上跨石津干渠鋼桁梁施工技術研究

摘 要：頂推施工技術是橋梁建設中常見的施工技術之一，它可以有效地解決新建橋梁跨越既有溝渠、線路等復雜的施工環境問題。石家莊市復興大街市政化改造工程中涉及到一聯跨越石津干渠的鋼桁梁施工項目，具有一定的施工難度，以該項目為背景進行頂推施工關鍵技術研究。該文重點闡述鋼桁梁拼裝與頂推的施工流程，以及施工過程中的相關注意事項，重點對頂推過程中的導梁及成橋后的鋼桁梁進行施工過程仿真分析。分析結果表明，頂推過程中，鋼導梁的最大應力σ=144.7 MPa，最大變形u=206.7 mm；成橋后鋼桁梁的最大拉壓軸向應力均發生在主桁架上，大小分別為σ拉=187.6 MPa、σ壓=199.9 MPa，在恒載、活載作用下橋面系的位移分別為u恒=55.2 mm、u活=25.6 mm。以上均滿足相關規范要求，為類似施工項目提供參考和借鑒。

關鍵詞：橋梁；施工；模擬；頂推；鋼桁梁

中圖分類號：U445.4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）23-0101-04

Abstract： Jacking construction technology is one of the common construction technologies in bridge construction， which can effectively solve the complex construction environment problems of newly-built bridges crossing existing ditches and lines. The construction project of steel truss beam crossing Shijin Main Canal is involved in the urbanization transformation project of Fuxing Street in Shijiazhuang City， which has a certain degree of construction difficulty. This paper focuses on the construction process of steel truss beam assembly and pushing， as well as the relevant matters needing attention in the construction process， and focuses on the simulation analysis of the construction process of the guide beam in the pushing process and the steel truss beam after the completion of the bridge. The analysis results show that in the process of jacking， the maximum stress of steel guide beam is σ = 144.7 MPa and the maximum deformation is u=206.7 mm. After the completion of the bridge， the maximum axial stress of the steel truss girder occurs on the main truss， and the magnitude is σ tension=187.6 MPa and σ pressure=199.9 MPa respectively. Under the action of dead load and live load， the displacement of the bridge deck system is u constant=55.2 mm and u active=25.6 mm respectively. The above all meet the requirements of relevant codes and provide reference for similar construction projects.

Keywords： bridge; construction; simulation; push; steel truss beam

隨著時代的發展，鋼箱梁頂推施工技術一直在進行著技術迭代升級，眾多學者持續不斷地研究也為頂推施工技術源源不斷地提供理論技術與實踐經驗的支持。曹嵩嶺[1]對跨越既有箱梁的鋼箱梁頂推施工進行了研究，主要對鋼箱梁和鋼導梁在整個頂推過程中的力學行為進行了模擬，保證了其施工過程的安全性。葉洪波[2]以某一匝道橋為例，通過優化橋墩結構，選用適宜的頂推設備，解決了鋼梁橫坡、路線半徑、橋墩與路線前進方向交角等因素對施工過程中結構受力和變形的影響，保證了施工的順利進行。范曉震[3]對某跨河橋梁不帶加勁弦的頂推方案進行了研究。結果表明，對于跨河大橋大噸位鋼桁梁而言，步履機+滑塊的施工方案完全適用，再加上各類控制技術的應用，主墩及臨時墩支反力得到較好控制，結構受力安全有保證。吳磊等[4]以某山區曲線鋼箱連續梁橋工程為背景，介紹了曲線鋼箱連續梁頂推施工的關鍵施工工藝，并在此基礎上進行了有限元仿真模擬，分析主要結構在頂推施工全過程中的受力狀態，并得出頂推施工最大支反力。谷繼振等[5]研究了適用于小曲線半徑變截面鋼箱梁頂推關鍵技術，介紹了步履式差速頂推、多點相對坐標測量控制、調平結構、頂推支架等關鍵技術，解決了小曲線半徑頂推施工過程中的技術難題，保證了工程的順利實施。

在眾多學者研究的基礎上，以石家莊一聯跨越石津干渠鋼桁梁的施工項目為例，對項目頂推施工關鍵技術進行介紹，為類似工程提供參考和借鑒。

1 工程介紹

擬建橋梁為輔路跨越石津干渠而設，與石津干渠斜交角度約117.4°，橋梁采用1×75.4 m下承式斜交鋼桁梁，左、右分幅，每幅橋梁寬度18.45 m，凈寬16.85 m，主桁中心高度9 m，節間長度9.15 m。主桁上下弦桿及腹桿均采用箱型截面；上平聯采用K型撐，工字型截面；下橫梁除端橫梁采用箱型截面外其余采用工字型截面。下部結構采用柱式臺，基礎采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.8 m。橋面鋪裝采用10 cm瀝青混凝土+8 cmC50防水混凝土，左幅橋型布置圖與斷面圖如圖1所示。

2 關鍵施工技術

2.1 鋼桁梁的拼裝

在鋼桁梁頂推之前，先進行鋼桁梁的地面拼裝，具體拼裝過程如下。

1）在組拼場地用吊車1（50 t吊車）對第一段橋面系進行組拼，即東側3段下弦桿與西側2段下弦桿，及其5段下弦桿對應的橫梁和橋面板。

2）在組拼場地用吊車1（50 t吊車）對第二段橋面系進行組拼，即東側1段下弦桿與西側2段下弦桿，同時用吊車2（350 t吊車）在第一段橋面系上進行主桁梁組拼及吊裝，并安裝橫聯進行固定。

3）按2）所述流程循環3次對其余的橋面系及主桁梁、橫聯進行吊裝組拼直至整個鋼桁梁組拼完畢，如圖2所示。

在整個吊裝拼裝過程中，應用全站儀、水準儀等準確地測量梁體的標高及水平位置，確保梁段緩慢地落在橋墩或臨時支架上，并在整個起重吊裝施工過程中密切觀測吊車站位處（沉降量小于等于3 cm）及支架基礎處的沉降變形（沉降量小于等于1 cm）情況，確保安全施工。

2.2 鋼桁梁的頂推

在頂推施工前，對鋼導梁軌道基礎進行施工。本項目頂推采用拖曳式頂推施工方法，利用2臺200 t連續千斤頂頂推至設計位置。

具體頂推施工過程如下。

1）在小里程梁端3 m范圍內進行均勻壓重，壓重荷載為120 t。

2）首先進行試頂，頂出1 m位置后停止，待設備檢查無誤后繼續進行頂推，待鋼導梁到達1#橋臺處，采用千斤頂將鋼導梁端部頂起，順利就位到軌道上。

3）繼續頂推鋼桁梁，待鋼導梁可靠支撐在導軌上后，去掉配重。

4）繼續頂推鋼桁梁，直至到達設計位置。

5）拆除鋼導梁，頂推完成，如圖3所示。

鋼桁梁頂推完畢后，進行落梁施工，在0#和1#橋墩蓋梁內側支架處放置320 t千斤頂，千斤頂搭配20 cm厚鋼墊箱進行落梁。落梁采取兩側千斤頂與對側鋼墊箱交替循環工作的方法逐步落梁，用全站儀或吊線墜方式時刻關注鋼箱梁左右位置，若超過3 mm預警值及時進行糾偏。

2.3 施工仿真模擬

鋼桁梁計算采用Midas Civil程序按照桿系結構進行計算，計算參數如下。

2.3.1 材料

主桁采用Q390qD，導梁采用Q345D，彈性模量：2.06×105 MPa，剪切模量：0.79×105 MPa，線膨脹系數：1.2×10-5。

2.3.2 荷載

恒載：結構自重，鋼材容重取78.5 kN/m3；橋面鋪裝：10 cm厚瀝青混凝土鋪裝，容重24 kN/m3；8 cm厚C50混凝土，容重26 kN/m3；防撞護欄：機動車道護欄單側11.0 kN/m，人行欄桿6.0 kN/m，含兩側防落網。

汽車荷載：荷載等級為城-A級，機動車道側按照3個車道取值，人非道按1個車道取值。

2.3.3 仿真模擬結果

對于鋼導梁，分析其在整個頂推過程中的受力及變形。分析發現，鋼導梁的最大應力σ=144.7 MPa，最大變形u=206.7 mm，如圖4所示，在施工過程中應對發生最大應力的桿件進行應力監測，保證桿件應力不超限。

對于鋼桁梁，對其成橋后的應力進行分析，其主桁架、上平聯、橫梁所受的軸向拉壓應力見表1。由表1可知，最大拉壓應力發生在主桁架的上下弦桿上，大小為σ拉=187.6 MPa、σ壓=199.9 MPa，經校核滿足相關規范要求，施工中應做好上下弦桿的應力監測，防止其屈服破壞。主桁架的軸向應力云圖如圖5所示。

鋼桁梁橋面系在恒載和活載下的位移分別為u恒=55.2 mm、u活=25.6 mm，如圖6所示。

3 結論

石家莊市復興大段市政化改造工程跨越石津干渠段鋼桁梁順利地完成了施工，對該項目的施工關鍵技術研究得到以下3點結論。

1）鋼桁梁的拼裝精度控制是后續施工順利進行的保證。

2）頂推過程中，鋼導梁的最大應力σ=144.7 MPa，最大變形u=206.7 mm，符合相關規范要求。

3）鋼桁梁的最大拉壓軸向應力均發生在主桁架上，σ拉max=187.6 MPa、σ壓max=199.9 MPa，在恒載、活載作用下橋面系的位移分別為u恒=55.2 mm、u活=25.6 mm，結構應力和變形均符合相關規范要求。

參考文獻：

[1] 曹嵩嶺.跨越既有線路鋼箱梁頂推施工有限元仿真分析[J].科技創新與應用，2024，14（2）：75-78.

[2] 葉洪波.大跨徑鋼箱梁頂推施工關鍵技術研究[J].建筑技術開發，2023，50（12）：82-84.

[3] 范曉震.跨河大橋鋼桁梁步履式頂推施工控制探討[J].中國水運，2023（11）：146-148.

[4] 吳磊，楊建鋒.曲線鋼箱連續梁橋頂推施工技術[J].公路，2023，68（11）：153-158.

[5] 谷繼振，陳時波.小曲線半徑變截面鋼箱梁頂推關鍵技術[J].施工技術（中英文），2023，52（21）：99-103.

第一作者簡介：劉興（1985-），男，工程師。研究方向為公路橋梁。