劉國(guó)昌

(南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 210019)

1 工程概況

浦儀公路八卦洲樞紐主線左、右幅以及B、C、D、E匝道跨線橋采用等截面鋼箱梁上跨寧洛高速，其中主線為單箱三室結(jié)構(gòu)，單幅箱梁全寬16.4 m，梁高2.3 m，跨徑(32+52+32)m，匝道為單箱雙室結(jié)構(gòu)，B、C、D、E匝道跨徑分別為(28+45+28)m、(35+45+38)m、(31.5+52+31.5)m、(30+52+30)m，鋼箱梁總重4 821.5 t。寧洛高速交通量大，無(wú)法封閉施工，高速兩側(cè)場(chǎng)地充足，為最大限度減小對(duì)既有高速通行影響，本項(xiàng)目采用跨中不設(shè)臨時(shí)墩的頂推法施工，頂推段鋼箱梁在寧洛高速北側(cè)拼裝就位，安裝導(dǎo)梁并通過(guò)頂推裝置施工至設(shè)計(jì)位置，最后原位拼裝剩余鋼箱梁。

鋼箱梁制作采用場(chǎng)內(nèi)加工并陸運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙和公路運(yùn)輸限制，工廠制作時(shí)將鋼箱梁進(jìn)行劃分，節(jié)段長(zhǎng)度控制在20 m以內(nèi)，橫向?qū)挾瓤刂圃?.5 m以內(nèi)，單個(gè)塊體重量控制在50 t以內(nèi)。

2 施工方案

主線鋼箱梁圓曲率較大，近似直線，采取楔進(jìn)式頂推方式；匝道鋼箱梁由于曲率半徑較小，頂推過(guò)程中需不斷調(diào)整鋼箱梁位置，故采用步履式頂推。步履式頂推由于設(shè)備自身豎向調(diào)整高度為300 mm，而匝道縱向高程相差較多，本工程設(shè)計(jì)了可以調(diào)整豎向高度的支架，支架頂層設(shè)置調(diào)整梁。

為減少頂推段重量和頂推距離，本工程每聯(lián)鋼箱梁選擇中跨3個(gè)節(jié)段及相鄰2個(gè)節(jié)段利用履帶吊在支架上拼裝成整體后進(jìn)行頂推，由于需要安裝導(dǎo)梁及受場(chǎng)地限制，第一輪將4個(gè)節(jié)段及導(dǎo)梁拼裝完成后先進(jìn)行一次頂推，然后將第5個(gè)節(jié)段接上，而后整體頂推就位，頂推到位后拆除導(dǎo)梁，最后將剩余節(jié)段安裝到位。鋼箱梁吊裝按照分段吊裝，整體頂推的原則，先進(jìn)行中跨鋼梁頂推，后進(jìn)行兩側(cè)邊跨鋼梁吊裝。

施工前設(shè)計(jì)對(duì)鋼箱梁頂推工況進(jìn)行受力分析計(jì)算，提出中腹板每250 mm設(shè)豎向加勁肋，當(dāng)隔板間距大于2 m時(shí)在隔板中間設(shè)置豎向加勁肋的加固設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)鋼箱梁局部加強(qiáng)，確保了頂推過(guò)程中鋼箱梁的受力和變形在容許范圍內(nèi)。

3 頂推施工步驟(以主線鋼箱梁為例)

(1)場(chǎng)地硬化，搭設(shè)拼裝支架；

(2)鋪設(shè)滑道，安裝滑靴；

(3)吊裝JD3-JD6節(jié)段各塊體；

(4)安裝導(dǎo)梁和頂推設(shè)備；

(5)進(jìn)行第一輪頂推，直至導(dǎo)梁完全懸空；

(6)暫停頂推，吊裝JD7塊體，同時(shí)完成JD4-JD7對(duì)應(yīng)護(hù)欄安裝；

(7)頂推段鋼梁全部安裝完成，再次進(jìn)行頂推，直至導(dǎo)梁落在對(duì)面預(yù)設(shè)的滑靴上；

(8)繼續(xù)頂推，前端導(dǎo)梁向前推進(jìn)，后端滑靴落空后及時(shí)替換，并增加前端導(dǎo)梁滑靴；

(9)繼續(xù)頂推，第一節(jié)導(dǎo)梁頂出滑道，拆除第一節(jié)導(dǎo)梁，第二節(jié)導(dǎo)梁頂出滑道后拆除第二節(jié)導(dǎo)梁；

(10)繼續(xù)頂推，鋼箱梁梁體抵達(dá)對(duì)面滑道后，拆除全部導(dǎo)梁并繼續(xù)頂推，直至到達(dá)設(shè)計(jì)位置，拆除滑道，落梁；

(11)吊裝剩余鋼箱梁節(jié)段。

4 頂推方案設(shè)計(jì)

4.1 頂推支架及平臺(tái)

鋼箱梁支架采用C30鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，其上設(shè)478×8鋼管作立柱，立柱間通過(guò)L100×10角鋼連接，主線立柱上方設(shè)置HN700×300H型鋼橫向分配梁，分配梁上設(shè)置縱向通長(zhǎng)雙拼HN700×300H型鋼作為滑道，匝道立柱上方安裝雙拼HN800×300H型鋼橫梁和5拼HN700×300H型鋼縱梁，橫梁與鋼立柱柱頂樁帽之間采用焊接方式連接。支架分頂推滑移支架、兼做吊裝和頂推支架、鋼梁吊裝支架。擴(kuò)大基礎(chǔ)及支架體系都要有足夠的強(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定性。

4.2 導(dǎo)梁設(shè)計(jì)

導(dǎo)梁的作用是減小鋼箱梁懸臂長(zhǎng)度，減小傾覆力矩，同時(shí)對(duì)鋼箱梁進(jìn)行導(dǎo)向[1]。導(dǎo)梁為組合斷面工字鋼梁，長(zhǎng)36 m，重54 t，由3段12 m組成，三段導(dǎo)梁分別由H900×300型鋼、H800×300型鋼、H700×300型鋼組成。導(dǎo)梁根部高度2 600 mm，前端梁高1 800 mm。導(dǎo)梁抗風(fēng)計(jì)算、面外穩(wěn)定性計(jì)算、焊縫計(jì)算均滿足要求。

4.3 頂推力計(jì)算

鋼箱梁在滑移過(guò)程中，頂推器所產(chǎn)生的推力和摩擦力F達(dá)到平衡[2]。頂推摩擦力F=鋼箱梁及導(dǎo)梁自重產(chǎn)生的豎向反力×1.05×1.2×0.1(1.05為動(dòng)荷載系數(shù)，1.2為摩擦力的不均勻系數(shù)，MGE板與不銹鋼板間摩擦系數(shù)<0.05，取0.1)。本工程中滑移最大重量為800 t(含導(dǎo)梁和配重)，則滑移所需的最大頂推力為：F=800×1.05×1.2×0.1=105.6 t。匝道鋼箱梁及導(dǎo)梁總重約500 t，按四個(gè)點(diǎn)同時(shí)受力考慮，每個(gè)點(diǎn)頂升力需大于125 t。

4.4 頂推軌道、頂推裝置

主線滑道上鋪設(shè)不銹鋼板，其上采用MGE板作為滑靴。匝道鋼梁采用整體多點(diǎn)頂推方式，每組臨時(shí)墩上對(duì)稱布設(shè)兩套頂推裝置，按四個(gè)點(diǎn)同時(shí)受力考慮，考慮頂推系統(tǒng)可以倒換，共需6臺(tái)頂推裝置。步履式頂推設(shè)備采用三向頂推設(shè)備，即豎向、縱向、橫向均可滑移，通過(guò)電腦控制和液壓驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)組合和順序動(dòng)作，以滿足施工要求。

4.5 鋼箱梁吊裝拼接施工

胎架檢測(cè)合格→吊裝粗定位→依次組裝塊體→匹配件連接→精調(diào)到位→馬平塊體、節(jié)段間環(huán)縫部位→縱縫、環(huán)縫焊接→無(wú)損檢測(cè)→返修→量配嵌補(bǔ)段→U肋、板肋嵌補(bǔ)段組焊→無(wú)損檢測(cè)→頂板U肋高強(qiáng)螺栓連接→安裝護(hù)欄→頂推作業(yè)部位的補(bǔ)涂裝。主線鋼箱梁?jiǎn)螇K體最大重量為48.2 t，匝道鋼箱梁?jiǎn)螇K體最大重量為42 t，結(jié)合各節(jié)段吊裝重量與吊裝半徑，采用150 t履帶吊作為主要吊裝設(shè)備。150 t履帶吊采用30 m長(zhǎng)主臂、12 m吊裝半徑，起重能力65.6 t，滿足吊裝要求。鋼箱梁節(jié)段吊裝采用4點(diǎn)吊裝，吊耳按設(shè)計(jì)要求布置在有隔板的頂板上。

4.6 導(dǎo)梁安裝

(1)導(dǎo)梁采用現(xiàn)場(chǎng)拼裝，使用高強(qiáng)螺栓連接導(dǎo)梁主體各個(gè)構(gòu)件，拼裝完成后，對(duì)各節(jié)段拼縫進(jìn)行焊接加固。

(2)整體導(dǎo)梁吊裝，連接轉(zhuǎn)接梁，安裝高強(qiáng)螺栓。

(3)焊接導(dǎo)梁與轉(zhuǎn)接梁拼縫，考慮兩片導(dǎo)梁受荷不均勻性，焊縫為等強(qiáng)熔透焊。

(4)導(dǎo)梁與鋼箱梁間采用型鋼焊接加固。施工時(shí)計(jì)算結(jié)果導(dǎo)梁抗風(fēng)驗(yàn)算及面外穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足要求。

4.7 頂推支點(diǎn)加固

(1)主線鋼箱梁采用楔進(jìn)式頂推施工，鋼箱梁滑移支點(diǎn)相對(duì)固定，均布置在隔板和中腹板交接處，此處結(jié)構(gòu)較強(qiáng)，為確保結(jié)構(gòu)安全，在每個(gè)支點(diǎn)處增設(shè)四塊500×500×20加勁板。

(2)匝道步履式頂推支點(diǎn)加強(qiáng)：匝道頂推支點(diǎn)隨鋼梁前進(jìn)不斷變化，需要在頂推支點(diǎn)位置增設(shè)箱內(nèi)加強(qiáng)。

4.8 頂推施工

楔進(jìn)式頂推時(shí)，兩套頂推裝置對(duì)稱布置于鋼箱梁底部頂推工作平臺(tái)上，該頂推系統(tǒng)的特點(diǎn)：能較好的控制墩位的水平力，有效控制支點(diǎn)反力，但液壓驅(qū)動(dòng)及電腦控制同步性要求較高，對(duì)楔塊、滑道等制作精度要求高。

頂推過(guò)程中，導(dǎo)梁支點(diǎn)和鋼箱梁支點(diǎn)發(fā)生變化，通過(guò)Midas建立結(jié)構(gòu)模型，按照施工步驟對(duì)頂推全過(guò)程中鋼箱梁和導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)力驗(yàn)算均滿足要求。

4.9 落梁

通過(guò)頂推設(shè)備將鋼箱梁平面位置精確調(diào)位，調(diào)位過(guò)程中保證鋼箱梁底部高出永久支座50 mm；將鋼箱梁臨時(shí)擱置在頂推設(shè)備前后的承重支座上，檢查各墩頂永久支座和鋼箱梁的位置是否準(zhǔn)確；利用頂推設(shè)備將鋼箱梁頂高20 mm，拆除承重支座上的墊板，將鋼箱梁下放到永久支座上，施工鋼箱梁和永久支座之間的連接，完成落梁及體系轉(zhuǎn)換工序。

4.10 施工監(jiān)控

為保證頂推施工安全，使成橋內(nèi)力和線形符合設(shè)計(jì)要求，以及頂推施工質(zhì)量能達(dá)到要求，對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)與控制[3]。

監(jiān)控計(jì)算主要內(nèi)容：(1)鋼箱梁及導(dǎo)梁頂推全過(guò)程受力分析及應(yīng)變情況；(2)施工不利情況受力驗(yàn)算；(3)施工臨時(shí)設(shè)施復(fù)核驗(yàn)算。

施工監(jiān)控的主要內(nèi)容：(1)監(jiān)測(cè)鋼箱梁各節(jié)段控制點(diǎn)高程，控制橋梁成橋線形；(2)監(jiān)測(cè)鋼箱梁關(guān)鍵截面應(yīng)力變化情況；(3)監(jiān)測(cè)頂推過(guò)程中鋼箱梁主要截面溫度場(chǎng)變化；(4)施工期監(jiān)控結(jié)構(gòu)安全性。

5 頂推施工主要控制措施

(1)頂推施工平臺(tái)檢查：①地基及處理；②鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸及焊縫是否滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；③承重支座與油缸支座底部是否同下部結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)焊接牢固，頂推千斤頂提升所墊墊塊是否與鋼管支架焊接為整體；④支架及操作平臺(tái)頂部標(biāo)高是否滿足要求，避免影響支撐和平臺(tái)處墊高。

(2)頂推設(shè)備安裝及調(diào)試：①確保設(shè)備前方有足夠的行程空間，調(diào)試并檢查設(shè)備(至少使設(shè)備運(yùn)行一個(gè)工作行程)，確保設(shè)備各項(xiàng)功能工作正常；②設(shè)備縱向中心與箱梁腹板位置相對(duì)應(yīng)，確保設(shè)備和箱梁局部受力良好；③設(shè)備頂部設(shè)置橡膠墊，確保與箱梁接觸位置受力均勻和增大摩擦力；④調(diào)試電腦和液壓驅(qū)動(dòng)，確保設(shè)備能同步協(xié)調(diào)動(dòng)作。

(3)人員配置：①現(xiàn)場(chǎng)至少配備一名總負(fù)責(zé)人員，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)工作和下達(dá)指令；②每臺(tái)頂推設(shè)備配備操作人員及監(jiān)測(cè)人員各一名，負(fù)責(zé)各頂推點(diǎn)的操作和檢查設(shè)備的受力位置和墊塊高度，同時(shí)便于協(xié)調(diào)；③施工中安排專人負(fù)責(zé)檢查導(dǎo)梁端部及箱梁尾部，重點(diǎn)核查其位置，避免因?qū)Я旱母缮鎸?dǎo)致箱梁后部頂推過(guò)多；④各頂推點(diǎn)安排人員調(diào)整墊塊高度。

(4)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及調(diào)整：頂推過(guò)程中選擇第三方對(duì)鋼箱梁的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)偏差較大時(shí)暫停頂推，調(diào)整鋼箱梁平面位置，確保滿足要求，主要控制點(diǎn)如下：①箱梁橫向位置偏差不得超過(guò)30 mm；②頂推時(shí)箱梁縱向坡度按理論坡度線控制；③單行程頂推完成后箱梁落于承重支座時(shí)，箱梁底部與墩頂支座間保留一定間隙，以便調(diào)整位置；④現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需準(zhǔn)確及時(shí)，當(dāng)超過(guò)偏差允許范圍時(shí)立即調(diào)整，以免累積誤差較大后難以調(diào)整。

(5)設(shè)備同步性控制：頂推施工過(guò)程中應(yīng)注意控制設(shè)備的同步性，以免造成各頂推點(diǎn)受力不均導(dǎo)致鋼箱梁偏離設(shè)計(jì)位置，重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：①橫向頂推設(shè)備之間油壓盡量一致，各頂推設(shè)備每次工作時(shí)的行程一致，通過(guò)PID控制程序自動(dòng)調(diào)節(jié)或手動(dòng)調(diào)節(jié)；②頂推時(shí)保持箱梁縱向和橫向方位與設(shè)計(jì)一致，便于現(xiàn)場(chǎng)觀察和后續(xù)調(diào)整，如發(fā)生偏移，立即停止頂推并調(diào)整方位，待方位誤差滿足要求后，重新進(jìn)行頂推；③應(yīng)保證反力油缸受力一致，同時(shí)與鋼箱梁底部良好接觸，避免壓差較大，導(dǎo)致受力不均。

(6)施工過(guò)程檢查：頂推施工過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備及關(guān)鍵位置檢查，重點(diǎn)檢查：①各頂推設(shè)備使用和受力狀態(tài)是否滿足要求；②確定每個(gè)施工步驟均達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)和狀態(tài)；③檢查頂推設(shè)備、反力油缸以及承重支座受力中心是否對(duì)應(yīng)箱梁腹板或橫隔板，以保證梁體局部受力良好，以免箱梁造成破壞；④實(shí)時(shí)測(cè)量并及時(shí)調(diào)整頂推設(shè)備的頂升高度；⑤保持支架調(diào)節(jié)墊高處墊塊高度一致，以防梁體受力不均偏移；⑥編制施工關(guān)鍵位置標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的檢查項(xiàng)目和內(nèi)容，按要求檢查并做好記錄。

6 步履式多點(diǎn)頂推

6.1 線型控制

為確保線型準(zhǔn)確，在頂推過(guò)程中對(duì)鋼箱梁的軸線進(jìn)行跟蹤復(fù)核測(cè)量，發(fā)現(xiàn)偏位較大時(shí)(50 mm以上)立即停止縱向頂推，開(kāi)啟千斤頂糾偏系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)糾偏的工作。

鋼箱梁頂面線型控制方法為：拼裝前預(yù)先檢查拼裝胎架預(yù)拱度是否滿足要求，并在拼裝完成后的鋼箱梁頂部標(biāo)示出縱向中線，在頂推過(guò)程中，采用全站儀測(cè)放出頂推設(shè)備上方鋼箱梁的理論中軸線，將測(cè)放出的點(diǎn)與鋼箱梁通長(zhǎng)標(biāo)示的中心線進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)將該差值反饋至步履式頂推電控系統(tǒng)中進(jìn)行頂推過(guò)程中鋼箱梁的軸線糾偏。在頂推施工過(guò)程中，嚴(yán)格按照第三方監(jiān)控單位提供的線型控制數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量控制，并配合監(jiān)控單位做好頂推過(guò)程中各階段的梁段線型復(fù)測(cè)。

6.2 防傾覆措施

針對(duì)橫斷面不等高的曲線段鋼箱梁，外弧側(cè)腹板的高度比內(nèi)弧側(cè)腹板高，重心偏移易發(fā)生傾覆，因此在頂推過(guò)程中需做好鋼箱梁的防傾覆控制。具體措施如下：(1)嚴(yán)格控制頂推速度，明確鋼箱梁每分鐘縱橋前行速度不超過(guò)15 cm；(2)頂推行進(jìn)過(guò)程中，限定鋼箱梁的底板脫離下部支墊不超過(guò)50 mm，以降低頂推過(guò)程中的脫空高度；(3)鋼箱梁在頂推過(guò)程中，根據(jù)頂推時(shí)的最不利狀態(tài)驗(yàn)算縱向最大懸挑長(zhǎng)度，確保后方力矩遠(yuǎn)大于前方力矩，最終縱橋向穩(wěn)定；(4)當(dāng)鋼箱梁頂推至擱置在橫橋向最大跨兩側(cè)的支墩處時(shí)，此時(shí)的橫向穩(wěn)定性為最不利狀態(tài)。確保該階段內(nèi)鋼箱梁的重心始終位于頂推點(diǎn)6個(gè)支點(diǎn)連線的內(nèi)部，單個(gè)步履式千斤頂上的荷載最大值均在核載范圍內(nèi)。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著近幾年我國(guó)交通工程建設(shè)的快速發(fā)展，鋼箱梁頂推法因其跨越跨徑較大、對(duì)所跨越的道路交通影響小優(yōu)點(diǎn)，在越來(lái)越多的高速公路、城市干線、鐵路、航道等工程中得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)效益。但鋼箱梁頂推法施工方案較復(fù)雜，施工投入大，風(fēng)險(xiǎn)較高，專業(yè)性強(qiáng)，對(duì)施工技術(shù)水平和現(xiàn)場(chǎng)管控要求比較高，需在實(shí)踐中不斷總結(jié)提高，提升經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。