大跨度钢桁梁浮托顶推法架设施工技术研究.pdf

总659期2023年第29期（10月 中）收稿日期：2023-04-20作者简介：李敬能（1996），男，从事公路桥梁建设管理工作。大跨度钢桁梁浮托顶推法架设施工技术研究李敬能（江西省公路工程有限责任公司，江西 南昌 330000）摘要：为明确浮托顶推法在跨河大跨度钢梁架设施工中应用的可行性及实际应用效果，以某新建跨江大桥为例，对其跨越主河道的1孔钢桁梁桥架设施工方案展开比较，确定出低位、旁侧非悬臂浮托顶推施工方案；对施工设备系统进行设计论述，进而从钢梁浮托准备、浮托、顶推前进及靠岸对位等方面对浮托顶推施工技术要点展开分析。结果表明，浮托顶推法是常规浮托法架梁技术的创新，以钢桁梁后端的顶推装置代替前方牵引设备，设备布置及操作过程大幅简化，钢梁架设速度也更加均匀、平稳、安全、高效。关键词：大跨度；钢桁梁；浮托顶推法；架设施工中图分类号：U445.4文献标识码：A0 引言目前，国内外跨河大跨度钢梁架设通常采用满堂膺架法和浮托法等工艺，对于水深满足浮托条件，且水上承托钢梁设备及浮托架梁技术水平均具备的情况，浮托法在设备配置、操作过程、材料用量、施工安全、河道污染、施工工效、封航时间、施工成本等方面均具有显著优势。顶推法架梁施工技术常用于混凝土梁的架设，工艺技术较为成熟，架设时可采用单点顶推和多点顶推操作，两种方法下均需使用固定的千斤顶反力座。顶推法在架设钢梁方面因移动式反力座不理想而受到较大限制。基于此，本文依托工程实际，对浮托法进行改进，将前部托拉改为后端顶推，提出浮托顶推法钢桁梁架设技术，并通过自锁爬行顶推设备展开顶推，使架梁过程更加安全快速，也为浮托顶推法在类似工程中的应用提供思路。1 工程概况某公路新建跨江大桥长961.16 m，其中跨越主河道的为1孔80 m钢桁梁桥，两端为跨径2532 m和224 m的预应力混凝土梁跨。桥址河滩地势平坦，主河道水深位于 2.06.5 m，水面宽 90 m，水流平均流速为0.5 m/s。航道规划等级为三级，钢桁梁架设施工期间必须保证航道正常通航，并将施工的不利影响降至最低。2 施工方案比选方案1采用墩上高位膺架拼装。在该方案下，钢桁梁一次拼装就位，横移及纵移等操作程序和设施全部省去，施工工序得以简化。但是主河道高空需要搭设大规模膺架，既会对河道正常通航造成不利影响，又不利于钢桁架水上高空拼装期间吊杆设备的控制。此外，高强螺栓等配件容易散落水中，无法回收。方案2采用台后组拼钢桁梁，高位悬臂拖拉。这种方案又可进一步分为钢桁梁组拼完成后高位半悬臂拖拉和全悬臂拖拉两种。半悬臂拖拉省去了两岸横移及顶升操作，施工难度降低，但需要在主河道内增设数个临时墩架，耗材耗时。全悬臂拖拉省去了主河道内临时墩架架设以及横移、纵移等操作，但因钢桁梁总长度所限，对导梁材质提出更高要求。方案 3 采用低位、旁侧非悬臂浮托顶推。该方案下，施工设施主要包括膺架系统、水上浮托支承系统、滑道系统、顶推纵移系统、定位控制系统。在膺架上组拼好钢桁梁后，借助顶推设施将钢梁纵向移动，确保其悬臂距离适量。浮船排水上升并托梁，直至顶推钢梁就位，浮船注水并转换支承后墩顶落梁，并完成支座安装。该方案下，主河道内临时墩架、全悬臂拖拉导梁均得到一定程度节省，施工快捷，但借助浮船承载钢桁梁架设过程对施工人员技术水平及操作经验要求较高，且存在较大的控制难度。从施工过程可操作性、施工难度、施工进度、安138交通世界TRANSPOWORLD全稳定性等方面展开论证与比较，最终选用方案3，即低位、旁侧非悬臂浮托顶推工艺。3 施工设备系统3.1 膺架及滑道系统以河岸桥墩为支点，架设64 m的军用钢便梁，以形成膺架；为减少便梁数量，通过军用钢墩加密支点。钢桁梁组拼在河岸膺架上进行，以保证组拼质量和安全。减小作业高度，为钢桁梁到位后起落梁提供便利，按照支承垫石标高和便梁标高之差控制临岸便梁支点桥墩高度，以保证便梁架设后高度同钢梁支承垫石一致。在桥墩之间搭设1对临时支墩，支墩基础软基通过直径 300 mm 的 PHC 管桩加固，并增设长 4.0 m、宽3.5 m、高1.0 m的钢筋混凝土承台。在桥墩和临时支墩间对应的钢梁下弦侧增设3片便梁，并在便梁上按500 cm间距铺设枕木，上铺2条P43钢轨，用作滑道。上滑道和下滑道分别采用4条钢轨，在相应的钢梁下弦处按550 mm间距各设置2条；在钢桁梁下弦杆节点处分别安装聚四氟乙烯盆式滑块，提升安全性。3.2 水上浮托支承系统以浮船为水上承载设施，并在其上搭设军用钢墩作为承梁托架，安全稳定，操作便捷，成本低。具体而言，该支承系统由15个M-60型浮箱组拼成浮箱组，单个浮箱长 6.0 m，宽 3.0 m，高 2.0 m，所组拼成的浮箱组长30.0 m，宽9.0 m，高2.0 m。在浮箱组平台上安装托架，并使用军用墩杆件拼装，并通过水泵向浮箱注水。3.2.1 压舱水量的确定该大跨度钢桁梁支撑重量为211.4 t，单个M-60型浮箱重90 t，4台电动锚机重6 t，军用钢墩承梁托架重30 t，20 cm深度备用压舱水重54 t，浮托过程中压舱水重量合计445.4 t。浮箱组拼时设置5 cm施工间隙的情况下，需增加压舱水13.5 t。3.2.2 浮箱吃水深度及干弦高度根据所确定的浮箱压舱水量，得到浮箱组装梁过程中的吃水深度为1.7 m，干弦高度0.3 m，浮箱组运梁时吃水深度为1.65 m，干弦高度0.35 m，均符合要求。3.2.3 浮箱组稳定验算根据工程所在地水文气象资料，按照5级风确定风力荷载等级，风压为 120 Pa，冲击系数按照 2.0取值，则风压为240 Pa。浮箱组装梁、运梁过程中重载重量、力矩、力臂等取值情况见表1。根据结果，重载情况下浮箱组重心高度为30149/4474=6.74（m）。采用相同处理方法，可以得到浮箱组重载情况下风载重心高度为13.75 m。表1 浮箱组重载重量、力矩、力臂取值情况统计结构/工况钢桁梁托架枕木电动锚机浮箱内抽不干水备用压舱水浮箱组自重合计重载重量/kN2 11430020605405409004 474力矩/（kNm）31 4211 35619030-1 028-920-90030 149力臂/m14.694.659.00.5-2.0-1.8-1.0浮箱组纵向惯性矩为20 250 m4，稳定状态下浮心半径为45.24 m，重心和浮心之间的距离为7.91 m；倾覆力矩为979 kNm，倾斜角为0.005 86 rad，倾覆力矩允许值为 1 950 kNm，稳定系数为倾覆力矩允许值和实际倾覆力矩值之比1，其数值为 2.0大于标准值 1.0，故浮箱组安全稳定性满足要求。3.3 顶推纵移系统通过2套ZPD自锁爬行顶推设备顶推实现钢桁梁纵移，该设备包括2台60 t液压千斤顶，4台30 t液压自锁器，油泵及液压控制柜。通过液压自锁器将下滑道夹紧，形成顶推反力台座，在千斤顶顶推力作用下，钢桁梁纵向移动。操作过程简单，机械化程度高，顶托过程平稳，位置准确，安全可靠。3.3.1 顶推力的确定钢桁梁顶推纵移过程分成两种：一是在膺架下滑道上将钢桁梁顶推纵移16 m，2对滑块分别位于钢梁后节点以及与前端节点相距16 m处；二是浮托钢桁梁前端时，仅在后端节点处设置滑块。第一种情况下钢桁梁顶推纵移时阻力较大，当聚四氟乙烯滑块和轨道间摩擦因数取0.1时，相应的顶力为370 kN；在千斤顶利用系数为0.7时，安全系数取2.27，顶推力符合设计。3.3.2 液压自锁器锁力确定液压自锁器的钳臂是主要承力杆件，其中下部与钳架铰接，钳臂上端分别连接千斤顶顶柱与缸体，下端则与钢轨咬合。油顶供油期间，会向钳臂顶端施加外推力，促使下端钳口夹住轨道，产生自锁摩擦力和顶推反力。以上过程中，在油缸利用系数取0.7，千斤顶中心到夹钳铰轴中心垂直距离取224 mm，夹钳铰轴中心到轨道侧面中心垂直距离取72 mm时，夹持力为653.3 kN。在钳口和轨道间摩擦因数取0.25时，双面自锁力为326.65 kN。该大跨度钢桁梁浮托顶推架设过程中所配置的4套自锁器安全系数为3.53，均满足设计。139总659期2023年第29期（10月 中）4 关键技术4.1 钢梁浮托准备钢桁梁浮托顶推架设过程中，浮箱组上托架为6个军用墩，相邻军用墩设置间距为10 m，军用墩上安装3组12.5 m长的工字钢束作为托梁，托梁上再布设2个枕木支墩，用作前支点，垫木标高根据实际水位进行调整。浮托开始前必须对钢丝绳和地垅展开拉力试验2，卷扬机使用前进行试车，并对浮箱组实施抽灌水试验3，全面检查并调试顶推设备，确保所使用机械工具及材料的性能。浮托施工前 3 d 关注当地气象预报，在此期间如预测有大雨或 5级以上大风，必须延期。提前联系地方水运及航道管理部门并沟通施工组织事宜，办理好钢桁梁浮托架梁施工期间封航手续。架梁施工当日应在航道管理部门的配合下封闭航道，同时在桥址上下游5001 000 m处设置封航标识，并安排专人监视，避免船舶误入。在相应节点处安装滑道，借助顶推设备使钢桁梁在膺架上顺着下滑道顶推纵移，就位后调整浮箱组，为钢桁梁浮托施工提供条件。4.2 钢梁浮托向浮箱组内加注压舱水，确保托架上支点顶面标高低于下弦杆底标高5 cm。此后，借助锚碇卷扬机将浮箱组牵引至钢桁梁下，并在相应节点处大致对位。通过压舱水的抽注，调整浮箱组托架上支点顶面标高和纵横向位置，保证托架上支点和钢桁梁下弦支点精准对位。随即排出压舱水并升高船舶，顶起钢桁梁前端。使用钢丝绳绑固托架与钢桁梁，并通过钢丝绳与手拉葫芦垂直拉紧钢桁梁和浮箱组，使其成为整体。通过浮箱压舱水的抽注，调整托架顶面高程和位置，将托架顶面四角高差控制在1.0 cm以内4。将前端上滑道拆除，并将浮箱组移至钢桁梁下部，抽排中部浮箱压舱水，待浮箱组上浮后托起钢梁，调整钢梁水平位置后与托架捆扎，并撤除相应节点处上滑道。4.3 顶推前进及靠岸对位撤除纵移滑道钢桁梁后方节点处止动装置后，锚碇卷扬机放松止动，钢丝绳随即放缓，通过前方锚碇卷扬机将钢丝绳收紧后，借助顶推器顶推前行。浮托顶推过程中，必须实时观测钢桁梁中心方向，一旦钢桁梁前端中线偏差超出20 cm，必须暂停浮托顶推，并通过浮箱组四角的电动锚机纠偏。同时，通过水平仪观测标高变化，因水位上涨、施工原因引起标高变化超出15 cm时，必须中止浮托顶推，采用排注压舱水的方式调整后再恢复顶推过程。待钢桁梁距离前方桥墩约3.0 m时，暂停浮托顶推，借助电动锚机调整浮箱组方向及前方墩顶临时支墩标高，全部符合要求后再恢复顶推。等钢桁梁前端抵达终点，再次检查、确认钢桁梁端线和纵轴线符合要求后，进行浮箱组定位。4.4 落梁就位钢桁梁浮托顶推就位后拆除滑道和支架，并检查平面及高程位置，此后在梁体各支点预留平台处分别设置2台同步千斤顶。全面检查支座铭牌、型号、吨位及安装方向，并安装支座。两墩间梁体交替下落，各墩处单次下落幅度均按10 cm控制，直至下落至设计标高，且支座完全受力。检测并调整梁体线形，其符合设计要求后锚固支座。5 结束语工程应用结果表明，采用浮箱组浮托顶推架设钢桁梁，既节省了常规施工技术下膺架搭设中的工程量，又使大跨度钢桁梁架设施工过程得以简化。只要河道水深条件满足浮托施工要求，水上承托钢桁梁设备及浮托架梁技术均具备，则浮托顶推施工所具有的设备简单、操作方便、安全可靠、不污染河水、工效高、封航时间短、综合成本低等优势便可较好体现。本桥梁工程钢桁梁架设所采用的浮托顶推法是对传统浮托法的改进与创新，即将前方拖拉操作改为后方顶推，设施设备更加简单，操作也更加方便，对于大跨度钢桁梁架设施工非常适用。参考文献：1 贺晓宇，陈勇，余财文.下承式钢桁梁浮箱浮托顶推施工受力分析J.公路，2023，68（4）：152-157.2 惠世春.钢桁梁浮托顶推快速施工工艺J.中国高新科技，2021（19）：42-43.3 温晓光.钢桁梁浮托顶推施工监控分析及技术研究J.新技术新工艺，2020（7）：55-59.4 陈欣韵.钢桁梁多点浮托顶推的施工控制技术研究J.建筑技术开发，2019，46（23）：47-48.140