公路曲线形钢箱梁顶推施工技术研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言桥梁顶推施工技术凭借其稳定性、便捷性等优势特征，在公路曲线形钢箱桥梁建设中得到广泛应用。曲线桥顶推施工设计的作用可以分为永久作用和可变作用。其中，永久作用是指在设计基准期内量值不随时间变化或其变化值与平均值比较可以忽略不计。例如支架自重、混凝土重和土侧压力等；可变作用是指在设计基准期内量值随时间而变化，且变化值与平均值比较不可忽略，例如车辆荷载、施工人员和施工材料荷载、机具行走运输或堆放荷载、风荷载等1。基于以上背景，本文以某公路曲线形钢箱桥梁建设项目为例，设计一种公路曲线形钢箱桥梁顶推施工技术，希望能够为同类桥梁施工提供参考。1 项目概况312 国道无锡飞凤路至金城东路段改扩建工程312XW11标项目，其主线高架桥梁47.2+80+52.8（55）m连续钢箱梁，钢箱梁采用全焊单箱三室断面，顶板倾斜形成横坡，底板与顶板平行布置。标准梁高3.5 m，端部梁高2.5 m，单幅桥宽16.5 m。钢箱梁悬臂长度2.625 m，中箱宽度 5.0 m，边箱 3.125 m。边腹板采用斜腹板形式，腹板斜率41，中间腹板为直腹板。中支点处顶板厚18 mm，底板厚24 mm，腹板厚20 mm，跨中顶板厚18 mm，底板厚16 mm，腹板厚16 mm，钢箱梁左右幅总重各约1 868（1 917）t，桥梁平曲线为R=1050 m，竖曲线为 R=21000 m。桥梁跨环太湖高速，安装受限条件有以下几点：施工条件下不得阻断交通，高速保通；安装场地受限，仅能在环太湖高速外拼装，且桥梁为平曲线 R=1050m，所以采用步履顶推施工工艺。2 全桥构件力学参数计算曲线形钢箱梁、钢支架模板、支架自重荷载标准值的取值应按照设计图纸通过计算确定，还应参考钢结构设计标准（GB 500172017）、公路钢结构桥梁设计规范（JTG D642015）等标准采用。可变荷载标准值应采取以下标准：1）施工人员和施工材料、机具行走运输或堆放荷载标准值：计算模板及直接支撑模板的均布荷载可取2.5 kPa，并以集中荷载2.5 kN进行验算；计算直接支承小楞的梁或拱架时，均布荷载可取1.5 kPa；计算支架立柱及支撑拱架的其他结构构件时，均布荷载可取1.0kPa；有实际资料时按实际取值。2）风荷载：作用于支架上的水平风荷载标准值按照现行建筑结构荷载规范（GB 500092012）中关于垂直于建筑物表面上的风荷载标准值的相关规定计算，基本风压可采用50年重现期的标准。3）其他荷载：在施工中其他可变作用。例如流水压力、温度荷载、雪荷载等按照工程实际情况考虑是否需要计算。钢箱梁梁段标高偏差值的最大值为-0.23 mm，确认在标准范围10 mm之内；钢箱梁基于基准轴线的横向偏位量的最大值为0.13，设置在标准范围10 mm内；钢箱梁结构顶板、底板应变力的最大值分别为-20.31 MPa、21.62 MPa，均在安全范围50 MPa内，并且其应变力的变化一致处在较低范围，表明钢箱梁结构稳定2。将桥梁完工运营时受到的永久作用荷载作为施工参数依据，计算公路曲线形钢箱桥梁的多点顶推力的力学范围，表示为：F0r(r r)（1）式（1）中：F0为曲线形钢箱梁的集中顶推力；r为第r收稿日期：2022-11-25作者简介：彭平（1990），男，四川阆中人，工程师，研究方向为建筑经济管理。公路曲线形钢箱梁顶推施工技术研究彭平（江苏省交通工程集团有限公司，江苏 镇江 214111）摘要：为适应公路曲线形钢箱梁顶推施工建设需要，结合永久作用概念计算钢箱梁构件的力学参数，通过在主桥一侧支撑结构上将钢箱梁整体拼装完成后，再利用步履顶推设备将已安装好的钢箱梁整体顶推至设计位置，从而使钢导梁在顶推施工过程中起到承重和导向等作用。多点顶推施工技术可以避免配置大型顶推设备，能有效地控制顶推时梁体的偏移，顶推时对桥墩的水平推力可降至很低，且每组临时墩的支反力与预设值基本一致，符合工程要求。关键词：曲线形钢箱；顶推施工；技术要点中图分类号：U445文献标识码：A157总654期2023年第24期（8月 下）处节点对应滑道的支反力；r为第r处节点对应滑道与钢箱梁之间的摩擦系数；r为第r处节点对应桥梁纵坡的斜率。为降低顶推过程中装置对临时墩的反复冲击而影响桥梁结构的稳定性，需要计算临时墩可以受到的极限推力，表示为：F2=r(r+r)-F0（2）式（2）中：F2为钢箱梁临时墩允许承受的极限水平推力；r为第r处节点钢箱梁处临时墩的支点反力；r为第r处节点钢箱梁上坡的阻力系数。为得到钢箱梁临时墩的支点反力，需要对临时墩的应力进行计算。本文采用应变传感器测量顶推施工过程中各个构件的应力，计算表示为：F1=dg（3）式（3）中：F1为钢箱梁某处结构的应力；为钢箱梁某处结构的弹性模量；dg为传感器测量到的应变值，即传感器的振弦。忽略临时墩与桥梁之间相互作用的损耗量，从式（3）得到的应力即为钢箱梁临时墩受到的支点反力。3 顶推施工工序顶推施工是指沿桥轴线方向将逐段预制张拉的梁向前推出使之就位的桥梁施工方法。通过千斤顶施加水平推力，借助滑道或滑块将梁逐段或整段向前顶推，就位后落梁，再更换正式支座。曲线形钢箱梁桥在顶推施工开始前，应在平整后的施工拼装场地上用全站仪放出桥梁的主轴线，再放出各个独立墩基础和桥梁的控制线3。根据图纸提供的预拱度和满足成桥线形所设的安装预拱度，两个预拱度叠加后进行临时支墩标高的测量控制。3.1 临时支架布置临时支架结构形式的选择应根据水文、地质、地形、桥梁结构特点及跨径、桥下净空、地基承载力、道路交通条件、通车通航要求、工期要求、机械设备配置等因素进行合理选用。根据顶推设备的构造要求及顶推过程中最大支反力进行顶推支架设计，要求支架一柱肢、支架二柱肢、联系杆、设备下分配梁、柱顶分配梁、滑道梁的规格需满足构造要求及顶推过程中最大支反力验算。3.1.1 导梁安装导梁长度、构件规格都要适宜，要求钢箱梁的圆弧加工，导梁上、下翼缘分别与箱梁顶底板对接。安装时应在地面单肢预先拼装成整体再安装；为防止发生倾覆，要设置型钢斜撑及风缆固定。导梁与钢箱梁之间的连接根部采用焊接连接，焊缝为熔透焊缝，焊缝等级为二级。考虑导梁与钢箱梁之间连接的重要性，要严格保证该处焊接的质量并做好加强处理4。导梁连接段采用高强螺栓连接并做加强处理，具体安装流程如下：步骤 1：利用吊车在临时场地将单肢导梁拼装成整体，导梁中部采用法兰连接，翼缘采用焊接。步骤 2：利用吊车吊装两片导梁并做好临时固定措施，将导梁与桥体做焊接连接。步骤 3：利用吊车吊装钢管横撑连接系。步骤 4：依次完成所有连接系吊装。3.1.2 搭设临时工作平台如果采用分段顶推（即节段块体运至施工现场吊装安装），需要在支架顶部设置临时工作平台，临时平台分为支架临时施工平台和桥面临时施工平台。其中，支架临时施工平台搭设在环焊缝临时支架之间及支架顶部，通过槽钢上顺桥向铺设钢跳板并用铁丝绑扎固定，还需要在支架钢管间设置钢管护栏。3.1.3 顶推前准备1）预加载与升降试验。预加载时顶推支架的强度及变形控制非常重要，在正式顶推前需要进行顶推带载预压。按照计算得到的最大承受载荷 40%、60%、80%、100%进行逐级预顶升加载，每次加载到位后记录各点的变形值等参数并与允许值比较，确认结果在合格范围内方可继续进行后续作业。升降试验，在加载试验完成后，由计算机控制进行升降试验，观察顶升支撑油缸升降的同步情况，在顶推中每顶推一个行程，结构都要顶升与下降一次5。2）试顶推。为观察和考核整个顶推施工系统的工作状态，确定试顶推时间后，在试顶推前按照前述细节对顶推设备、顶推结构和各种应急措施等进行检查。3.1.4 箱梁顶推箱梁顶推需要确定总体顶推方向和顺序，其中包括拼装位置、左右幅施工顺序、顶推方向、顶推步序、每轮顶推时梁体前进位移及支承点的设置。3.1.5 导梁拆除、落架就位钢梁顶推作业完成后应及时拆除导梁，导梁拆除时先拆除中间连接系，拆除时利用吊车配合人工进行拆除，落梁支架对钢箱梁进行落梁，需要确保落架过程的平稳度。4 曲线形钢箱桥梁稳定性检测4.1 试验准备为检测基于永久作用下的公路曲线形钢箱桥梁顶推施工效果与质量，选取关键施工节点进行跟踪监测，设计桥梁稳定性检测试验，需要用到的仪器设备及其他相关参数设计如表1所示。158交通世界TRANSPOWORLD表1 桥梁稳定性检测试验相关参数设计表项目水准仪全站仪后视镜压力传感器应变传感器参数ADK1050ERTK-Topcin332nLandcruiser200ACU10P-MSensor-OPR4.2 检测结果与分析4.2.1 曲线形钢箱梁质量检测与分析应用水准仪测量钢箱梁各个梁段的标高，记录标高偏差的最大与平均误差值。应用全站仪对准钢箱梁的基准轴线，测量钢箱梁顶推施工过程及施工完成的钢箱横向偏位量，记录偏位量的最大平均误差值；应用数码应变计以及综合测读仪，对施工中的钢箱梁结构表面的应变力进行长期自动化监测，记录钢箱梁不同节点的平均应变力。检测结果汇总如表2所示。表2 钢箱梁质量检测结果记录表检测项目标高偏差值/mm横向偏位量/mm顶板应变力/MPa底板应变力/MPa最大值-0.230.13-20.3121.62平均值0.160.099.6714.55标准/安全范围10105050由表2可知，对全桥随机的5组钢箱梁结构，钢箱梁梁段标高偏差值的最大值为小于标准范围10 mm；钢箱梁基于基准轴线的横向偏位量的最大值小于标准范围10 mm，钢箱梁结构顶板、底板应变力的最大值均在安全范围50 MPa内，且应变力变化一直处在较低范围，表明钢箱梁受力均匀，结构稳定。4.2.2 顶推施工临时墩的检测与分析选取钢箱梁顶推施工过程中架设的临时墩作为第二组试验的检测对象，临时墩墩顶的反力是评估顶推施工异常与施工质量的重要指标。应用设置在临时墩墩顶的压力传感器监测施工过程及施工完成后临时墩的支反力数值，监测结果与实际设定值的对比如图1所示。由图1可知，对钢箱梁顶推施工临时墩，监测到临时墩支反力最大值为6 939 kN，且每组临时墩的支反力与预设值基本一致，由于顶推施工中初始设定的临时墩承载力为15 000 kN，即每一个临时墩墩顶的支反力要求低于7 500 kN，检测结果的最大支反力小于7 500kN，符合工程要求。5 结论通过研究表明，影响桥梁倾覆稳定性的主要因素包含支点脱空、支点纵横向间距以及轴线偏移等，施工中还应做好以下方面的技术措施。1）为保证步履式顶推过程中结构的倾覆稳定性，对于曲线钢箱梁桥应尽量避免选用150 m左右的曲率半径。2）在施工过程中应控制顶推跨径不超过60 m，且支点横向与纵向间距分别大于7B/12和L/3，而轴线偏移量不宜超过10 cm，并及时纠偏。3）边支点脱空的危险性要远大于中支点脱空，且外弧侧支点脱空的危险性要大于内弧侧支点脱空，因此在顶推施工过程中应严格控制各支点的顶推力，并使各支点均衡受力。4）应重点关注轴线偏移对较宽曲线梁桥及支点脱空对较窄曲线梁桥的横向倾覆稳定性影响。5）随着成桥跨数的增加，远外侧支座处荷载偏心距随之减小，梁体抗倾覆稳定系数增大，即总体上随着成桥跨数的增加，箱梁有更好的横向倾覆稳定性。6）曲线梁桥失稳的关键是支点脱空和轴线偏位，增加步履式顶推系统的感知能力并增强其智能性，实现支点反力和轴线偏差的自动调整，能有效提升步履式顶推的稳定性。参考文献：1 庞振宇.等跨度变截面钢箱梁桥顶推施工过程受力分析及关键技术研究J.交通世界，2022（30）：70-72.2 李军，陈海明，卢林华.公路桥梁工程建设中的钢箱梁曲线顶推施工技术分析J.交通世界，2021（27）：79-80.3 文琰，赵强.装配式组合连续桥梁的钢箱梁设计原理研究J.工程建设与设计，2022（9）：71-73.4 宋曰建.高墩长联钢-混结合梁顶推施工期抖振响应及控制J.中外公路，2022，42（5）：102-109.5 罗盛荣.步履式顶推施工关键技术及在连续钢箱梁桥项目中应用J.黑龙江交通科技，2022，45（11）：90-92.图1 钢箱梁顶推施工临时墩的支反力监测结果图159