简支双线钢桁梁桥顶推施工技术研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2023-04-08作者简介：李蓉（1973），女，工程师，从事公路桥梁建设管理工作。简支双线钢桁梁桥顶推施工技术研究李蓉（江西赣东路桥建设集团有限公司，江西 抚州 344000）摘要：为探索简支钢桁梁顶推施工过程控制要点，以某跨河简支双线钢桁梁桥为例，在分析工程实际及施工难题的基础上，提出顶推法桥梁架设施工方案，并对临时结构及设备、顶推施工等要点展开分析。结果表明，钢桁梁顶推架设施工有效解决了桥梁工程所面临的施工场地狭窄、净高净宽受限等难题；通过合理的施工组织设计，将施工过程对河道通航的不利影响降至最低，以期为类似桥梁架设施工进行参考。关键词：简支；钢桁梁；顶推施工；滑道中图分类号：U445.4文献标识码：A0 引言钢桥因具备较大的跨越能力，施工便捷快速，在桥梁工程中得到广泛应用。钢桁架桥和拱桁、索桁组合体系日益成为大中跨桥梁首选桥型。近年来，随着我国钢桥设计、架设技术及钢材生产的不断发展，以及正交异性桥面板、整体节点等技术的推广应用，钢桥建设也更加普遍。钢梁顶推法是在桥位后方顺着桥梁纵轴线方向顶推拼装钢梁并就位，对于桥下交通繁忙或桥高水深等钢梁架设较为适用。该技术从钢桥纵向拖拉技术演变而来，随后便在钢桁梁桥架设施工方面得到广泛应用。基于此，本文以某航道运输繁忙、施工场地受限的跨河桥梁为例，对岸上支架搭设，河道内临时支墩设置，支架上拼装，在钢桁梁前端安装导梁半悬臂拖拉顶推架设施工过程展开分析，以有效解决受通航净高净宽限制的简支双线钢桁梁桥架设施工难题。1 工程概况某跨河桥梁全桥孔跨按照224 m简支梁+364 m下承式简支钢桁梁+332 m 简支梁+148 m 槽型梁布置，包含T形桥台和实体桥墩，钻孔灌注桩基础。主桁长为85.5 m，为无竖杆三角桁形式，设计桁高为12.5 m，节间长为12 m，主桁中心距为10.6 m。构件采用栓焊结合的连接形式，统一使用10.9级高强螺栓。主桥跨越级航道通航河流，在净高、净宽的制约下，施工难度较大。2 施工方案考虑到桥梁施工场地狭窄，为减少对河道通航的不利影响，保证施工安全，决定采用顶推法架设桥梁。该桥梁所处位置高，必须利用已有桥墩及临时墩搭设钢桁梁拼装及顶推施工平台，顶推施工期间，平台还兼作下滑道纵梁。设计时必须充分考虑钢桁梁重量、结构，并将下滑道纵梁设计为连续且具备一定刚度的结构，为钢桁梁拼装及顶推施工提供保障。在地面预制拼装场将钢桁梁拼装为吊装单元，随后在施工平台展开拼装。由于桥区南侧为既有铁路线，无任何作业空间，只能借助1台260 t履带吊于桥区北侧展开现场拼装，拼装好的钢桁梁结构从北向南一次顶推就位。导梁为48 m长的直线桁架结构，变高设计，因大悬臂上墩期间前端发生较大下挠，为此，将千斤顶设置在导梁最前端，以顶推上墩。出于钢桁梁结构受力方面的考虑，上滑道采用间断设计，下滑道连续。上滑道设置在主桁梁与导梁下弦杆节点间，为便于下弦螺栓拼接及预拱度设置，必须整体垫高钢梁，并将上滑道底面控制在同一水平面1。上滑道长度根据受力情况确定，受力较小节点和受力较大节点上滑道长度分别为2.0 m和3.5 m。下滑道使用50根钢轨。拉锚器按照7.27 m的中心距对称布设于纵梁和端横梁接缝处，并以钢绞线为拉杆材料。3 临时结构及设备3.1 下滑道纵梁根据钢桁梁顶推施工中下滑道反力值确定下滑道纵梁形式，具体采用型钢和贝雷梁组件。在4044#墩间设置贝雷梁滑道纵梁，并在下弦杆处设置2组，每组横向为 8 片贝雷梁，梁上节点处铺设13 工字钢横梁，141总659期2023年第29期（10月 中）横梁两端通过U形螺栓与贝雷梁上弦杆栓接。横梁上同时铺设下滑轨道，并通过钢轨扣件与横梁连接。贝雷梁下设置八三墩横垫梁，横垫梁两端通过U形螺栓与贝雷梁下弦杆栓接，八三墩上贝雷梁均在横梁支撑处增设加强竖杆。3.2 下滑道支墩及基础根据钢桁梁顶推施工期间的滑道反力值，下滑道下部结构应采用排桩与制式钢管柱结合的形式。4044#墩间设置制式钢管柱结构的临时墩，柱顶同样设置八三墩垫梁。临时墩截面按照2.0 m2.0 m设置，钢管柱横纵桥向间距也均为2.0 m，并按设计要求布设横向连接系。因临时支墩高度大，故应沿高度向按6.0 m间隔设置水平连接系。为确保临时支墩具备足够的抗纵向水平力，其顶部贝雷架必须与桥墩连成整体。支墩间设置横向槽钢连接系，保证顶推期间左右侧临时支墩的横向稳定。3.3 顶推系统顶推力的计算公式2如下：H=KGf+GI（1）式（1）中：H为设计顶推力，单位t；K为安全系数，取1.4；G为顶推钢梁总重量，单位t，在主梁及导梁均拼装好后展开顶推，取 1 240.8 t；f为滑道摩擦因数，取0.15；I为顶推桁梁设计坡度，单位，取0。将相关参数值代入公式后得到设计顶推力为261 t，故应设置2台ZLD150型连续顶推千斤顶。千斤顶提前安装在40#桥墩墩顶钢托架上，钢托架锚固于桥墩顶埋件处。提前将顶推用滑动支承装置（下滑道）设置在桥墩、临时墩、贝雷梁上，顶推滑道中心间距按照10.6 m确定。每侧下滑道均包括2根钢轨，为与下弦杆翼缘尺寸相配套，钢轨中心距应确定为750 mm；在下弦杆节点处并排布设2根3.5 m杆件反扣槽钢作为上滑道。为降低滑道运行摩擦力，上下滑道均应涂抹黄油。设置于梁底端横梁拼接板处的拉锚器为组焊件，通过高强螺栓牢固安装在前次端及后端横梁上。拉锚器与拉杆强度均应满足要求，拉锚器夹片式锚具主要用于钢绞线束固定，钢绞线抗拉强度为1 860 MPa，根数主要依据顶推力确定，以保证其弹性伸长值不超出 5 cm3。钢绞线一端连接千斤顶，另一端则与拉锚器固定。安装好拉锚器后必须预紧，确保顶推施工期间钢绞线均匀受力。4 顶推施工技术要点4.1 岸上支架拼装临时支架在岸坡空地搭设，支架长 132 m，宽 15m，支架两侧设置10 m宽的作业通道，地面平整硬化处理，为现场吊装及运输提供可靠基础。此外，存梁场和预拼场均设置在拼梁现场空地，在相邻桥墩间修筑组拼场临时支墩，其上搭设滑道、操作平台及斜梯。拼装支架平面采用直线形布置，通过调整节点上滑道高度以调节钢梁预拱度。上滑道与下弦杆接触面的宽度应超出下弦宽度，且不受到上滑道变形的影响。下滑道按照最不利荷载展开计算。4.2 河道临时支墩拼装根据河道通航安排，必须在河道内布设 2 个临时墩。为控制顶推悬臂长度，临时墩间距应不超出51.20 m，与桥墩的距离均为 38.40 m，支墩纵向宽为16 m。设置好临时支墩后，必须对管桩展开静载试验，以检测桩基承载力，并相应调整桩长和桩体数量。4.3 杆件安装钢梁进场时应由预制场按 公路钢结构桥梁制造和安装施工规范（JTG/T 36512022）提供钢梁试装记录、杆件发送表及施工图、高强螺栓质量合格证、栓接面抗摩擦因数试验报告等材料。杆件拼装前，必须对连接部位尺寸进行复检，同时检查杆件在运输过程中是否存在油漆脱落、变形、局部损伤。按照钢结构工程施工质量验收标准（GB 502052020）进行钢梁安装。拼装架设钢梁前，必须复检桥墩及垫石顶高程、中线和跨距，并将可能偏差控制在允许范围内4。此后在桥墩上测放出桥梁端线和中线。该桥梁杆件最大重量为40 t，拟采用2台70 t履带吊按节间单元逐次向前拼装。主要流程如下：1）现场拼装钢箱梁，并按照各节间下弦杆、桥面系、腹杆、上弦杆及横联、上平联的次序，从一端向另一端安装；2）通过50 t龙门吊吊装杆件；3）杆件吊装的同时，应保证弦杆和横纵梁处于水平状态，竖杆则保持垂直，斜杆按 3040 的倾斜角斜立；4）地面拼装桁梁，所使用的冲钉螺栓量应不少于节点栓孔数的1/3，且冲钉螺栓应均匀布置，对于栓孔量较少的节点，螺栓和冲钉总数必须全部上足；5）钢箱梁拼装期间应随装随测水平度、中线、拱度等参数值，将偏差控制在允许范围内；6）每完成1个节间杆件的拼装，就需要进行1次测量和调整，待结果合格后再拼装下一节间。4.4 梁底滑道布设结合顶推钢梁布置情况及设计顶推力，应在42#桥墩上布置2台250 t顶推千斤顶，同时在临时支墩、桥墩下弦杆两侧布设横向限位装置，在梁底端桁梁接缝142交通世界TRANSPOWORLD处安装拉锚器。为避免顶推期间钢梁出现较大偏斜，必须在滑道外部设置导向装置，对钢梁横向位移起到限制作用。钢梁滑行过程中还应展开导向与纠偏，确保钢梁沿直线滑移。4.5 高强螺栓施拧通过扭矩法施拧高强螺栓连接副，具体分成初拧、复拧和终拧等阶段。初拧和复拧的扭矩值应按终拧扭矩值的1/2确定，复拧和终拧高强螺栓应通过白色和红色油漆与垫圈相应部位标记，避免出现漏拧情况。此外，高强螺栓连接副施拧操作应在螺母上完成，并按照从节点中央向杆件四周的次序展开。初拧、复拧和终拧阶段必须在同1 d内完成。在使用扭矩扳手前应标定，并将扭矩误差控制在设计扭矩值5%以内；每班施作前后均应校正扳手扭矩，如果其误差超出允许范围，必须通过扳手检查并处理高强螺栓连接副。待全部高强螺栓终拧完成后，展开普通螺栓冲钉倒换高强螺栓操作，避免结构尺寸受到影响。对于检查合格的高强螺栓连接副与栓接外露面，必须根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D642015）及时涂装。4.6 顶推施工顶推施工前必须按设计要求安装顶推设备及导向装置，同时安装拉锚器，预紧钢绞线，并将各根钢绞线松紧度控制一致。连接电动油泵线路、油管、油表并试运转，确保对讲机、信号旗、有线电话等完全通畅。施工前还必须与海事部门做好协调，避免影响正常通航。完成以上准备工作后，通过千斤顶由北向南顶推。顶推期间梁体应按直线行进，并安排专业技术人员实时观测梁体线形和位移，对于出现的偏位及时纠正。梁端上墩的过程中通过千斤顶顶住前导梁辅助上墩。由于存在钢梁自重挠度，故钢梁前端梁底标高必然低于滑道标高。等钢梁端头与前方桥墩下滑道接近时，暂停顶推行进。使用2台50 t千斤顶在梁端下方打顶，并在千斤顶上增设滑块，待起高至上滑道面高出下滑道面时，将千斤顶锁定。此后恢复顶推，确保梁端顺利滑移至滑道，停止前进后将千斤顶卸除。顶推过程继续进行至钢梁就位，结束后展开检验，全部合格后关闭电源及供油阀。4.7 落梁落梁前拆除滑道，借助千斤顶顶起钢梁，并使滑道和钢梁脱空，拆除滑道。在各桥墩处所预留的千斤顶位置和脚手架平台分别设置4台500 t千斤顶和2台高压泵站。仔细核对支座铭牌，保证支座型号、吨位、安装位置、前置量等均无误后，吊放至台顶；吊放过程中必须保证支座对准预留孔。落梁过程中，41#墩应与 42#墩交替下落，各桥墩每次下落量均应控制在 10 cm 左右，直至达到设计标高且支座完全受力后，检测并调整梁体线形，锚固支座。落梁施工期间，必须严格遵守千斤顶操作规程，实际起重重量不得超出设计起重能力；每次起高量必须控制在活塞高度的3/4以内；施工期间统一指挥、统一行动。梁体脱空距离不得超出1.5 cm，两个桥墩落梁不得同时进行；通过进油压力的控制使2台千斤顶同时均匀受力。5 结束语综上，该跨河双线钢桁梁桥桁架结构和正交异性钢桥面板受力均较为复杂，离散性桁架杆件和钢桥面板连接时还会引发应力集中，故连接部位安全性及耐久性是板桁结构施工控制的关键。在采用钢桁梁拖拉顶推施工技术后，桥墩间设置临时支墩，下滑道则跨坐于支承垫石上，借助桥墩结构组成了多点顶推反力支撑架，下滑道结构简化的同时，墩顶临时结构预埋件设置的工程量也得以节省，工期缩短。钢桁梁桥顶推施工过程对航道通行的不利影响也降至最低，桥梁工程的社会效益和经济效益顺利发挥。参考文献：1 黄群广，赵宏伟，赵华.钢桁梁步履式顶推施工控制技术研究J.中国设备工程，2023（1）：23-25.2 林伟.连续钢桁梁顶推受力及模拟分析J.工程建设与设计，2022（17）：125-128.3 李良军.多跨长联公轨合建钢桁梁桥顶推施工控制技术研究J.城市道桥与防洪，2022（7）：113-117，131，18.4 谈晓阳.钢桁梁水中支架上拼装后横向顶推就位方法探讨J.工程技术研究，2021，6（23）：27-29，67.143