全焊钢管混凝土空间桁架多点自动连续顶推施工模板.doc

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柔性支承体系多点自动
连续顶推施工工艺

冯 智 , 韩 玉

( 广西公路桥梁工程总公司 南宁市 530012)

摘要: 万州大桥为钢管混凝土组合空间桁架变截面连续刚构桥, 主桁架采用顶推施工, 但该桥主墩为双肢薄壁高墩, 其抵抗水平推力能力有限, 使用传统顶推施工工艺, 风险大、 进度慢、 费用高。本文将要介绍的柔性支承体系多点自动连续顶推施工工艺较好地解决了这些问题。

关键词: 钢管桁架; 柔性支承体系; 多点自动连续顶推; 施工工艺

引言

万州大桥是国内第一座钢管混凝土组合空间桁架变截面连续刚构桥, 位于重庆市万州区, 桥跨布置为:4×25+75.4+3×120+75.4+3×25m, 全长709.80m。全桥宽21.5m, 双向四车道。钢管空间桁架顺桥向节点间距6m, 横桥向节点间距5m, 桁架全高6m米。主墩为双肢柔性薄壁墩, 宽11.5m, 厚1.0m, 双肢间距6.0m, 墩高44.9-67.9m。见图1。
万州大桥主桥长510.8m的钢管混凝土组合空间桁架, 其顶推施工是本桥建成的关键。我们创造的柔性支承体系多点自动连续顶推施工工艺。解决了大跨径钢管混凝土空间桁架的施工难题, 减小了施工难度, 同时也降低了施工费用, 确保了万州大桥的顺利建成。

图 1 万州大桥

1. 柔性支承体系多点自动连续顶推施工原理及其工艺

多点顶推遵循的原则是: 每个墩上水平千斤顶施力大小由桥墩所受摩阻力确定, 千斤顶施力与摩阻力要尽量达到平衡, 使桥墩所受水平力合力不超过容许值。其数学表示式为:

表示墩上的水平千斤顶所施的力。
表示摩擦系数。
表示上坡阻力系数。
表示由桁架自重及施工荷载引起的桥墩上的垂直荷载。
[] 表示该墩允许承受的水平力。
为达到这一目的, 对于万州大桥顶推施工, 我们提出: ”多点顶推、 实时调压、 差值限定、 集中控制”施工工艺。
”多点顶推”, 即施力点是分散的, 设立多个顶推点。不只在主墩上设立顶推点, 临时墩上也设置顶推点。
”实时调压”, 各墩上千斤顶所配液压站可根据需要随时调整压力, 保证千斤顶出力可按需随时调整。
”差值限定”, 上述公式应用于每个墩, 顶推力与摩阻力之间的差值不能超过, 保证墩的受力安全。
”集中控制”, 含义有二: 其一, 集中控制受力变化最大的两个墩( 导梁要上墩及导梁刚过墩) 的顶推力, 也就是在满足差值限定的前提下, 除顶推过程中支反力变化较快的两个墩外, 其余各墩按一定的摩擦系数和一定的支反力考虑施力大小, 也就是,调整好油泵使顶推力相对固定; 其二, 设控制台, 集中控制。

2.万州大桥顶推施工
结合万州大桥工程实际, 按工艺要求布设施工设备。
2.1总体布置
万州大桥钢管桁架总长510.54m, 分43个基本段组拼, 第一和最后一个基本段长度为9.27m, 其余均为12m。根据地形条件, 在磨刀梁引道上设置大样平台, 可同时进行桁架的下平联、 上平联、 基本段的制作。在0号台和2号墩间设置长60m的组拼平台。基本段在大样平台上制作完成后, 由龙门吊吊运到组拼平台组拼成一体, 然后顶推, 形成制作—组拼—顶推的流水作业线。顶推点设在1号墩, 2号墩, 4号墩、 支墩1、 5号墩、 支墩2、 6号墩、 支墩3、 7号墩、 支墩4、 8号墩、 支墩5, 每个顶推点上下游各设一台千斤顶, 最多时同时使用20台水平千斤顶。最大顶推跨度60m米。总体布置见图2。

图 2 顶推总体布置图
2.2顶推系统组成
( 1) 支承系统
万州大桥主桥最大跨径120m, 计算表明顶推施工必须设置临时墩, 临时墩同主墩一起组成顶推的支撑系统。临时墩的具体布置为: 3号墩、 4号墩旁设万能杆件临时墩, 主孔范围内设置５个临时支墩, 支墩1、 4、 5用万能杆件拼制, 支墩2、 3最高, 达到67.2m, 用φ450钢管及万能杆件制作。所有临时墩设计过程中, 我们都用计算机程序对其空间受力情况进行了详细的计算, 取得了相关的数据, 进而采取了相应的措施。而且施工过程中, 临时墩及主墩都设置浪风以确保安全。
( 2) 滑动系统
滑动系统由滑道和走板组成。滑道两端设辅助滑道并设变坡以利于走板上下。主滑道长为桁架节点长度6m的1.25倍, 辅助滑道长为走板长度的2.5倍。支墩1、 5的滑道受力相对较小, 采用钢箱梁; 支墩2、 3、 4的滑道要承受200t的移动荷载, 因此其滑道用”人”字形钢管桁架与钢箱梁组合而成。走板为钢锭, 经过机加工而成, 上端开1/5圆弧以支承钢管, 下端为平面钻孔镶多颗四氟乙烯蘑菇头。经过走板与滑道间的相对滑动, 带动桁架纵移。
( 3) 动力系统
动力系统主要包括以下设备:
①、 水平千斤顶
每个顶推点选用两台YDCLT200连续顶推千斤顶。水平千斤顶是由两个分别装有夹紧装置的穿心式千斤顶纵向串联而成, 能够交替出力, 周而复始的动作, 使被顶推的桁架一直匀速向前运动。这一性能保证了顶推的连续性与同步性, 决定了连续顶推施工的可行性。若摩阻系数以0.1考虑, 顶推桁架总重17260KN, 总牵引力需1730KN, 桁架最大悬臂时支点反力为3700KN, 单个受力最大墩为370KN。每台千斤顶顶推力200KN, 则整体顶推能力储备系数=20×200/1730=2.3>2.0,受力最大墩顶推能力储备系数=2×200/370=1.08>1, 因为摩擦系数取0.1已考虑了最不利情况, 因此其顶推能力是足够的。
②、 液压站
ZLDB连续顶推液压泵站具有随时调整分级压力的能力, 可根据顶推各阶段克服摩擦力所需施力大小调整油压。液压站设急停开关, 如与主控台同时使用, 则既可停止本泵站工作, 也可经过与主控台的联系停止全桥顶推工作。
③、 主控台
主控台与液压站配套使用, 经过集中控制各顶推点的液压站来实现整个顶推工作的集中控制。主控台有各点送来”准备完毕”的相应各点的指示灯。”顶进”按钮能控制20台千斤顶的工作, 使其自动连续顶推。且只要有一个顶推点发生故障, 工作人员按”急停”按钮, 主控台的电路装置就能自动使全桥停顶。
④、 拉锚器和拉索
拉锚器在工地用厚钢板做成。前端可穿过绑到桁架腹杆的钢丝绳, 后端联钢绞线, 轻巧易操作, 绑松都很方便。每台千斤顶的顶推张拉索使用1根270级Φ15.24mm高强低松驰钢绞线。锚固端用Ｐ型锚具, 张拉端千斤顶自锚。其最小受力安全系数为: 260.4/185=1.4。因为最大摩阻力只在最大跨径时出现, 时间比较短, 且摩擦系数也不会达到0.1, 故可认为钢绞线受力是安全的。
( 4) 辅助系统
①、 控向用的链滑车和导向器
安装于每个墩上两侧的控向器, 经过控制下弦管的位置用以大致控制桁架的轴线位置, 使桁架在运行中不至于偏离桥中线太大, 并控制桁架到达顶推前方墩时能进入正常运行区域。轴线偏离过大则采用链滑车纠偏使之归位。
②、 导梁
在桁架的前端装有6m长导梁, 它既减小了桁架悬臂长度又能经过导梁前端的千斤顶调节装置使桁架在顶推过程中顺利地顶上前方的桥墩。从而既减少了墩身所受水平力也加快了顶推的速度。
( 5) 监测系统
为保证顶推过程中各项监控指标的安全, 设立监测系统, 以提供统一指挥的决策参考。见下表。

表1 监测系统的组成
监测内容
目 的
手 段
控制值
( 不超过)
监测时机及位置
墩身水平
偏位
控制墩身安全
经纬仪
主墩: 5cm
临时墩: 10cm
集中控制受力变化最快的2-3个墩
桁架悬臂端
挠度
确保桁架安全、 测试桁架线弹性情况
水准仪
不超过理论值
在悬臂超过36m时,
开始监测
桁架钢管
内力
确保桁架安全
钢弦式
应变计
不超过理论值
在每次顶推开始与结束及悬臂超过36m时监测
各液压泵站
油压
评估顶推理论与实际情况差别, 计算摩擦系数
直接读
油表
计算值且不超
过25Mp
启动时记录启动油压
滑动时不定期记录
桁架轴线
偏移
保证桁架在滑道正中滑行, 保证最终位置正确
经纬仪
行进中: 25mm
就位时: 1mm
行进中超过15mm警告,
顶推差4m完成时不断报告

( 6) 控制系统( 指挥系统)
顶推施工要求各班组人员必须统一协调工作, 故要设立控制室统一指挥, 要求控制室必须设在视野开阔高处, 以利观察顶推进展情况, 必要时准备望远镜。控制室内安装主控台, 扩音器。总指挥经过扩音器及对讲机发出统一指令。各班组经过对讲机随时与控制室联系, 报告情况, 听取指令。务必做到信息通达, 信息共享。
2.3 桁架顶推施工的阶段划分
考虑到尽量减小桁架、 墩受力, 缩短桁架大悬臂时间, 将桁架顶推施工分为13个阶段, 也就是经过13次顶推即完成全桥顶推施工任务。见图3。

图3 桁架顶推施工阶段布置图

2.4 千斤顶施力及调整方案
2.4.1施力方案
每次顶推前用SAP91建立实际桁架的模型, 算出每顶推6米各顶推点支反力, 静摩擦系数按0.060考虑, 滑动摩擦系数按0.045考虑, 算出各顶推点的摩阻力, 也就是各千斤顶应施加的力, 按集中控制的原则将其归纳整理后, 就可确定每台千斤顶液压泵站的理论油压了。
2.4.2调整方案
如墩身水平偏位超限, 相应增加或减小液压站油压, 使偏位逐渐减小到正常值; 如轴线偏位超限, 在顶推过程中, 用链滑车配合纠偏.
2.5顶推施工工艺流程
根据顶推施工要求, 结合万州大桥, 制定顶推施工工艺流程图, 见图4。

图4 顶推工艺流程图
3.结语
万州大桥从1999年12月29日开始顶推至 6月9日完成。共顶推13次, 每次顶推都在1天内完成。经过这次顶推施工能够得出以下结论:
1) 多点自动连续顶推施工工艺消除了传统的间断式顶推施工工艺致使桥墩重复摆动的现象, 使施工的安全性、 可靠性得到提高。万州大桥顶推过程中主墩水平偏位不超过3cm, 小于设计要求的5厘米。
2) 大大加快了顶推速度。间断式顶推施工工艺, 在千斤顶活塞回程时, 顶推即停止了, 而自动连续顶推系统当一个活塞回程时, 另一个活塞正好前进, 这样顶推可连续进行, 其顶推速度明显提高。万州大桥顶推速度平均可达8m/h, 最高达到16m/h, 速度最快的一天顶推出60m。
3) 顶推由主控台集中控制, 放好滑块后即可自动连续进行, 简化了操作程序, 改进了劳动条件, 节约了费用。
4) 国内第一次柔性支承体系多点自动连续顶推施工工艺在万州大桥的成功运用, 可为以后类似的工程提供借鉴作用, 也将为大跨径钢管混凝土空间桁架组合梁式结构的推广应用做出重要贡献。