多跨度鋼混組合梁上跨既有高速公路頂推施工工藝研究

刁志強(qiáng)DIAO Zhi-qiang

（中鐵十二局集團(tuán)有限公司，太原 030000）

0 引言

由于我國很多高速公路建設(shè)較早，已越來越無法滿足當(dāng)今交通出行的需求，因此很多高速公路也在陸續(xù)地進(jìn)行擴(kuò)改建。當(dāng)擴(kuò)改建項(xiàng)目中天橋或匝道上跨既有高速時(shí)一般多采用頂推施工法的鋼箱梁橋，該橋型優(yōu)點(diǎn)是施工速度快周期短，缺點(diǎn)是該橋型施工難度大，對頂推設(shè)備及施工工藝要求較高，同時(shí)對既有高速公路存在較大的安全隱患。在京哈高速公路改擴(kuò)建工程鋼混組合梁施工中，由于該鋼梁為頂推法施工的多跨度鋼混組合梁，施工難度大安全風(fēng)險(xiǎn)高，為此項(xiàng)目部對該鋼梁頂推施工中的臨時(shí)支墩等進(jìn)行計(jì)算分析確保其滿足施工要求，同時(shí)對鋼梁施工中的各項(xiàng)工序進(jìn)行嚴(yán)格把控，通過一系列措施，不但安全順利地完成了該多跨度鋼混組合梁的施工，保障了既有高速公路車輛通行安全。通過現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用，該多跨度鋼混組合梁上跨既有高速公路頂推施工所涉及的相關(guān)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中取得很好的效果。

1 工程概況

京哈高速公路綏中（冀遼界）至盤錦段改擴(kuò)建工程第4 合同段既有天橋與高速公路的交叉樁號為K384+032（高速公路），橋梁跨徑為18+25+25+18m，橋面凈寬4.5m。上部采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，下部橋墩采用薄壁墩、擴(kuò)大基礎(chǔ)，下部橋臺(tái)采用U 型臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ)。

沙后所公公分離天橋與京哈高速公路的交叉樁號為K0+236.1=K311+049.586（高速公路），交角為90 度。橋梁跨徑為30＋40+40+30m，橋面凈寬15m，設(shè)計(jì)角度90 度，橋梁全長147m。上部采用鋼混組合梁，下部為柱式墩，樁基礎(chǔ)，肋板臺(tái)，樁基礎(chǔ)。鋼混組合梁橋?qū)?6m，截面形式為分離三箱，分離箱中心線梁高2.0m，箱梁底板水平，橫坡通過橋面板形成。鋼梁上翼緣板寬700mm，厚度22mm，采取上緣（外緣）對齊的形式，腹板厚度14～22mm，底板厚度12～20mm，縱向加勁肋均采用板肋，加勁肋在支座橫隔板處斷開、并與橫隔板焊接，其余均連續(xù)。

2 鋼梁總體施工方案

本項(xiàng)目鋼混組合梁位于直線、緩和曲線和圓曲線區(qū)段，為適應(yīng)平曲線線形變化，減少頂推過程中平面偏位，采用單端頂推工藝，可保證頂推過程的安全。首先鋼梁拼裝場地平整壓實(shí)后，設(shè)置鋼梁拼裝胎架。鋼梁拼裝胎架由φ219×10mm 鋼管立柱、柱腳（10mm 鋼板）、樁帽（10mm 鋼板）、HW400×400 分配梁組成，柱腳固定在混凝土路面上，然后將鋼梁節(jié)段運(yùn)輸至現(xiàn)場后組拼成整聯(lián)鋼梁。頂推臨時(shí)墩鋼管立柱采用487*10，分配梁選用482*700 雙拼Ⅰ45b鋼圍檁，墊梁采用雙拼H700*300。

鋼梁拼裝完成后采用鋼混組合梁節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)多點(diǎn)步履式頂推工藝將鋼梁頂推到位，頂推過程中各千斤頂通過液壓泵站、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)同步、多點(diǎn)同步、單點(diǎn)單動(dòng)及點(diǎn)動(dòng)限位功能。該頂推技術(shù)最大速度可達(dá)5m/h，由于采用多支點(diǎn)頂推，具有頂推過程中臨時(shí)墩受水平力小的特點(diǎn)，理論為可以實(shí)現(xiàn)無水平力頂推，頂推過程平穩(wěn)、線形可調(diào)、設(shè)備可測、可控，并且開發(fā)有智能監(jiān)控、檢測系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)力、應(yīng)變和關(guān)鍵點(diǎn)的視頻畫面。頂推過程中，每臺(tái)泵站連接2 臺(tái)650t 千斤頂。設(shè)備與墊梁連接采用四周設(shè)限位板進(jìn)行固定。（圖1）

圖1 鋼梁安裝支架示意圖

3 頂推主要施工工藝

3.1 頂推施工工藝流程

鋼混組合梁頂推施工流程如圖2 所示。

圖2 鋼混組合梁頂推施工流程圖

圖3 頂推臨時(shí)墩示意圖

3.2 鋼梁制作及拼裝

鋼梁均采取廠內(nèi)分段制造，整體預(yù)拼，節(jié)段運(yùn)輸至現(xiàn)場吊裝的施工方法。鋼梁廠內(nèi)制作順橋向均分為13 段，橫橋向分3 段。鋼梁節(jié)段制作完成后運(yùn)輸至現(xiàn)場后組拼成整聯(lián)鋼梁，在既有高速公路的一側(cè)設(shè)置鋼梁拼裝場地，利用135t 履帶吊或130 噸汽車吊進(jìn)行鋼梁節(jié)段拼裝。梁段組裝按照底板→橫隔板→內(nèi)腹板→外腹板→頂板→橋面附屬件的組裝順序，以立體推進(jìn)方式逐段組裝與焊接。梁段間頂板板肋和內(nèi)縱腹板采用工藝拼接板定位。組裝時(shí)重點(diǎn)控制橋梁線形、箱梁幾何尺寸和尺寸精度、相鄰接口的匹配精度及橋頂板板肋重合率。拼接后檢查拼接尺寸、板縫寬度、板邊弧線、拱度、高度，同時(shí)還要進(jìn)行板的沖突檢查。

梁段對接焊縫，通過碼板定位焊接間距，焊接順序?yàn)椋合群镐摿憾蔚装宓膶雍缚p——腹板對接焊縫——翼緣板對接焊縫——底板嵌補(bǔ)段加勁肋焊縫——箱間橫向聯(lián)系結(jié)構(gòu)焊縫。所有工地焊接焊縫進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，不得有裂紋、未熔合、焊瘤、夾渣、未填滿弧坑和超出規(guī)范規(guī)定的缺陷。

3.3 頂推臨時(shí)墩拼裝

邊坡開挖至臨時(shí)墩、支撐架承臺(tái)基礎(chǔ)底面時(shí)，檢測基底的地基承載力?；A(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，澆筑墊層，汽車吊安裝鋼筋，支模澆筑臨時(shí)墩擴(kuò)大基礎(chǔ)。根據(jù)臨時(shí)墩、支撐架頂面標(biāo)高反算立柱高度。鋼立柱分節(jié)進(jìn)行制作、安裝，標(biāo)準(zhǔn)分節(jié)長度為3m，節(jié)段間采用法蘭或等強(qiáng)度焊接連接。在立柱頂部焊接樁帽，并依次分層安裝縱、橫向分配梁，各層梁系之間采用焊接固定。臨時(shí)墩、支撐架標(biāo)高根據(jù)豎曲線、縱坡、預(yù)拱度等進(jìn)行確定。

3.4 頂推作業(yè)施工

本項(xiàng)目鋼混組合梁采用單端頂推工藝，從沈陽側(cè)至北京側(cè)頂推。采用自適應(yīng)多點(diǎn)同步步履式頂推工藝，頂推過程中各千斤頂通過液壓泵站、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)同步、多點(diǎn)同步、單點(diǎn)單動(dòng)及點(diǎn)動(dòng)限位功能。在各臨時(shí)墩墩頂安裝頂推裝置。頂推裝置由步履式頂推千斤、液壓泵站、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成。

該設(shè)備利用“頂”“推”“降”“縮”的四個(gè)步驟交替進(jìn)行，先將鋼箱梁整體頂升托起；然后頂推平移油缸向前推送一個(gè)行程；之后將鋼箱梁整體下降置于豎向支承結(jié)構(gòu)上；頂推平移油缸再縮缸到底，完成一個(gè)行程的頂推；繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，通過往復(fù)頂推步驟，最終將鋼箱梁頂推到設(shè)計(jì)位置。頂推過程中以頂升力值為主控、標(biāo)高為輔，若某一個(gè)墩千斤頂顯示力值超過預(yù)警值，改變相鄰支點(diǎn)處支墊高度降低該墩的力值，保證頂推過程中整體應(yīng)力在控制范圍內(nèi)。

3.5 鋼梁落梁

鋼梁安裝就位后，需將頂推鋼梁落梁至永久墩頂，落梁采用步履式千斤頂直接落梁。利用既有的頂推設(shè)備，將梁頂起，頂起高度滿足支座安裝的要求，在支撐墩上安裝鋼板墊塊，將梁支撐在支撐墊塊上。然后安裝支座，用步履式千斤頂出頂，調(diào)整梁底標(biāo)高，拆除支撐墩上的支撐墊塊。澆筑支座下的支座砂漿找平層。最后將步履式千斤頂回頂，橋梁重量轉(zhuǎn)換到支座上，完成體系轉(zhuǎn)換。落梁完成后拆除頂推設(shè)備及臨時(shí)墩。

4 頂推臨時(shí)墩受力計(jì)算

4.1 荷載取值

①主梁及鋼導(dǎo)梁自重。

模型自動(dòng)計(jì)入。

②風(fēng)荷載。

風(fēng)載按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算，施工風(fēng)速取5 級風(fēng)，風(fēng)速為：10.7m/s，即：

4.2 臨時(shí)墩立柱受力計(jì)算

通過對臨時(shí)墩建立Midas 受力模型進(jìn)行計(jì)算，可得知最大反力3933.3kN，則每個(gè)支點(diǎn)反力3933.3/3=1461kN，考慮1.2 倍安全系數(shù)，以分配梁中心加載節(jié)點(diǎn)荷載1464×1.2=1753.2kN，鋼立柱?487×10，連接系采用一道?377×8，橫梁2I45b 組合截面，建立模型如圖4 所示。

圖4 臨時(shí)墩模型圖

從圖5 中可以看出，臨時(shí)墩立柱最大應(yīng)力是163MPa＜[σ]=215MPa，滿足要求。

圖5 臨時(shí)墩立柱組合應(yīng)力圖

4.3 臨時(shí)墩基礎(chǔ)受力檢算

根據(jù)前面的計(jì)算，臨時(shí)墩最大反力1753.2kN，考慮0.1的水平力V=175.3kN，支架高度約3.5m。

則基礎(chǔ)受的豎向荷載和彎矩分別為：

基礎(chǔ)平面尺寸為3.0m×4.5m，厚度1.0m，地基平均壓應(yīng)力為：

地基處理后，其承載力特征值不應(yīng)小于200kPa。

5 安全質(zhì)量保障措施

①鋼梁焊接采用多層多道焊，每道每層之間要求嚴(yán)格清渣，自檢前層前道焊縫無裂紋等缺陷后，方可進(jìn)行下道下層的焊接，直至焊接完成。②頂推過程中以頂升力值為主控、標(biāo)高為輔，若某一個(gè)墩千斤頂顯示力值超過預(yù)警值，改變相鄰支點(diǎn)處支墊高度降低該墩的力值，保證頂推過程中整體應(yīng)力在控制范圍內(nèi)。③頂推時(shí)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測措施，在頂推臨時(shí)支墩頂上放出軸線，頂推過程中采用吊垂線的方法測量進(jìn)尺同步性和軸線偏移值。當(dāng)發(fā)現(xiàn)中線偏位時(shí)，及時(shí)糾偏。④在落梁過程中要使梁的脫空距離保持在10mm 內(nèi)，嚴(yán)禁兩墩同時(shí)落梁。隨同千斤頂頂升、回縮和落梁墊塊的拆除隨時(shí)進(jìn)行測量，確保梁底高差控制在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。

6 結(jié)束語

通過對上跨高速公路鋼梁頂推施工中臨時(shí)支墩等進(jìn)行認(rèn)真計(jì)算分析確保其滿足施工要求，同時(shí)對鋼梁施工中的各項(xiàng)工序進(jìn)行嚴(yán)格把控等一系列措施，不但安全順利地完成了該多跨度鋼混組合梁的施工，保障了既有高速公路車輛通行安全，而且成形后的梁體質(zhì)量及線性也滿足相關(guān)要求。通過現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用，該多跨度鋼混組合梁上跨既有高速公路頂推施工所涉及的相關(guān)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中取得很好的效果，也為后續(xù)類似工程項(xiàng)目提供了借鑒和參考。