李吉勇

上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司 上海 200433

自1959年頂推法施工成功地應(yīng)用于奧地利Ager預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋后，因頂推法施工具有安全、優(yōu)質(zhì)、快速、經(jīng)濟、不需支架和占用場地少等優(yōu)點，在國外的中等跨徑橋梁中被廣泛采用。

我國最早采用頂推法的是1974年狄家河4×40 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁單線鐵路橋。隨著交通工程建設(shè)和市政工程建設(shè)的發(fā)展，橋梁跨徑不斷增大，向著更長、更寬和更柔的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的混凝土箱梁橋已經(jīng)越來越難以滿足實用要求，鋼箱梁在大型橋梁中的應(yīng)用日趨普遍。鋼箱梁由于采用高強材料，構(gòu)件質(zhì)量輕、強度高、運輸安裝簡捷，是大跨橋梁的理想橋型。鋼箱梁用于橋梁的結(jié)構(gòu)形式其主要優(yōu)點有橋式整體性好，外形美觀大方，行車和行走平穩(wěn)，沖擊性小，結(jié)構(gòu)輕巧，跨越能力大，施工便捷，工程造價適中。

目前在頂推施工方法以及相關(guān)問題的研究中，對混凝土箱形梁頂推方面做了大量的工作，且取得了相當多的成果；對鋼箱梁的頂推和分析也介紹了一些，但由于鋼箱梁自身的特性（接口連接復(fù)雜、無預(yù)應(yīng)力、局部問題復(fù)雜），從而使得對鋼箱梁頂推的研究還需進一步探討。

1 工程概況

溫州七都北汊橋工程主橋為（58＋102＋360＋102＋58） m的5跨半漂浮體系的雙塔中央索面鋼混疊合梁斜拉橋，如圖1所示。該橋橋面寬37.6 m，屬于特大型橋梁。

圖1 溫州七都北汊橋工程主橋總體布置

引橋七都側(cè)跨徑布置為2×52 m＝104 m（23#～25#墩），如圖2所示。道路平曲線均為直線，最大縱坡3.48%，雙向六車道，單幅橋梁全寬15.95 m（2.7 m人行道＋0.5 m防撞欄＋12.25 m車行道＋0.5 m防撞欄），中央分隔帶寬5.56 m，引橋不通航。七都側(cè)鋼箱梁劃分為11個節(jié)段，永嘉為32個節(jié)段，鋼箱梁標準長9 m。節(jié)段最大質(zhì)量 為85 t。

七都側(cè)引橋24#～25#墩由于存在防洪堤及該處地貌高地不平，上部結(jié)構(gòu)施工時該跨場地條件受限。故該側(cè)引橋采用頂推導(dǎo)梁法進行施工，在22#—24#墩區(qū)域搭設(shè)臨時支架，分段安裝鋼箱梁結(jié)構(gòu)。

圖2 七都側(cè)引橋立面布置

2 導(dǎo)梁頂推方案比選及設(shè)計

2.1 導(dǎo)梁方案比選

目前，實際工程中采用的鋼導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)形式主要有以下3種：由桿件拼成的桁架導(dǎo)梁、由翼板和腹板組裝成的箱形導(dǎo)梁、變截面工字形鋼導(dǎo)梁。

其中，桁架導(dǎo)梁自重較輕，鋼材用量少，拆除后可重復(fù)利用，利用率高，經(jīng)濟性較好。箱形導(dǎo)梁梁截面的抗彎和抗扭剛度均較大，整體性好，但鋼材用量多，故梁體自重較大，運輸、保存較困難。變截面工字形鋼導(dǎo)梁制作簡單、操作方便，剛度大，可承受較大彎矩，但運輸、保存困難，拼裝及后期拆除時需用大噸位吊車配合，頂推施工完成后導(dǎo)梁無其他用途。結(jié)合本橋梁工程施工期間各類型鋼等臨時構(gòu)件較多，后續(xù)施工過程中各類桿件的重復(fù)利用率高，從現(xiàn)場安裝便利性及經(jīng)濟性綜合考慮，本工程導(dǎo)梁采用三角變截面的桁架導(dǎo)梁形式。

2.2 三角桁架導(dǎo)梁尺寸控制要點

結(jié)合相關(guān)類似工程實踐，導(dǎo)梁的設(shè)計關(guān)鍵尺寸控制主要包括導(dǎo)梁與頂推跨徑比l0/L[1]、導(dǎo)梁與鋼箱主梁的剛度比（E0I0）/（EI）、最大頂推導(dǎo)梁懸臂狀態(tài)下的抗傾覆性、懸臂段最大位移控制及導(dǎo)梁與主梁的連接接頭處理。

本工程頂推跨徑為52 m，導(dǎo)梁度控制36 m，導(dǎo)梁與頂推跨徑比l0/L＝0.69[1]。為確保導(dǎo)梁最大懸臂狀態(tài)抗傾覆性，采用變截面的三角桁架控制導(dǎo)梁的抗傾覆性安全系數(shù)K＝2.3＞1.3。導(dǎo)梁與鋼箱主梁的剛度比結(jié)合相關(guān)工程案例一般控制為1/15～1/10，而變截面三角桁架導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)因其高度不斷在變化，截面剛度也在變化，為此采用懸臂最大撓度控制法，在最大相等跨度懸臂狀態(tài)下，設(shè)置三角桁架導(dǎo)梁的最大撓度與不設(shè)導(dǎo)梁下主梁的最大撓度比為1/9進行 控制。

2.3 三角桁架導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)尺寸確定

結(jié)合上述導(dǎo)梁設(shè)計控制要點及原則，本工程導(dǎo)梁采用變截面的三角桁架導(dǎo)梁。鋼導(dǎo)梁材質(zhì)采用Q235，導(dǎo)梁下弦桿主梁采用H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型鋼，上弦桿主梁采用H588 mm×300 mm×12 mm×20 mm型鋼，后端焊接到橫隔板上，長度36 m。豎向支撐桿為H588 mm×300 mm×12 mm×20 mm，為保證橫向連接穩(wěn)定，每隔4 m設(shè)置橫向連桿，連桿為22a#工字鋼及雙拼22a#槽鋼。因主梁設(shè)有2%橫坡，為方便導(dǎo)梁與主梁連接，將導(dǎo)梁末節(jié)段上翼緣板也設(shè)置2%橫坡。導(dǎo)梁主要結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

圖3 導(dǎo)梁前立面

圖4 導(dǎo)梁底平面

主梁與導(dǎo)梁的端口連接處是導(dǎo)梁最大負彎矩處，為保證端口的強度，導(dǎo)梁與主梁橫隔板縱向加勁肋采用全斷面實腹鋼板連接，并增設(shè)橫向加筋板，側(cè)向鋼板和主梁腹板封閉以確保穩(wěn)定。由于端口連接復(fù)雜，加工前采用BIM進行三維實體1∶1建模，進行各細部尺寸的放樣。連接構(gòu)造具體如圖5所示。

圖5 導(dǎo)梁連接端口三維

3 三角桁架導(dǎo)梁頂推施工關(guān)鍵控制技術(shù)

3.1 臨時支架設(shè)置

導(dǎo)梁臨時支架設(shè)置在22#～24#墩之間，鋼箱梁拼裝過程中用鋼支架作為豎向支撐。臨時支架主要由φ700 mm@10 mm的鋼管、三拼45a#工字鋼橫向分配梁、雙拼HN700 mm×300 mm設(shè)備平臺、雙拼HM600 mm× 300 mm拼裝縱梁組成。由于本導(dǎo)梁施工過程中支架需承受頂推過程中的推力，故臨時支架上下設(shè)置2道橫向連桿，橫向連桿采用雙拼16#槽鋼。

3.2 頂推支座設(shè)置

導(dǎo)梁頂推共設(shè)置4個頂推點[2]，其中3個頂推點設(shè)置在永久墩23#墩、24#墩、25#墩墩頂，另外1個頂推點設(shè)置在23#～24#墩之間的臨時鋼管支墩上，具體布置如圖6所示。頂推支座采用步履式千斤頂。

圖6 頂推支座布置示意

3.3 頂推施工主要流程

頂推主要施工流程為：支架搭設(shè)完成→鋼箱梁運輸就位→依次吊裝鋼箱梁（22#—24#）→焊接導(dǎo)梁→頂推約17 m→25#接收墩接收→二次吊裝→焊接→二次頂推到位（約52 m）→落梁→澆筑23#、25#墩頂混凝土塊→橋梁上部結(jié)構(gòu)施工。

3.4 導(dǎo)梁頂推施工控制要點

3.4.1 導(dǎo)梁頂推大坡度縱向標高控制

本工程引橋鋼箱梁有約3.48%的縱坡，大坡度的縱向頂推控制是施工控制的關(guān)鍵。在施工前，先對頂推施工的受力情況作理論分析，確保施工的可行性及安全性，同時，在箱梁后端設(shè)置縱向限位系統(tǒng)，每次頂推完畢后，除鎖定千斤頂以外，利用限位系統(tǒng)確保鋼箱梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

根據(jù)導(dǎo)梁設(shè)計計算，導(dǎo)梁處于最大懸臂狀態(tài)時，最大撓度為400 mm，因此導(dǎo)梁加工時，底部主梁設(shè)置400 mm的反向預(yù)拱度。迎墩時，先將迎墩千斤頂縮缸到底，根據(jù)迎墩高差設(shè)置對應(yīng)的墊梁，再利用迎墩千斤頂將鼻梁頂起，越過步履頂推滑箱后，將滑箱行程回位，卸掉迎墩千斤頂荷載，將力轉(zhuǎn)移到滑箱，迎墩完成以后，把墊塊恢復(fù)到頂推狀態(tài)，并投入該墩的步履頂推設(shè)備。

3.4.2 控制臨時墩等結(jié)構(gòu)水平載荷

在頂推施工過程中，整套設(shè)備順橋方向和橫橋方向的水平推力均來自液壓油缸推力，其反作用力與上下部的摩擦力大小相等，方向相反，正好抵消。在計算機的控制下，步履式頂推設(shè)備可以調(diào)節(jié)頂推加速度大小，從而使頂推過程極其平穩(wěn)，減少慣性載荷。施工間歇靜止過程中，鋼箱梁結(jié)構(gòu)長度長，易受溫度變化的影響，熱脹冷縮產(chǎn)生的伸縮量較大。在長時間靜止時，除最前端支點外，其他全部落在頂推設(shè)備上，利用步履式頂推設(shè)備的上下部滑移結(jié)構(gòu)，消除溫度引起的水平載荷。

3.4.3 步履頂推設(shè)備頂舉千斤頂?shù)耐叫?/p>

豎向頂舉頂活塞伸出時，頂推滑箱和梁被頂起，此過程主控臺除了控制集群頂舉千斤頂?shù)慕y(tǒng)一動作之外，還要通過安裝在滑道和墊梁之間的位移傳感器監(jiān)測頂升的高度，保證各頂舉頂?shù)耐健?/p>

頂舉采取位移控制為主、壓力控制為輔的同步控制。豎向頂舉頂將主梁頂離墊梁、回縮時將主梁下降回落到墊梁的過程保持同步。每套頂推裝置安裝4套位移傳感器，同一墩臺以一側(cè)為基準，位移傳感器安裝在滑道和墊梁之間以監(jiān)測頂升的高度，此過程同步精度控制在4 mm之內(nèi)。

施工過程中：每套頂推裝置（2臺豎向頂舉千斤頂）上安裝2個壓力變送器，計算機可監(jiān)測各受力點的荷載變化情況，準確地協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的載荷分配。每個受力點的最高壓力、同一橋墩上各受力點之間的最大壓差可通過現(xiàn)場控制器、主控臺設(shè)定。當荷載達到設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動停機，并報警示意。

3.4.4 步履頂推設(shè)備頂推過程中的糾偏

由于存在荷載分布不均和摩擦力大小不一的客觀情況，故當頂推過程中產(chǎn)生偏移現(xiàn)象時，可通過設(shè)置在滑箱側(cè)面的糾偏千斤頂實行糾偏。對于大跨度的箱梁來說，難免會出現(xiàn)懸臂端偏差不可控的情況，因此在實際施工過程中通常采用靜態(tài)糾偏的方式，在條件允許的情況下，采取主動限位的方式是最直接有效的方法。

3.4.5 落梁施工

落梁作為導(dǎo)梁頂推施工過程中的一個重要環(huán)節(jié)，頂推時梁體標高及線形盡量與成橋狀態(tài)接近，以減少起落梁高度，盡量使起落梁高度在一個千斤頂行程范圍內(nèi)，避免多次抄墊時因高差不一造成受力不均。

落梁千斤頂?shù)念~定能力控制不小于其設(shè)計承受荷載的1.5倍；并在梁體與橋墩間設(shè)置保險支墩。在千斤頂行程高度內(nèi)設(shè)置鋼墊塊。

梁體兩端落梁千斤頂采用單泵多頂方式并聯(lián)，并在每個千斤頂上設(shè)置截流閥，與油泵上的截流閥共同對落梁過程進行雙控。并聯(lián)千斤頂?shù)囊?guī)格、油管的長度及規(guī)格均應(yīng)相同，確保梁體一端千斤頂終端壓力和頂升力相同且同步運行。

4 三角桁架導(dǎo)梁頂推各工況安全分析驗算

鋼箱梁頂推過程中施工工況較多，頂推階段各截面及支點受力也在不斷變化。為確保橋梁頂推施工過程中的安全，需對整個頂推過程各工況進行逐步計算。除考慮頂推過程中主梁內(nèi)力變化外，還需考慮各臨時墩支點反力變化[3]。

4.1 三角桁架導(dǎo)梁三維建模

采用Midas Civil軟件建立導(dǎo)梁施工各工況分析三維模型。為分析鋼箱梁局部節(jié)點應(yīng)力，鋼箱梁采用梁板單元建立。導(dǎo)梁屬于桁架體系，模型建立采用梁單元方式建模。三維分析模型如圖7所示。

4.2 三角桁架導(dǎo)梁頂推各工況的變形、應(yīng)力及支座反力分析

圖7 箱梁及導(dǎo)梁三維模型

對鋼箱梁導(dǎo)梁頂推關(guān)鍵工況下的導(dǎo)梁、鋼箱梁及頂推支座受力進行分析，根據(jù)有限元計算結(jié)果可知，溫州七都大橋引橋鋼箱梁采用三角桁架式輕型導(dǎo)梁頂推施工，最不利工況為導(dǎo)梁接收前最大懸臂狀況，此時導(dǎo)梁撓度為413 mm，對應(yīng)工況導(dǎo)梁最大應(yīng)力為161.4 MPa，鋼箱梁最大應(yīng)力為115.2 MPa，各結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)良好。頂推過程中，各頂推支座豎向反力也不斷變化，支座最大反力為2 210 kN。

5 實施效果及實際變形對比分析

本工程采用三角桁架輕型導(dǎo)梁，施工過程嚴格按照既定導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸及施工工況，于2019年5月鋼箱梁頂推施工完成。在實際頂推施工過程中，當導(dǎo)梁達到最大懸臂狀態(tài)時導(dǎo)梁撓度最大，實測最大撓度為486 mm，與理論計算較為吻合?，F(xiàn)場施工效果如圖8所示。

6 結(jié)語

本文以溫州七都北汊橋引橋鋼箱梁導(dǎo)梁施工為背景工程，對多跨鋼箱梁三角變截面桁架輕型導(dǎo)梁頂推設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)進行研究，主要成果如下：

圖8 導(dǎo)梁頂推最大懸臂狀態(tài)工況

1）總結(jié)了三角桁架導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)控制要點，提出了三角桁架導(dǎo)梁懸跨比、變形比等參數(shù)設(shè)置建議。

2）形成了導(dǎo)梁頂推過程中各工況分析和節(jié)點分析的計算思路，確保了各工況頂推過程安全。

3）總結(jié)了多跨鋼箱梁三角變截面桁架輕型導(dǎo)梁的頂推施工、臨時支架設(shè)置、頂推支座布置等施工控制要點，為類似工況提供了借鑒。

[1] 李二偉,楊威.桃花峪黃河大橋鋼箱梁頂推施工鋼導(dǎo)梁設(shè)計[J].現(xiàn)代 交通技術(shù),2011(3):30-32.

[2] 申超.鋼筋混凝土箱梁頂推施工工藝控制[J].建材技術(shù)與應(yīng)用,2006 (6):31-33.

[3] 潘博.大跨度鋼箱梁頂推施工計算分析[J].價值工程,2015(10):149- 150.