張書(shū)含 果 冰

（1.黃茅?？绾Ｍǖ拦芾碇行?，廣東 廣州 519000；2.中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北 秦皇島 066205）

0 引言

目前鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用廣泛，在該背景下產(chǎn)生了許多橋梁施工方法[1]，由于鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工工作十分復(fù)雜，需要在保證承載力的基礎(chǔ)上提升橋梁施工準(zhǔn)確度，避免出現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問(wèn)題，導(dǎo)致其施工難度較大。為了提升施工效果，目前已經(jīng)有學(xué)者研究了橋梁施工技術(shù)，例如林明樞提出了一種全封閉防護(hù)掛籃施工技術(shù)[2]；劉俊峰提出了一種大跨度梁拱組合鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工技術(shù)[3]。但以上方法難以降低鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工誤差。頂推滑移法效果較好，方式簡(jiǎn)單，對(duì)起重設(shè)備、牽引設(shè)備要求不高，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，該方法將施工分為3個(gè)主要環(huán)節(jié)，即在現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地或工程段固定場(chǎng)地中對(duì)橋梁段進(jìn)行拼接施工、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)性結(jié)構(gòu)與永久性結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工和通過(guò)場(chǎng)地中的頂推滑移裝置對(duì)梁體進(jìn)行依次或逐段頂進(jìn)，保證了橋梁的施工效果。為了解決以上方法存在的問(wèn)題，該文將頂推滑移法應(yīng)用到該領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了一種基于頂推滑移法的鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工方法。

1 橋梁工程項(xiàng)目情況

該文基于某橋梁工程設(shè)計(jì)施工方案。已知其結(jié)構(gòu)為典型鋼結(jié)構(gòu)，整體鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量為1200t且橋梁道路設(shè)計(jì)為雙向六車道。在施工過(guò)程中將橋梁跨河部分的箱梁分為四等份，每段箱梁的長(zhǎng)度為28m，寬度為4.36m，質(zhì)量為120t。由于該橋梁工程單段箱梁質(zhì)量較大，分段長(zhǎng)度較長(zhǎng)且施工環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致施工難度較大。為了詳細(xì)了解該項(xiàng)目，橋梁工程項(xiàng)目概況見(jiàn)表1。

表1 橋梁工程項(xiàng)目概況

2 基于頂推滑移法的鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工方法設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)主體梁結(jié)構(gòu)頂推施工工藝與流程

頂推滑移法即需要按照條狀單元形狀分割梁結(jié)構(gòu)，再將分割后的梁結(jié)構(gòu)預(yù)先鋪設(shè)在滑移軌道上，由一端滑移到另一端，在就位后進(jìn)行總拼。為了確保鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程的施工效果，該文將頂推滑移法作為鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程的主要施工工藝，參照工程需求設(shè)計(jì)了如圖1所示的施工流程。

由圖1可知，當(dāng)拼裝鋼結(jié)構(gòu)桁架時(shí)須先修建臨時(shí)反力樁，鋪設(shè)鐵軌后再進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)中主梁的吊裝施工，當(dāng)施工時(shí)須安裝前導(dǎo)梁、臨時(shí)滑動(dòng)臺(tái)座、頂推牽引系統(tǒng)、縱向頂推千斤頂以及糾偏裝置。安裝完畢后拆除前導(dǎo)梁、后頂梁、滑動(dòng)臺(tái)座和糾偏裝置，最后進(jìn)行腹桿拼裝，完成工程項(xiàng)目施工流程的設(shè)計(jì)。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)主體梁結(jié)構(gòu)頂推施工工藝流程

2.2 布置施工現(xiàn)場(chǎng)液壓頂推滑移裝置

在設(shè)計(jì)完鋼結(jié)構(gòu)主體梁結(jié)構(gòu)頂推施工工藝與流程后，需要布置液壓頂推裝置。該裝置整體結(jié)構(gòu)屬于組合式，在該裝置設(shè)置上、下支撐板，前端用于驅(qū)動(dòng)與水平滑移，使抬升的結(jié)構(gòu)在操作面上呈現(xiàn)水平摩擦狀態(tài)，為裝置運(yùn)行提供驅(qū)動(dòng)作用力。將裝置的另一端與頂升裝置進(jìn)行銜接來(lái)承載自重。下支撐板需要起承重導(dǎo)向以及徑向限制構(gòu)件水平位移的作用，為了降低滑動(dòng)摩擦系數(shù)的影響和保證壓頂推滑移裝置的順利移動(dòng)，須矯正滑移面平面度變形，焊縫接口處應(yīng)打磨平整且在正式滑移前涂抹黃油潤(rùn)滑軌道和各個(gè)接觸面。該液壓頂推滑移裝置立面全貌如圖2所示。

圖2 施工現(xiàn)場(chǎng)液壓頂推滑移裝置立面示意圖

在實(shí)際操作過(guò)程中，該裝置主要由4個(gè)部分構(gòu)成，分別為“縮”“降”“推”“頂”。當(dāng)施工時(shí)，利用該裝置整體頂起主橋結(jié)構(gòu)，使用頂升與平移聯(lián)合操作相結(jié)合的方式向前推動(dòng)氣缸（圖3），使主橋整體結(jié)構(gòu)下降并置于橋梁支撐結(jié)構(gòu)上[4]。完成上述工作后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)裝置推動(dòng)油缸，推動(dòng)完成后回收相應(yīng)裝置。以上過(guò)程是頂進(jìn)施工的主體步驟，重復(fù)上述操作即可將橋梁主梁結(jié)構(gòu)頂推到預(yù)設(shè)位置。

圖3 推行程

2.3 頂推施工與落梁施工

為了保證橋梁工程的順利施工，需要解決頂推施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)與軌道之間摩擦過(guò)大的問(wèn)題來(lái)保證頂推施工的合理性?？梢栽陧斖栖壍琅c滑動(dòng)結(jié)構(gòu)之間多次涂抹潤(rùn)滑試劑來(lái)減少摩擦，再操作吊車將鋼梁水平放置于軌道結(jié)構(gòu)上，做好信息標(biāo)注，避免當(dāng)施工時(shí)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)偏移問(wèn)題。需要使用千斤頂作為輔助支撐工具，根據(jù)工程實(shí)際施工需求，這次選擇的千斤頂為10.0t結(jié)構(gòu)設(shè)備[5]。施工前在橋梁底部托梁邊緣位置安裝2塊擋板，將頂進(jìn)設(shè)備與梁體結(jié)構(gòu)放置于擋板結(jié)構(gòu)的中間位置，以平穩(wěn)的速度持續(xù)推進(jìn)，當(dāng)推進(jìn)時(shí)應(yīng)注意鋼梁兩端受力均勻。當(dāng)滑塊頂進(jìn)施工時(shí)容易出現(xiàn)滑動(dòng)摩擦，需要將滑動(dòng)摩擦力控制在0.05～0.10，即鋼梁兩側(cè)需要同時(shí)受到3.0t～6.0t的有效推力，確保當(dāng)結(jié)構(gòu)推進(jìn)施工時(shí)兩端受力均勻且能夠平穩(wěn)移動(dòng)。

吊車梁與柱子有一個(gè)連接點(diǎn)，這個(gè)連接點(diǎn)需要受力，為了滿足承受力需求通常將其做得足夠粗大，這個(gè)足夠粗大結(jié)實(shí)的接點(diǎn)托梁即牛腿梁。鋼結(jié)構(gòu)梁身質(zhì)量極大，為了具備足夠的承受力來(lái)順利安裝梁體結(jié)構(gòu)施工，需要安裝牛腿梁。在對(duì)接前，需要分析梁體支座的受力情況來(lái)得出牛腿梁應(yīng)承受力的區(qū)間。由于牛腿梁主要承受豎向支反力的作用，因此該文主要研究豎向支反力。一般情況下，當(dāng)超載時(shí)豎向支反力的影響較大，偏載作用下支座反力增幅更大。支反力的增加會(huì)使支座承受更多壓力，在上述分析的基礎(chǔ)上對(duì)橋梁支座在正常及超載情況下的承壓進(jìn)行計(jì)算，如公式（1）所示。

式中：Z為牛腿梁承壓面積，Y為橋梁壓力標(biāo)準(zhǔn)值；U為汽車荷載計(jì)入沖擊系數(shù)。

在工程施工中，通過(guò)施工監(jiān)測(cè)判定工程施工精度，采用便攜式支座綜合測(cè)量法抽取監(jiān)測(cè)值與理論值，其對(duì)比表見(jiàn)表2。

表2 監(jiān)測(cè)值與理論值的對(duì)比表

在這個(gè)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)牛腿梁面積和承受力。考慮到滑移軌道位于混凝土梁體面層，當(dāng)進(jìn)行滑塊推移時(shí)，梁體結(jié)構(gòu)的標(biāo)高會(huì)高于工程預(yù)設(shè)標(biāo)高且結(jié)構(gòu)中的牛腿寬度僅為300.0mm，預(yù)留位置不能滿足千斤頂?shù)姆胖眯枨骩6]。當(dāng)落梁施工時(shí)，需要根據(jù)梁體結(jié)構(gòu)的布置情況在兩端位置加裝一個(gè)“彎鉤”形狀的刀頭，將該刀頭作為假頭來(lái)為落梁提供必要的支撐作用力。

假頭作為推滑移裝置中最薄弱的承重部件，需要對(duì)其進(jìn)行撓度和抗彎強(qiáng)度的校驗(yàn)來(lái)確保正常使用。

撓度計(jì)算[7]如公式（2）所示。

式中：I為界面慣性矩（mm）；E為鋼材彈性模量（Pa）；l為鋼材長(zhǎng)度（mm）；q為鋼材的均勻荷載（N/mm，其均勻荷載計(jì)算公式為q=G/L，G為鋼材重力，L為鋼材長(zhǎng)度）。

由公式（2）計(jì)算出撓度，該數(shù)值必須小于機(jī)械手冊(cè)對(duì)應(yīng)鋼材的最大撓度。

抗彎強(qiáng)度核算[8]如公式（3）所示。

式中：σ為彎曲強(qiáng)度（MPa），Wmax為撓度強(qiáng)度的倒數(shù)，M為彎矩（N·m），P為鋼材重力（N）。

由式（3）計(jì)算出彎度強(qiáng)度，該數(shù)值必須小于機(jī)械手冊(cè)的對(duì)應(yīng)鋼材的最大撓度。

當(dāng)鋼梁下落時(shí)要保證頂升結(jié)構(gòu)及時(shí)下落，使梁體結(jié)構(gòu)成功對(duì)接牛腿梁，還應(yīng)精確計(jì)算鋼梁的尺寸與結(jié)構(gòu)受力。如果采用預(yù)制的方式設(shè)計(jì)制作假頭，需要在橋梁工程施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)焊接的方式連接各個(gè)結(jié)構(gòu)，使用滑移裝置將箱梁頂進(jìn)至指定位置，在假頭底部進(jìn)行結(jié)構(gòu)架設(shè)[9]。工字鋼結(jié)構(gòu)是一種截面形狀為工字型的型鋼結(jié)構(gòu)，具有抗彎能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，為了保證橋梁的使用壽命，該文在架設(shè)施工中使用工字鋼結(jié)構(gòu)支架，采用逐層搭接的方式對(duì)支架進(jìn)行搭設(shè)銜接。再使用10.0t千斤頂將結(jié)構(gòu)頂起，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)梁體中的加長(zhǎng)段進(jìn)行切除處理，再抽掉支架中的層級(jí)結(jié)構(gòu)，使鋼梁在主體結(jié)構(gòu)中下降一層。這時(shí)，假梁頭位于結(jié)構(gòu)支架外側(cè)，繼續(xù)抽取支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)的二次頂起處理。按照上述步驟不斷循環(huán)處理，直到結(jié)構(gòu)落降到指定位置后即可完成循環(huán)。然后需要拆除施工現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，測(cè)量與校正橋梁中所有的構(gòu)件，如果結(jié)構(gòu)拼接無(wú)縫或施工結(jié)構(gòu)尺寸與預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)尺寸有誤，需要繼續(xù)上述操作，如果尺寸無(wú)誤則完成橋梁施工，至此完成基于頂推滑移法的鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工方法的設(shè)計(jì)。

3 試驗(yàn)分析

在明確該橋梁工程項(xiàng)目的基本概況后，應(yīng)用該文上述研究方法對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行安裝試驗(yàn)。為了保證試驗(yàn)有效性，將文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[3]方法作為對(duì)比方法，劃定3處測(cè)試位置，不同測(cè)試位置均具有相同的結(jié)構(gòu)，對(duì)不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)號(hào)，一共5處，不同結(jié)構(gòu)的名稱見(jiàn)表3。當(dāng)測(cè)試時(shí)將各個(gè)施工位置處的結(jié)構(gòu)誤差和承載力大小作為評(píng)判指標(biāo)，要求在完成施工后各個(gè)施工位置的結(jié)構(gòu)誤差均在表2的允許范圍內(nèi)，結(jié)合具體施工條件，各個(gè)標(biāo)號(hào)處的承載力也需要在35.0×105kPa～50.0×105kPa的范圍內(nèi)，如果承載力更高須同樣符合施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

表3 鋼結(jié)構(gòu)橋梁各結(jié)構(gòu)允許誤差對(duì)應(yīng)表

利用亦力DS-32E水準(zhǔn)儀測(cè)量各個(gè)結(jié)構(gòu)間的施工誤差，將得出的數(shù)據(jù)繪制成表4。

由表4可以看出，按照三種方法完成施工后，鋼結(jié)構(gòu)橋梁各個(gè)結(jié)構(gòu)誤差均在允許范圍內(nèi)，可知三種方法的施工精度符合要求，但與另外兩種方法相比，該文方法的結(jié)構(gòu)誤差更低，最低僅為1.5mm，另外兩種方法的結(jié)構(gòu)誤差最低分別為2.1mm和1.8mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該文方法應(yīng)用后的結(jié)構(gòu)誤差，證明該文方法的結(jié)構(gòu)施工精度更高。分析應(yīng)用三種方法后各個(gè)箱梁分段的承載力可知承載力均符合標(biāo)準(zhǔn)范圍要求，但是該文方法在其中兩段的承載力優(yōu)于施工設(shè)計(jì)圖紙的標(biāo)準(zhǔn)，承載力最高可達(dá)到58.3×105kPa，而另外兩種方法的承載力最高僅為54.8×105kPa和53.4×105kPa。由此可知，無(wú)論在結(jié)構(gòu)誤差還是承載力方面，該文方法的應(yīng)用效果都不錯(cuò)，能夠提升應(yīng)用后的施工質(zhì)量。

表4 三種方法施工后鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工效果對(duì)比表

綜上所述，該文提出的方法在應(yīng)用后能夠得到更好的施工效果，可以保證施工質(zhì)量，保障施工安全。

4 結(jié)語(yǔ)

該文研究了一種基于頂推滑移法的鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工方法，從設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)主體梁結(jié)構(gòu)頂推施工工藝和流程、布置施工現(xiàn)場(chǎng)液壓頂推滑移裝置和頂推施工與落梁施工3個(gè)方面完成對(duì)工程施工方法的細(xì)化設(shè)計(jì)。通過(guò)試驗(yàn)證明了該文設(shè)計(jì)方法具有更高的結(jié)構(gòu)精度及承載力，希望能為同類型的鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工提供參考。