大跨度变截面连续 钢箱梁顶推施工技术探讨！

1 　工程概况
顶推施工方法具有施工设备简单、施工机械化程度高,对周边环境干扰少等优点,目前已在世界各地的桥梁建设中广泛应用。目前所采用的顶推方法有在支架上逐段现浇梁块再逐段顶推和分段预制拼装再顶推。天津快速路西北半环工程跨南仓铁路编组站立交桥位于天津快速路西北半环上,跨越南仓铁路编组站线路31股、规划铁路4股,其中上行编尾场两最外侧中心间距93 m,下行到达场两最外侧股道中心间距约75m。施工空间较为狭小,跨编组站剩余桥梁净空> 13 m。主跨为平行的( 55 m + 85 m + 2 ×128 m+ 76 m)两联钢2混凝土连续箱梁。主桥位于半径6 000 m圆型竖曲线,梁高从7. 5 m (支点处)变化到3 m (跨中处) 。边跨为平行的两联钢2混凝土连续箱梁(50 m + 45 m) ,位于直线上,钢箱梁为变截面箱梁。

根据该桥的特点及现场情况,采用钢箱梁工厂分段预制、现场拼装和大段顶推的施工方案。在13～15 号墩之间布置一幅顶推平台,顶推完成一联(55 m + 85 m + 2 ×128 m + 76 m)后横向移动到另一幅后,继续顶推另一联,而(50 m + 45 m)一联在既有65 m边跨上拼装顶推。
2 　前期准备工作
下面对这种连续钢箱梁的顶推施工的主要技术作一探讨。
2. 1　设钢箱梁存储场、预拼装场地,拼装平台钢箱梁存储场选在顶推平台桥外侧,龙门吊机可以直接吊取,避免二次倒运。为节约用地,预拼装场与钢箱梁存储场共用。拼装平台以间隔式临时支墩组成,基础务求坚实,为充分保证钢箱线形,应对临时支墩进行预压。临时支墩分八三铁路军用墩和钢管柱两种,其上布置六四式军用梁作为预拼平台。
2. 2　选择龙门吊
初步选用2台1 000 kN龙门吊(32 m跨)进行正式组拼。龙门吊为轨行式,由八三式军用轻墩和六四式军用梁组拼。
2. 3　布设临时墩和墩顶设施因主墩跨度较大, 须在主跨间布置临时墩。85 m跨布置2 个临时墩(兼作拼装平台支墩) ,128 m跨布置2个临时墩, 76 m跨布置1个临时墩。76 m跨不需占用铁路股道。用八三式军用轻墩自身配置的小型扒杆拼装。将临时支墩和主墩用纵向钢绞线连成一个整体以抵抗顶推时的水平力。纵向钢索用1 860 MPa级直径15. 2 mm钢绞线,钢绞线用锚具固定在墩顶。为了减少占用铁路股道, 128 m跨临时墩采用不等跨布置,但须保证顶推跨度< 50 m。永久墩和临时墩墩顶均加设限位装置,限位导轮、墩顶纠偏千斤顶和拉杆。在15号、16号、17号、18号墩上各布置2个DZL - 100 (见图1) ,共布置8个顶推千斤顶。
顶推千斤顶布置
同时永久墩和临时墩墩顶均布置顶落梁千斤顶,以便顶推到位后横移并落梁。
2. 4　墩顶设置顶推设备和滑动系统
在永久墩与临时墩上,应设置顶推用的滑动支承装置。它由钢筋混凝土垫块、滑道、滑块和水平千斤顶台座等组成。各墩顶滑道采用单滑道板形式,置于鞍形滑道垫层上,这种形式的滑道能很好地承受各向作用力,而且高程容易控制,拆除也非常方便。顶推时在每个箱腹板下布置滑道,一个墩上布置4个滑道。滑道下的钢筋混凝土垫块是在顶推过程中支承于滑道之下的临时垫块,其厚度应满足续放滑道、调整墩台变坡和更换永久支座的净空要求。滑道是由刨光的铸钢或厚钢板并加厚2 mm不锈钢的贴面构成,滑道宽50 cm (与楔形垫块和滑块尺寸相配合) ,前后设过渡坡段(坡度为1 /30) 。其平坡段长度按最大支承反力计算决定,以滑块平均压力8MPa为宜,以免造成滑块变形过大和损伤。滑道应与座板用锚栓联结牢固。滑块平面尺寸一般为46 cm ×31 cm,厚13 mm,是由氯丁橡胶粘结厚为1. 5 mm聚四氟乙烯板构成(其中夹粘2块厚2 mm钢板) 。为减小摩擦力,在滑块表面涂二硫化钼。拼装钢箱梁前,应将滑块密铺在洁净的滑道上。滑块顶面铺一块塑料布或厚0. 15 mm铁皮,使其顶面高程与设计的顶推梁底(即楔形垫块底)高程相符。在墩顶滑道之间的部分,宜用细砂填满压实。拼装台上采用连续梁式固定滑道,它是在滑道梁上连续铺设滑道板形成的。
2. 5　安装限位和纠偏装置
为防止箱梁在顶推过程中出现过大的偏斜,在钢箱梁走行的桥墩上安装导向装置,限制箱梁的横向移动(见图3) 。本工程采用侧向导轮和楔块联合法为主、千斤顶横顶(拉)法为辅的纠偏方法。楔块纠偏装置与导向装置基本相同,安装在各墩顶的顶推千斤顶支墩或导向支墩上。导向和纠偏工作均在箱梁滑行过程中进行。
2. 6　拼装导梁
导梁基本结构形式为变截面钢板梁,长40 m,钢板梁分段设置,横向用型钢联接,杆件截面成工字形,各杆件以拼接板连接,与箱梁的腹板联结,板梁间用连接系连接均采用10. 9级( <30)高强抗剪螺栓。导梁计算时应考虑导梁与主梁连接总体刚度、横向刚度、局部刚度并控制下挠,因此需对导梁连接处进行加强处理;在上平纵联、下平纵联加强的同时需在竖面上加竖向剪刀撑。
导梁线形按圆曲线布置,因加工圆弧形杆件较为困难,决定杆件形式采用以折代曲的方法。导梁前端底部1 m范围内做成圆弧形过渡,抵消大悬臂状态的挠度,使梁顺利上墩。导梁工字钢下缘接头螺栓不应露出其下翼缘,应在下翼缘上重新焊接盖板,使工字钢拼装在工字钢内。导梁在抵达最后一个墩时分段拆除,拆除后移运走。
3 　钢箱梁的顶推就位
架梁前应复测各墩台的中线与高程,以保证拼装正确。在桥墩、桥台上设置水平标和中心标,以便随时测定和复查。在钢箱梁上设置随梁棱镜,随时监控梁体线形。
3. 1　准备工作
(1)检查各墩顶箱梁两侧的限位装置和纠偏装置。
(2)安装变截面钢箱调整楔形垫块。
楔型垫块是把变高度箱梁调成等高度的关键性施工设施。其宽50 cm,厚不大于2 cm时直接采用铸钢刨制; 8～20 cm采用钢盒混凝土制作(即用厚5 mm钢板焊成楔形钢盒,里面浇筑混凝土) ,厚度20 cm以上者,用C30 级钢筋混凝土浇筑。设计和制作时, 应使楔形垫块具有下列性能: ① 具有足够的抗压强度、刚度和横向稳定性;厚度大于20 cm的楔形钢筋混凝土垫块均有横向联结系(由型钢构成) 。垫块底面必须平顺,这是保证顶推顺利进行的关键。②在箱梁腹板之间设剪套销,以防顶推相错位。③楔形垫块纵向分段长度应小于2. 5 m,重量应小于5 t,以利拆除。④楔形垫块与箱梁顶板之间应设悬吊锚栓,以防顶推时垫块脱空而掉下。⑤楔形垫块的上表面和横向联结系的顶面就是箱梁腹板和底板的底面,因此应符合梁体设计要求,并做得平整、严密。⑥垫块在拼梁台座上分段拼装时,应采用匹配法,其纵向相邻接触面应涂隔离剂(例如浓皂液)或铺塑料膜,以便顶推脱空时逐块分
离拆除。⑦纵向相邻垫块之间设临时连接,以防顶推时错位。⑧所有楔形垫块应编号并标注原始相关线,以便拆除倒用时准确地安装。
(3)在梁侧锚板上安装连续顶推动力装置与群锚拉杆体系(拉锚器、水平千斤顶、钢绞线束拉杆和前、后锚具) ,预紧,使各根钢绞线松紧一致,其组成和要点如下:
①连续顶推动力装置,由穿心式水平千斤顶和电动油泵组成。本工程采用的千斤顶是ZLD型连续顶推千斤顶及ZLDB 型自动连续顶推泵站,可与钢绞线束拉杆配套使用。选择千斤顶的型号依据计算的总顶推力H确定。本工程所用连续顶推动力装置的牵引作用下,不间断地向前推进,直至一个阶段完成。
②钢绞线束拉杆体系, 由钢绞线束ZXM15型后锚具、QM15型前自动工具锚和拉锚器组成。其中钢绞线束拉杆比精轧螺纹钢和高强度钢丝束拉杆都方便,是把水平千斤顶的顶推力传到梁上的工具式拉杆,其特点是长度可依需要选择,无接头,根数依顶推力确定(使其弹性伸长值小于5 cm为准) ; ZXM15和QM15锚具都是工厂的定型产品,其锚孔应与所选择的钢绞线束的根数相匹配;拉锚器是拉杆与箱梁连接的锚固装置,由梁侧安装锚板和工具式拉锚器两部分组成,为使拆装顺利, 锚板与拉锚器的螺栓孔应匹配套钻,锚板的长螺母栓接,按设计,选用承受600 kN水平力(单侧)的拉锚器。
(4)准备顶推作业的指挥与联系用的有线电话、对讲机和信号旗。
(5)接好电动油泵的线路、油管和油表并试运转,工作人员各就各位。
3. 2　顶推
顶推工艺流程见图4。
(1) 接通总电源,采用集中控制、分级调压、差值限定的方式同步顶推,各组千斤顶交替同步顶推,当钢绞线束拉杆的初次弹性伸长完成后,梁体开始平稳地前移;在梁体前进的同时,各墩顶喂滑块人员不断将滑块从滑道后端喂入,并将随梁体前移而从滑道前端滑出的滑块接住备用,液压站操作人员随时注意千斤顶的运行情况,当千斤顶行程到位后立即停止供油,箱梁停止前进。
(2) 控制中线,当梁体中线偏移值大于5 mm
钢箱梁顶推施工工艺流程时,采取纠偏措施,方法有调节两侧水平千斤顶的速度,促使箱梁复位;利用安装在墩两侧面限位和纠偏
对箱梁施加侧向力来纠偏。
(3) 每墩需有1人监视滑道的工作状态并及时清除不锈钢上的灰尘。
(4) 每当脱空一节楔形垫块,便用吊机或卷扬机滑车组将其拆除,存放并修整,以备倒用。
(5) 钢导梁上前方墩时,因其下挠而不能一次到达滑道顶面。设计导梁时,应预留一个错台,临时用普通千斤顶将下挠的导梁顶起到正常位置。为不中断顶推,千斤顶下可垫上四氟板滑块。
(6) 解除工作状态的钢绞线束拉杆应及时用绳悬挂在箱梁翼缘板上。
(7) 梁体到位后,立即关闭总电源。
3. 3　落梁、安装支座和精确就位正确使用千斤顶落梁是施工的关键工序之一,落梁操作要点如下。
(1)在临时墩和永久墩上安装大于支反力吨位的千斤顶,充分保证顶升力,千斤顶安放在墩顶中心的预留槽内,严格遵守千斤顶技术规格,起重不超过起重能力,每次起高量不超过活塞高度的3 /4。操作时统一指挥,统一行动。
(2)将箱梁均匀顶起,使箱梁暂时支承在保险钢垛上,在落梁过程中要使梁的脱空距离保持在2cm内,中间墩交替进行,严禁相邻两墩同时落梁,通过控制梁体同一端2台千斤顶的进油压力来确保2台千斤顶受力均匀,防止出现“”三条腿”现象,且落梁速度一定不要太快,并要均匀下落,如此循环施工,落梁时两端按2 cm步距交替进行,不得同时起落。分多次循环作业,把梁落在支座上。随同千斤顶顶升、回缩和保险支墩的拆除进行随时测量,确保同侧梁底高差同步。
(3)抽掉滑块、滑道和临时垫块等施工设施并安装永久支座(上锚板栓孔已在制梁时预留了长螺母) 。
(4)梁体对位,当梁体落到离支座顶还有20 cm时,停止落梁操作,首先千斤顶将梁体顶起脱离保险支墩,及时将预先拼装好的新保险支墩放置在桥墩台外侧,千斤顶回油使梁体落在新的保险支墩上,而千斤顶同时保持一定的油压与新保险支墩同时受力,完成后进行支座安放。另一端照此进行。最后重复落梁步骤落梁就位。用2个1 000 kN水平千斤顶对梁体位置进行精确调整。作出梁体的几何中心点,并与垫石中心线相对齐。调整好梁体的位置后,将支座预埋螺栓穿入锚栓洞即完成了梁体对位调整。
3. 4　一幅箱梁横移
当一幅箱梁顶推到位后起顶钢箱梁安装横向滑道,用DZL100型千斤顶横向顶推。由于每幅箱梁顶推到位后,支点反力较大,全桥起落梁施工较为困难,因此顶推时采用原位顶推:即顶推时梁体高程为成桥时的高程,顶推到位后,将预先摆好的支座顶起,在支座和支撑垫石之间灌入自密性砂浆(也可采用在支座与梁体之间插入钢垫板)来完成支座受力转换。
4 　结束语
在施工方案的研讨过程中,相继研究了柔性拼装台座,箱梁拼装,大吨位连接器安装等诸多施工难点,并且通过在柔性台座上拼装连续箱梁、预制拼装、顶推等多项施工技术,在桥梁基础施工同时进行梁段预制,各工序采用平行流水作业,即可解决施工速度问题又可降低成本,这种施工技术方案与同类型桥梁现浇相比,把大量的空中作业转化到地面进行,简化了施工工艺,为今后连续箱梁顶推施工探索出了一条途径。

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