跨高速公路小角度悬臂顶推大跨径钢箱梁关键施工技术.pdf

・桥涵工程・跨高速公路小角度悬臂顶推大跨径钢箱梁关键施工技术徐海兵（中铁二十局集团第六工程有限公司西安７１００３２）摘要结合博深高速公路排榜立交互通钢箱梁施工工程实例，叙述了跨既有高速公路小角度悬臂顶推大跨径钢箱梁施工的主要施工工艺及关键技术，重点介绍了钢箱梁顶推施工控制要点及胎架、临时墩等辅助施工措施，为今后类似工程施工提供一些借鉴。关键词悬臂顶推钢箱梁跨既有高速导梁顶推系统中图分类号Ｕ４４５．４６２文献标识码Ｂ——文章编号１００９４５３９（２０１４）增１００５４一０４１工程概况排榜立交互通是博深高速公路控制性工程，主线桥及Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ匝道与己建成的Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ匝道及机荷高速公路（双向６车道）实现立体全互通。其中主线桥、Ｅ、Ｈ匝道跨越机荷高速公路，以３３。角斜交，设连续钢箱梁，主线跨线桥结构形式左幅为３３．５ｍ＋２×５０ｍ＋３３．５ｍ，右幅为３５．１ｍ＋２×５０ｍ＋３５．１ｍ。受既有高速公路行车影响，该工程施工难度大，风险高。２梁体构造钢箱梁底宽１０．５８ｍ，上口宽１６．５８ｍ，悬臂长２．５ｍ，梁体净高２ｍ，等截面、单箱三室结构，边腹板为斜腹板，斜率为１：４。梁体顶面设２％横坡，单∥幅线密度８．５ｍ，主材为Ｑ３４５ｑｃ钢材。３本桥特点及施工难点（１）上跨机荷高速公路，净高５．５ｍ，受行车影响，施工风险较大。（２）钢箱梁与机荷高速公路斜交，跨线范围在机荷高速公路正投影长度１９５ｍ。车流量大，且受影响范围长，施工难度较大。（３）受斜交及地形影响，大里程边墩设计为双—收稿日期：２０１４０３一１８圆柱无盖梁墩，顶推施工时，钢箱梁滑道在此处无支撑，纠编系统无反力提供装置。（４）主线桥小里程处２４ｍ梁段，位于Ｒ＝１５００ｍ，厶＝２４０ｍ的缓和曲线尾端，钢箱梁设０．８４５％纵坡且位于竖曲线上，成桥线形要求高。４施工工艺及操作要点４．１钢箱梁顶推施工工艺（见图１）导粱支座及纠偏装置安装胎架搭设、导梁制作临时支墩施工安装滑道粱、滑板钢箱粱焊节段组焊钢箱梁焊缝检测顶推千斤顶安装启动主控泵站、顶推顶推前进顶推到位拆除导粱、落粱纠偏装置拆除拆除临时墩、胎架图１钢箱梁顶推施工工艺流程铁道建筑技术ＲＡｌＬｗＡＹｃＯＮＳＴＲＵＣＴｌＯＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ２０１４（增１）万方数据・桥涵工程・４．２板单元存放场地处理受地方道路、周边环境等限制，钢箱梁需在厂内集中加工成板单元后，运输至现场再行总拼。板单元存放场设置在后方主线桥路基上，共２处，面积均为８０ｍ×１４ｍ。存放场地全部采用砼硬化，并砌筑不小于４０ｃｍ高的台座，以方便存放板单元。两侧施工不小于６ｍ宽道路，作为运输通道或吊装位，采用Ｃ３０砼硬化２０ｃｍ厚。并做好临时排水设施。４．３胎架及滑道胎架主要用于组拼钢箱梁节段，并将节段总拼成型，同时为滑道梁提供支撑。４．３．１选定胎架长度考虑因素（１）组拼工位的需要。钢箱梁运输至现场时为板单元状态，其组拼焊接工作量较大，需要现场至少要提供５个工作位置；另打磨涂装至少需要４个工位。而钢箱梁纵向节段最长为９ｍ，最短为６ｍ，由此计算胎架最小长度应为７８ｍ（４×９ｍ＋６ｍ＋４×９ｍ＝７８ｍ）。（２）无应力区焊接的要求。由于钢箱梁顶离拼装胎架后，便形成悬臂或连续结构形式，桥台后胎架前端一个区段内钢箱梁会处于有应力状态，有应力状态最小长度应进行计算。取边跨钢箱梁只对拼装区产生影响作为最不利计算（见图２）：图２无应力区计算受力（单位：ｍｍ）图中如为拼装区需要的最短长度，＆＝０，胁＝０耻古［譬一黯涨】＝ｏ求得ｆ，＝１５２５０取ｆ２＝１６ｍ即钢箱梁的组拼焊必须在１６ｍ以外进行。（３）钢箱梁纵断面线形及预拱度调整需要。按设计要求，钢箱梁部分节段位于竖曲线上，铁道建筑技术ＲＡ『ＬＷＡｙＣ０～Ｓ丁尺ＵＣ丁『０～丁Ｅ－ｃＨ￣０正－０Ｇｙ同时，每个节段都需要按设计预拱度调整线形。因此，在组拼钢箱梁节段时，要考虑２个纵向线形的叠加。为有效控制纵断面线形，最有利的条件是每跨钢箱梁在组装时一次将预拱度及纵向线形调整到位后进行拼焊，焊接完成后，再全部落在滑道梁上进行顶推，且焊缝均能处于无应力状态。由于钢箱梁主跨长度为５０ｍ，则最短胎架长度为６６ｍ以上。综合考虑以上各方面因素及施工空间，拼装胎架选择８０ｍ长。４．３．２胎架的纵、横向线形及标高要求（１）胎架的平面线形为直线，沿桥梁轴线顺接。（２）胎架的纵向线形为有坡度直线，其纵向坡度以钢箱梁两端桥台处梁底中心设计标高连线坡度为准。（３）考虑到导梁位于最大悬臂时，处于既有机荷高速公路正上方，为使其不侵入行车道界限，以净高不小于５ｍ，确定胎架顶面标高。４．３．３胎架结构设计根据主线钢梁结构特点，采用横向４根／排，纵向每３ｍ一排，共２７排钢管立柱，通过纵横杆连接成整体，形成拼装胎架。横向结构形式见图３。鼍３１８６３９００３１８６俨图３胎架结构布置（单位：ｍｍ）滑道梁固定在拼装胎架上，共４道，为槽钢组焊而成的箱形结构，其顶面铺设不锈钢滑板及四氟乙烯滑板，梁底直接作用在滑板上。滑道上设用于固定千斤顶后端的销孑Ｌ。４．４导梁导梁结构采用工型梁桁架形式【１Ｊ，前端梁高ｌｍ，后端梁高２ｍ，节间间距１２ｍ，纵向布置２片平行桁，桁间距为３．９ｍ，与主桥钢箱梁中腹板一致（见图４）。导梁后端上下面板、腹板分别于钢箱梁的面板、底板及中腹板焊接连接，其横梁安装间距２０１４ｌ增１ｌＳＳ万方数据・桥涵工程・为６ｍ。主桁分块材质均采用Ｑ３４５Ｂ钢材，横梁均采用Ｑ２３５Ｂ钢材，材料技术条件符合《低合金高强度结构钢》（ＧＢ／Ｔ—１５９１２００８）要求，导梁与钢箱梁连接处，导梁面板、底板宽度加大，采用熔透焊对接。钢箱梁顶推最大悬臂时，导梁前端最大变形约５２ｍｍ，为消除导梁前端下挠，方便导梁上墩，导梁前端利用设于墩顶斜腿支架上的千斤顶施以顶力起顶。图４导梁４．５临时支墩施工受斜交地形及跨越既有高速影响，钢箱梁墩柱设计采用独柱及无盖梁双柱形式，钢箱梁顶推时竖向支撑偏少，纠编装置也无处安装，无法满足顶推要求，因此，在主跨２０＃墩柱旁（既有高速中央分隔带内）增设４个Ｉ临时支墩，其余墩柱旁增设钢性支架，作为钢箱梁的支撑、纠编及落梁临时墩，具体布置见图５。——∥心参姆玉寸￡粱Ｃ，、。』——１≮；临时Ｎ蕊Ｃ——，、＆｝＝９，Ｉ三三：！＾墨Ｑ：Ｑ＾三Ｑ！Ｑ＾三主：！Ｉ图５临时墩布置示意为满足箱梁顶推时抗倾覆要求，临时墩以刚性墩为主，以防止临时墩在箱梁顶推过程中产生较大的水平位移，２０＃墩处临时支墩主要受力杆件采用书９００ｍｍ，厚９０ｍｍ的钢管柱，基础利用主线桥墩承台，其竖向荷载由主线桩基承担，两侧路肩处临时支墩主要受力杆件为４根巾６１０ｍｍ，厚６０ｍｍ钢管框架，基础采用钢管桩加钢筋砼扩大基础。承台上预埋ｌ５００ｍｍ×１５００ｍｍ×２０ｍｍ钢板与钢管柱连接，２０＃墩处临时支墩焊接到位后，内部浇筑５６Ｃ３０砼以增加钢度，并与主线桥墩横向联接形成整体框架，其上依次安装钢板，工字钢、滑板。４．６安装顶推及纠偏千斤顶４．６．１顶推机具布置单幅钢箱梁顶推系统组成有：２台１５００ｍｍ行程顶力１５０ｔ水平液压千斤顶及其液压泵站控制单元１套。顶推装置一端安装在待滑移钢箱梁的外腹板处，另一端通过销轴固定在滑道梁上，通过更换滑道上销孔位置实现顶连续顶推前移（见图６）。顶推前，分别在１８＃、２２｝｝墩竖向布置２台１００ｔ千斤顶，用于顶、落梁；１９＃墩支座处竖向布置２台４００ｔ千斤顶，２ｌ＃墩支座处竖向布置４台２００ｔ千斤顶，用于顶、落梁；２０＃墩竖向布置２台４００ｔ千斤顶，用于顶、落梁；１８｛｝、１９＃、２０＃、２ｌ＃墩顶各布设２台１００ｔ手动千斤顶，用于纠偏。图６顶推千斤顶４．６．２纠偏及限位千斤顶安装（１）无盖梁双圆柱墩上，以钢结构横梁两侧焊接钢板为反力装置。（２）机荷高速公路主墩的临时支架上，反力装置安装在外侧临时支架上。（３）机荷高速公路两侧的临时支墩顶部，安装限位千斤顶，限制施工期间钢梁受行车振动影响产生的竖向振幅，避免可能产生的梁体共振。４．７纵向顶推作业钢箱梁两点同步连续水平顶推系统由液压泵站、连续千斤顶和计算机自动控制系统３部分组成，具有两侧同步、单侧单动、单点单动及点动限位功能口ｊ。顶推前，对整个顶推系统进行调试，主控台、液压站、千斤顶检测均处于正常工作状态后，开始梁体顶推。铁道建筑技术只Ａ『ＬＷＡｙＣＤ～Ｓ侑ＵＣ丁『Ｏ～丁ＥＣＨ～Ｏｆ＿０Ｇｙ２０７４ｆ增¨万方数据・桥涵工程・顶推前期，应进行摩擦系数的测算，用于调整整个顶推过程中的理论控制顶推力。顶推过程中进行跟踪、监测，保证两侧千斤顶并联顶推，顶推速度和顶推量保持同步，及时进行故障诊断与检测，发生较大偏差时停止顶推作业，以便进行故障排除。油泵应并联确保千斤顶同步，并在纵移滑道上按５ｃｍ间隔做好刻度标记，严格控制同步。控制钢箱梁顶推前移速度在８０ｍｍ／ｍｉｎ左右。液压泵站均设置液压压力传感器，用于监测各点载荷，并用于完成超载保护功能。一旦顶推力大于计算所得的相应顶推力值，则须立即停止顶推，查明原因，消除故障后再行顶推作业。为方便调整钢箱梁纵向线形（竖曲线与预拱度的叠加），整幅桥采用４个顶推节段完成顶推作业，即钢箱梁每跨长度为一个顶推节段，每个节段顶推停止时，预留１６ｍ长已拼装梁段，以方便后续梁段可在无应力区焊接。４．８顶落梁钢箱梁在顶推作业完成到达墩位后，如钢箱梁横向偏移较大时，可在起顶前横移调整到位。钢箱梁最终定位纵移可利用温差进行调整。钢箱梁横移调整偏位前，所有节段焊接必须完毕，以防钢箱梁受横向水平力的影响造成钢箱梁轴线发生曲折。每个节间拼装完成后都需要监测弦杆平面位置，超过规定值时要进行调整。根据钢箱梁结构，起顶点需设在支座或滑道位置，首先通过支座点起顶脱空滑道，滑道更换为落梁千斤顶后，通过逐步调减另外滑道及支座处垫板高度，达到落梁的目的。起顶及落梁时，以保证安全，利用钢箱梁的弹性变形，一次只起落一个墩顶支点，逐墩起顶落梁，同墩顶支点同步起落，每次落梁的高度控制在５ｃｍ左右。５顶推受力计算５．１四氟乙烯滑板受力计算钢箱梁线荷载：ｇ：孚：黑：８．２３（Ｌ／ｍ）ｑ一￡’一１７０．２一ｕ厶Ｊ、Ｌ，儿１／铁道建筑技术尺Ａ『ＬＷＡｙＣｏＮＳ丁只Ｌ『ｃ丁『０～丁Ｅ－ｃＨ～０ＬｏＧｙ滑移时，钢箱梁节段由滑道支撑，支撑点距离：ｆ－３ｍ。聚四氟乙烯滑板支反力：Ｆ：譬：掣：１２．３５ｔ聚四氟乙烯板［盯］＝２２．５ＭＰａ，故接触面积：』４：占：堕堡婺掣：５３７７ｍｍｚ一［盯】２２．５………实际聚四氟乙烯板尺寸为４００ｍｍ×４００ｍｍ，压应力：盯＝鲁＝譬湍高塑－ｏ．８Ｍ叭［盯］。Ａ４００×４００……‘。。。。。。结论：四氟乙烯滑板满足要求５．２顶推系统验算钢梁自重Ｇ＝ｌ４００ｔ，滑块（不锈钢板）与滑道（聚四氟乙烯板）摩擦系数肛＝０．１，则顶推装置需要的顶推力为：Ｆ＝天舢Ｇ＝１．２ｘＯ．１×（１４００＋１．４×３６１＝１８５．８ｔ式中，摩擦力不均匀系数取疋＝１．２，Ｇ为导梁和钢梁的总重。选用２台１５０ｔ液压油缸。同时，在纵向上坡顶推过程中，为控制特殊情况下钢箱梁向下溜动，在钢箱梁的后端安装临时制动卡销。６结束语随着我国公路建设规模的扩大，公路施工过程立体交叉施工，跨既有高速公路施工情况越来越多，各种大跨度、大吨位的桥梁结构也应运而生。跨线施工方案的安全性、经济性、实用性直接决定着工程项目的成败，选用顶推施工必须根据具体工程的设计形式和现场实际情况进行深入研究后，通过多方案比选后确定。参考文献［１］李余华．石家庄南环大桥大跨度钢箱梁架设［Ｊ］．铁—道建筑技术，２０００（３）：４７．［２］郭铁钧．高架桥宽幅钢箱梁顶推施工技术［Ｊ］．铁道标—准设计，２００９（５）：５６５８．２０１４ｌ增１）矾万方数据