超寬鋼箱梁整體頂推施工技術(shù)研究

李秉海 戴 笠 曾鵬罡 王云峰

中國建筑第五工程局有限公司 湖南 長沙 410000

龐大且有序的交通系統(tǒng)，是城市經(jīng)濟脈絡(luò)的重要體現(xiàn)，這一方面有助于強化人和人的聯(lián)系，另一方面對社會、經(jīng)濟和文化交流也具有推動作用，目前國內(nèi)各城市地表交通逐漸飽和，各工程商開始研究跨線橋梁施工[1]。起元大橋，屬于長征文化公園于都段配套市政項目，其橋梁共計515.9m，寬度共計40m，設(shè)計為雙向六車道。主橋橋型為Y型連續(xù)剛構(gòu)一拱組合體系橋，兩側(cè)設(shè)置南北2座引橋，其中南引橋連接東橋路，北引橋則通于立交單喇叭。本文主要針對該項目中的超寬鋼箱梁頂推施工技術(shù)展開研究。

1 超寬鋼箱梁概況

主跨鋼箱梁長度為136.8m，為全焊等寬單箱三室簡支鋼箱梁結(jié)構(gòu)。截面外形對應(yīng)邊跨混凝土截面，超寬鋼箱梁頂寬共計40000mm，其中中室梁高3500mm，室寬4000mm；邊室寬13050mm，懸臂板長5000mm。鋼箱梁底板、中板、頂板板厚分別為14mm、20mm、12mm，邊腹板厚度20mm，端橫梁附近頂板板厚加厚至32mm，底板板厚加厚至20mm。鋼箱梁每3000mm 設(shè)一道橫隔梁，一般橫隔梁厚度14mm，吊索橫隔梁在吊索錨固箱室內(nèi)厚度為20mm。鋼箱梁端部設(shè)上牛腿構(gòu)造接邊跨混凝土下牛腿，橫隔梁厚度20mm。箱梁端部3500mm范圍設(shè)鐵砂混凝土壓重，單側(cè)鐵砂混凝土不少于200m3。超寬鋼梁橋面板構(gòu)造選擇正交異性板，索梁錨固區(qū)的具體位置在箱梁中室，選擇鋼錨梁構(gòu)造，錨固區(qū)腹板、加勁肋版、端承板以及錨梁板共同組成鋼錨梁。

2 超寬鋼箱梁整體頂推施工技術(shù)

2.1 工藝流程圖

該項目中的超寬鋼箱梁選擇步履式多點頂推，順著橋梁軸線的方向，對頂推支墩進行有效設(shè)置，頂推支墩上需要布置千斤頂，以輔助頂推施工。超寬鋼箱梁頂推工藝流程如圖1所示。

圖1 頂推施工工藝流程圖

圖2 后導梁吊裝立面圖

圖3 頂推施工中鋼箱梁頂推至橋位的平面示意圖

2.2 頂推操作工藝

2.2.1 前導梁安裝

根據(jù)頂推跨度的布置形式設(shè)置前后導梁，鋼箱梁頂推過程中前后懸臂的最大長度均比較大，減少主梁在頂推過程中的懸臂長度，降低懸臂狀態(tài)下的負彎矩峰值，減小梁體的變形量，本項目為設(shè)置了前后雙導梁結(jié)構(gòu)進行頂推。前端導梁總長為跨徑的2/3，40*2/3=26.7m，導梁設(shè)計長度取27m，導梁材質(zhì)為Q355B，連接系采用φ203*7mm鋼管和φ127*6mm，材質(zhì)為Q235B，后導梁總長為15m，導梁材質(zhì)為Q355B，連接系采用φ203*7mm鋼管和φ127*6mm，材質(zhì)為Q235B，先安裝前導梁，然后向前頂推10m后，再安裝后導梁。

2.2.2 頂推設(shè)備安裝

在頂推墩墩頂墊梁上安裝小頂推單元，每2個小頂推單元布置1臺液壓泵站和1套PLC分控制系統(tǒng)，PLC集成主控制系統(tǒng)布置在棧橋處附近。

2.2.3 頂推設(shè)備調(diào)試

安裝頂推設(shè)備后，調(diào)試與系統(tǒng)相連接的電路、油路等，確保自動或手動模式下，能夠根據(jù)設(shè)定運行模式運行執(zhí)行單元。聯(lián)機調(diào)試過程中，將泵站打開，并設(shè)置手動運行，主控臺操作面板中有效控制執(zhí)行元件縮缸、伸缸等動作，嚴格檢查其動作正確與否，同時調(diào)節(jié)裝置檢測元件，確保檢測裝置處于正常狀態(tài)。系統(tǒng)手動試機后，更改為自動運行模式，對系統(tǒng)千斤頂動作同步性、協(xié)調(diào)性等進行檢查，若不符合要求，需要查找相關(guān)原因，解決問題，等到系統(tǒng)動作協(xié)調(diào)后，就說明頂推設(shè)備調(diào)試合格[2]。

2.2.4 頂推正式施工

第一，采用手動模式試頂推，對傳感器、油泵、糾偏頂、壓力表等異常與否進行嚴密檢查。啟動豎向千斤頂將梁體頂起至工作高度，并監(jiān)測梁體及臨時墩變形及應(yīng)力，確認無安全隱患后正式頂推。

第二，將各墩頂推設(shè)備啟動，從頂升系統(tǒng)中配備的壓力傳感器所檢測的壓力值，向支反力值轉(zhuǎn)換，再從該值換算值將壓力加給頂推油缸，借助所設(shè)定的壓力，頂推油缸提供頂推力，通過控制臨時墩兩側(cè)頂推油缸，實現(xiàn)同步頂推，此處需要對頂升支撐油缸支反力進行實時檢測，不僅要確保頂推油缸推力精確性，而且還要在一個行程推進后，頂推油缸能夠縮回到下一行程起點，進而開始下一行程頂推工作。

第三，滑移啟動手動操作頂推系統(tǒng)牽引主梁后，開始切換到自動運行模式，自動連續(xù)頂推主梁。自動頂推時，需要實時記錄頂推時的油壓值。為防止頂推時箱梁發(fā)生橫向偏移，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制環(huán)節(jié)會集成中軸線監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)在頂推時會實時監(jiān)控超寬剛相連中軸線，并對千斤頂進行及時調(diào)整，確保其處于特定誤差范圍。此外，頂推期間，有效調(diào)整各墩支撐油缸，調(diào)整該點中鋼箱梁標高至規(guī)定標高，再重復鋼箱梁頂推操作，該情況下要確保頂推油缸位移同步[3]。

2.2.5 頂推施工步驟

初始狀態(tài)：頂推前試頂檢查設(shè)備運行狀態(tài)，在頂推前，要做好頂推施工人員安全技術(shù)交底工作，在配置施工人員方面，主要為：指揮員1人，助理2人，安全員2人，測量人員2人，頂推施工人員若干，頂推基準面高程為133.846m。

2.3 頂推施工控制

2.3.1 頂推施工中觀測項目

為保證鋼箱梁成橋后，能夠與所設(shè)計應(yīng)力狀態(tài)、線型要求等相符合，需要動靜態(tài)等工況下對拼裝頂推所受日照、風力以及溫度等影響施工的因素進行分析，尋找影響頂推施工的不利狀態(tài)，詳細觀測最大變形值，內(nèi)容包括：（1）觀測墊梁中鋼箱梁底板接觸情況，檢測分析鋼箱梁中不利于底板與腹板受力的狀態(tài)內(nèi)力；（2）超寬鋼箱梁階段起吊與運輸就位后出現(xiàn)變形狀態(tài)；（3）由于日照不均、溫度影響以及焊接累積誤差等導致縱向長度發(fā)生改變，風力影響頂推，主縱梁平面點標高與橫向部位發(fā)生改變。

2.3.2 同步頂推保證措施

盡管在頂推時無法確保摩擦力保持一致，然而，可借助千斤頂同步確保位移一致，以降低不利于結(jié)構(gòu)偏移情況的出現(xiàn)概率。在頂升千斤活塞頂起超寬箱梁后，會實現(xiàn)梁頂推前移，該工藝過程需要壓力均衡控制、位移同步控制以及橫向調(diào)節(jié)控制[4]。主控臺一方面要控制橋墩頂推千斤頂動作保持統(tǒng)一，另一方面還要確保頂推千斤頂同步進行，具體控制方法為：相同橋墩水平頂推千斤頂主動點為1#頂，設(shè)定特定伸缸速度，其它水平定點當作隨動點，且和1#頂作對比，每臺頂和1#頂位移量差進行設(shè)定值的有效控制，如果哪臺頂伸缸速度比較快，那么需要降低其比例閥流量，如果速度比較慢，則需要增加其比例閥流量。如果是不同橋墩，同步控制器水平頂推千斤頂措施為：主動點設(shè)定為1#頂，其他項和1#頂相比較，如果哪臺頂伸缸的速度比較快，那么需要降低其比例閥流量，如果速度比較慢，則需要增加其比例閥流量，保證水平頂推同步性。頂推過程中，各墩同步精度應(yīng)控制在5mm內(nèi)，且同墩兩側(cè)應(yīng)該控制在1mm內(nèi)。

因為每臺頂推千斤頂都會設(shè)置用來進行荷載變化監(jiān)控的壓力變送器，借助主控臺面板與現(xiàn)場控制器，對每臺頂壓力最大值、相同橋墩若干頂壓力差進行設(shè)定，計算機對每臺頂載荷變化進行監(jiān)控，精準協(xié)調(diào)系統(tǒng)載荷分配。若某臺頂載荷壓力最大值在設(shè)定值以上，系統(tǒng)就會默認停機，同時發(fā)出報警信號。

2.3.3 豎向頂升控制

在豎向頂升千斤頂?shù)幕钊蛲馍斐龊髸斊鹣淞海骺嘏_在該過程中一方面需要控制集群頂升千斤頂動作，另一方面還要借助墊梁與箱梁中所安裝的位移傳感器，對頂升高度進行檢測，確保兩側(cè)的頂升千斤頂能夠保持同步狀態(tài)。具體控制策略是以一側(cè)作為基準，控制兩側(cè)的位移差在特定范圍，如果跟隨側(cè)頂升存在較大的高度，那么就需要減少這一側(cè)比例閥流量，如果頂升高度小，則需要增加流量，該過程需控制同步精度在4mm內(nèi)。

因為每個受力點都會安裝壓力傳感器，主要用于對各受力點荷載進行監(jiān)控，借助主控臺面板或現(xiàn)場控制器，對各受力點壓力最大值、橋墩受力點壓差最大值進行設(shè)定，通過計算機監(jiān)測受力點載荷變化，使系統(tǒng)載荷分配得到精準協(xié)調(diào)。若某受力點載荷上升至所設(shè)壓力最高值，橋墩受力點壓差最大值大于設(shè)定值，那么系統(tǒng)就會自動停機，同時發(fā)出報警信號[5]。

2.3.4 平衡度控制

因各橋墩墊梁都安裝有傾角傳感器，主要用來檢測X、Y軸方向箱梁傾斜角度，所以，通過設(shè)定各傾角傳感器最大傾斜角度，就能夠?qū)ο淞浩胶舛冗M行有效控制。如果某個傾角傳感器傾斜角度大于設(shè)定值，那么系統(tǒng)就會停機報警。

2.3.5 糾偏方案

頂推施工前，在鋼箱梁腹板內(nèi)側(cè)100mm提前畫出軌跡線，以此為千斤頂頂推中心軌跡線，與千斤頂中心比對進行初步判斷。在頂推過程中，完成單次頂推動作后，使用測量儀器進行軸線進行精測。當橫橋向偏位量超過30mm時，及時給主控室進行報點，采用千斤頂同步進行鋼梁調(diào)位作業(yè)。

鋼箱梁梁頂采用全站儀進行高程測量，在梁底腹板處貼反光片采用全站儀進行梁底高程測量，通過比對梁底、梁頂高程觀察鋼箱梁的變化。

2.3.6 防中線偏差措施

（1）確保同步頂推：每次頂推前，應(yīng)仔細檢查中央控制系統(tǒng)和各墩位處頂推設(shè)備的性能，頂推過程中通過頂推位移和頂推力進行雙控，以頂推位移為主，確保鋼梁左右側(cè)前行位移量協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

（2）監(jiān)測措施：在鋼梁前端和尾端頂面設(shè)中線偏移監(jiān)測點，頂推過程中連續(xù)觀測。鋼梁吊至拼裝平臺后，在鋼梁底面離滑道中心線1m（外側(cè)）處用紅油漆筆作里程標線，標線間距1m，同時在滑道外側(cè)用油漆筆畫出刻度，精確到厘米，這樣頂推過程 中位于各滑道旁的操作人員能直觀的觀察兩側(cè)進尺是否同步。

2.3.7 累計誤差的控制

箱梁平移時，主控制臺對各受力點水平頂推位移進行計算，通過位移量最大值與位移量最小值的差，計算出累計誤差，如果累計誤差大于設(shè)定值，就要暫停自動模式，切換為手動模式，同時單獨調(diào)節(jié)油缸動作，使誤差得到糾正[6]。

2.3.8 頂推到位控制

為防止頂推到位時，出現(xiàn)頂推過頭現(xiàn)象，須采取如下措施：（1）在頂推端頭設(shè)置限位支架，作為頂推到位的依據(jù)和限位措施。（2）在頂推到位前1m處，停止連續(xù)頂推作業(yè)，使用點動操作，每次向前頂推20cm，并進行觀測。（3）控制頂推到位時機，防止溫差導致梁段移位。

2.3.9 頂推施工質(zhì)量檢驗標準

鋼箱梁頂推施工允許偏差如下表：

表1 鋼箱梁頂推施工允許偏差值

3 結(jié)語

綜上所述，超寬橋梁是國內(nèi)城市交通系統(tǒng)的一個關(guān)鍵組成部分，該類橋梁在社會經(jīng)濟發(fā)展進程中發(fā)揮著重要角色，超寬橋梁施工技術(shù)是施工人員的重要工作內(nèi)容，頂推施工是極為經(jīng)典的一項橋梁施工技術(shù)，在市政橋梁施工中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本文以起元大橋項目超寬鋼箱梁頂推施工為對象，與實際相結(jié)合，展開施工模擬，結(jié)果顯示，該頂推施工技術(shù)具有安全可靠性，且切實可行，對現(xiàn)場施工具有參考價值。