梁下壓到前支腿，整個移動模架主體重量易引發(fā)前支腿局部應(yīng)力過大，甚至失穩(wěn)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)性荷載下力學(xué)性能分析

為確定偏心程度，我認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)曲線橋梁移動模架前支腿橫梁、支柱形式，結(jié)合移動模架支腿滑移參數(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)性荷載情況，進(jìn)行力學(xué)性能分析，局部參數(shù)見表1。

表1 曲線橋梁移動模架力學(xué)性能分析參數(shù)

根據(jù)表1，計算偏載。偏載計算圖式見圖1。

圖1 曲線橋梁移動模架偏載計算圖式

圖1 中，1 為荷載作用點(diǎn)荷載大小；2 為計算跨距；3 為橫梁上2 個著力點(diǎn)間距；4 為支腿滑移橫梁上托輥箱中心距。

根據(jù)上述計算圖式，采用有限元軟件ABAQUS 構(gòu)建三元實(shí)體有限元模型（見圖2），提取移動模架前支腿局部應(yīng)力大小[2]。

圖2 某曲線橋梁三元實(shí)體有限元模型

在局部應(yīng)力提前時，考慮橋梁結(jié)構(gòu)施工所處環(huán)境溫度干擾，進(jìn)行修正，修正公式如下

式中，s 為修正后讀數(shù)，kN；st為橋梁糾偏過程中讀數(shù)，kN；；s0為初始讀數(shù)，kN；Tt為橋梁糾偏過程中溫度值，℃；T0為初始溫度，℃。修正后，得出結(jié)果見表2。

表2 移動模架前支腿局部應(yīng)力

根據(jù)表2，可推測移動模架前支腿局部應(yīng)力過大，且偏載一側(cè)支腿橫梁應(yīng)力超出Q345B 鋼強(qiáng)度設(shè)計值，整個曲線橋梁移動模架作業(yè)期間失穩(wěn)風(fēng)險較大。

2.3 曲線橋梁移動模架偏位程度判定

在圖2 基礎(chǔ)上，利用Midas Civil，構(gòu)建同一聯(lián)上行線、下行線的有限元模型，經(jīng)彈性連接模擬支座[3]。根據(jù)實(shí)際支座平面布設(shè)情況進(jìn)行多方向支撐剛度連接，對比上行線、下行線偏心值，得出重交通長期作用下案述曲線橋梁移動模架將出現(xiàn)向曲線內(nèi)側(cè)偏移，局部見表3。

表3 重交通條件下曲線橋梁移動模架偏位值

由表3 可知，曲線橋梁偏心以運(yùn)行重車的上行線較為突出，最大偏心值達(dá)到310 mm（1 孔），偏心超出限值（70 mm）的區(qū)段主要為1 孔、5 孔、15 孔，多為圓曲線，局部為緩和曲線；下行線偏心程度相對較小，最大偏心值為92 mm（1 孔），主要出現(xiàn)在圓曲線段。

3 基于重交通條件下曲線橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用策略

3.1 移動模架外側(cè)加固技術(shù)

移動模架外側(cè)加固是應(yīng)對重交通條件下曲線橋梁移動模架前支腿橫梁端部在應(yīng)力應(yīng)變下彎曲的主要手段。加固如圖3 所示。

圖3 曲線橋梁移動模架加固

圖3 中，1 為橫梁；2 為前支腿；3 為加長橫梁；4為斜撐。根據(jù)圖3，可以將橫向移動平臺增設(shè)到前支腿上部橫梁外側(cè)，橫向移動平臺向外加長50 cm，確保曲線橋梁移動模架前支腿橫梁偏載情況下最外側(cè)輥輪接觸部位超出橫梁端部邊緣，從源頭規(guī)避局部應(yīng)力集中問題。同時考慮到結(jié)構(gòu)不平衡水平力，利用3 條20 mm 厚鋼板斜撐，焊接在橫梁加載端下部立柱，設(shè)置與實(shí)際重載列車運(yùn)行速度相適應(yīng)的曲線外軌超高[4]。鋼板斜撐焊接超高根據(jù)均方根速度計算，計算公式如下

式中，V 為均方根速度；N 為一晝夜各類重載列車趟數(shù)；Q 為各類列車質(zhì)量；V0為實(shí)測各類列車速度。根據(jù)式（2）計算結(jié)果進(jìn)行斜撐超高設(shè)置，確保重交通條件下曲線橋梁移動模架偏載情況下承受應(yīng)力處于標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)。

3.2 下行線架橋糾偏

原架橋機(jī)由主梁、前支腿、后支腿、起重小車、輔助支腿、前懸臂梁幾個部分組成。在上行式移動模架造橋機(jī)應(yīng)用時，需要根據(jù)不同跨度時支腿位置調(diào)整要求將多個前支腿連接位設(shè)置到主梁下蓋板，并將支腿邊跨縱向移動軌道、起重天車運(yùn)行軌道分別設(shè)置到主梁下部、上部，利用前橫梁、后橫梁將2 根主梁連接為一個整體[5]。主梁前端部固定的工字板梁式懸臂梁可以確保上行式移動模架造橋機(jī)縱移穩(wěn)定。同時在上行式移動模架造橋機(jī)過孔時，需利用輔助支腿輔助縱向移動，輔助支腿經(jīng)球面芯盤、芯軸與走行小車相連接，滿足曲線橋梁架設(shè)要求。輔助小車橫移動機(jī)構(gòu)橫向移動量限定在±350 mm，無法滿足400 m 小半徑曲線橋梁過孔。400 m 小半徑曲線橋梁過孔要求上行式移動模架造橋機(jī)輔助小車橫向移動機(jī)構(gòu)橫向移動量超出±930 mm。基于此，在上行式移動模架造橋技術(shù)應(yīng)用時，就需要從增加輔助小車橫向移動行程著手，擴(kuò)大輔助小車橫向移動空間。即將懸臂梁內(nèi)側(cè)的鏈條驅(qū)動機(jī)構(gòu)固定支座轉(zhuǎn)移到前懸臂梁外側(cè)，并將輔助小車橫向移動輪距由760 s mm 縮短為640 mm。同時利用±950 mm 輔助小車橫向移動油缸代替原有油缸。而后支座輪箱鉸座則由直接螺栓固定轉(zhuǎn)變?yōu)閹Я⑤S可旋轉(zhuǎn)鉸座，經(jīng)立軸安裝孔與手孔連接，允許走形輪箱與上行式移動模架造橋機(jī)進(jìn)行微量自由旋轉(zhuǎn)，避免架設(shè)曲線橋整機(jī)過孔時因無活動余量而出現(xiàn)橫向局部應(yīng)力集中。

3.3 上行線頂推糾偏

在主橋架設(shè)后，因案述曲線橋梁無法直接現(xiàn)澆，預(yù)應(yīng)力T 型箱梁主橋需在既有線外側(cè)現(xiàn)澆后張拉頂?shù)撞夸撌偈沽后w處于軸向壓力狀態(tài)，在梁體進(jìn)入預(yù)設(shè)位置后，進(jìn)行剩余鋼束張拉，完成上行線的頂推糾偏施工。根據(jù)案述曲線橋梁處于重交通條件、作業(yè)空間小的特點(diǎn)，優(yōu)選運(yùn)輸便捷的小里程側(cè)場地，利用步履式多點(diǎn)頂推方案，由小里程側(cè)向大里程側(cè)進(jìn)行頂推糾偏，頂推步進(jìn)距離為0.70 m，控制頂推線路縱向坡度小于-9‰。同時考慮到連續(xù)梁高于簡支梁，調(diào)整相鄰橋墩支撐高度，進(jìn)行鋼筋混凝土接長處理。

在步履式多點(diǎn)頂推技術(shù)應(yīng)用于曲線橋梁上行線偏心整治時，需遵循經(jīng)濟(jì)適用、配套恰當(dāng)?shù)姆结槪x擇QF100-800 的水平千斤頂搭配DBC2.0/DBC10L 液壓泵站、QF400-60 豎向千斤頂，在預(yù)應(yīng)力T 型箱梁制作平臺上布設(shè)滑道，并在頂部設(shè)置長45 cm、寬45 cm、厚4 cm 的不銹鋼墊層與四氟復(fù)合板，確保滑道板平整度。頂推過程位置限定裝置為滾輪限位器，限位器底座豎向滾輪負(fù)責(zé)限制預(yù)應(yīng)力T 型箱梁的平面位置，并促使其朝著頂進(jìn)方向滾動。在這個基礎(chǔ)上，根據(jù)上行線頂推施工作業(yè)過程梁體橫向偏移風(fēng)險表現(xiàn)，增設(shè)導(dǎo)向糾偏裝置，固定在案述曲線橋梁兩側(cè)，一旦梁體出現(xiàn)橫向偏移，第一時間啟動千斤頂對梁體進(jìn)行頂推調(diào)整，避免橫向偏移量過大引發(fā)梁體失穩(wěn)。比如，在上行線連續(xù)預(yù)應(yīng)力T 型箱梁前進(jìn)軌跡偏離設(shè)計軌道，且墩頂位置上部箱梁內(nèi)側(cè)與外側(cè)縱向增量相差較大時，技術(shù)人員可以調(diào)整伸縮縫位置千斤頂外側(cè)頂推力、千斤頂內(nèi)側(cè)頂推力之比為1.3:1，均衡上行線橋梁關(guān)鍵控制點(diǎn)應(yīng)變，將橋梁主體與橋墩共同頂推糾偏到位。糾偏到位后，促使曲線橋梁伸縮縫位置護(hù)欄、前端橋梁護(hù)欄與后端相鄰橋梁護(hù)欄基本對位。

上行線頂推糾偏的本質(zhì)是將頂推反力架沿著曲線橋梁縱軸方向的伸縮縫位置、連續(xù)支座橋墩位置安裝，經(jīng)水平千斤頂施加應(yīng)力，借助臨時滑移面向所需方向頂推連續(xù)橋跨結(jié)構(gòu)，頂推到位且確定無誤后進(jìn)行臨時限位裝置的設(shè)置。我認(rèn)為案述橋跨結(jié)構(gòu)上行線糾偏應(yīng)當(dāng)沿著每處橫向安裝2 臺千斤頂，經(jīng)平衡分流閥組合控制，逐級施加縱向水平頂推力，并以連續(xù)梁體發(fā)生位移為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行主千斤頂組水平頂推力的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)上行線預(yù)應(yīng)力T 型箱梁的均衡移動。期間需要先沿著橋梁縱軸方向，在伸縮縫位置、橋墩位置安裝反力架，再安裝水平千斤頂，千斤頂前后與梁體接觸位置接觸擴(kuò)大鋼板墊進(jìn)行處理，確定千斤頂有效作用于箱梁腹板指定高度后，借助楔形枕木鎖死沿線橋梁伸縮縫梁體。隨后依據(jù)位移4 mm±1 mm 的標(biāo)準(zhǔn)，多次頂推，每次頂推后靜置20 min，每12 h 累計頂推量控制在10 mm 以內(nèi)，確保上行線偏位糾正過程安全開展。

4 基于重交通條件下曲線橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用效果

重交通條件下，以每一階段施工進(jìn)入尾聲、下一階段模板標(biāo)高定位前為節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行多次觀測，并記錄曲線橋梁移動模架內(nèi)外側(cè)偏移數(shù)值。移動模架外側(cè)加固關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用前后曲線橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性參數(shù)見表4。

表4 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用前后曲線橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性參數(shù)

由表4 所示，曲線橋梁偏心糾正關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用后，內(nèi)側(cè)橫移、外側(cè)橫移數(shù)值顯著下降，橫移變化趨于穩(wěn)定。表明關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用可以改善曲線橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

結(jié)束語

綜上所述，重交通條件下的曲線橋梁施作任務(wù)重、時間緊、難度大，面臨著偏心整治問題。我認(rèn)為技術(shù)人員應(yīng)堅持現(xiàn)場謀劃病害、現(xiàn)場推進(jìn)工作、現(xiàn)場解決問題，積極發(fā)揮技術(shù)專業(yè)優(yōu)勢，突破重交通條件下的曲線橋梁施工難題。同時綜合利用頂推復(fù)位、移動模架造橋等技術(shù)，高標(biāo)準(zhǔn)、高效率、高質(zhì)量地完成重交通條件下的曲線橋梁施作任務(wù)。