《武汉工程大学学报》 2015年06期
36-41
出版日期：2015-06-30
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
既有交通线上立交桥钢箱梁顶推施工技术
１ 工程概况１．１ 工程简介武汉市二环线武昌段接线工程（原鹦鹉洲长江大桥武昌段接线工程）是鹦鹉洲长江大桥过江后的配套的疏解、连接工程. 武汉市二环线武昌段接线工程Ⅰ标，起点里程为Ｋ１３＋４３２．０，终点里程为Ｋ１４＋４１７．０，全长９８５ ｍ，红线宽５０～６０ ｍ. 本项目属于武昌岸梅家山立交的一部分. 梅家山立交由南北向中山路—白沙洲大道、东西向鹦鹉洲大桥—雄楚大街交汇形成，是武昌地区最重要的交通转换枢纽节点和出城交通最重要的转换节点，也是鹦鹉洲大桥武昌岸最重要的疏解节点，承担江南岸过江交通量７０％以上的疏解. 梅家山立交桥如图１所示. 图１ 梅家山立交桥效果图Ｆｉｇ．１ Ｍｅｉｊｉａｓｈａｎ ｏｖｅｒｐａｓｓ diagram１．２ 主线桥布置主线桥连接雄楚大街与鹦鹉洲大桥延长线，跨越白沙洲高架桥，主线桥钢箱梁设计起点位于津水路，里程桩号Ｋ１３＋７６０，终点位于原武泰闸水产大市场拆迁旧址，里程桩号Ｋ１３＋８９６，主线桥全长约１３６ ｍ［１］. 主线高架桥共８联，本标段共包括７联，除第4联为钢箱梁外，其余各联均为预应力混凝土箱梁.主线桥桥顶面和底面均设１．５％的双向横坡，通过梁体顶板形成，梁体顶、底板平行设置. 标准横断面截面积１．４ ｍ２，截面惯性矩１．４ ｍ４，截面高度２ ４２０ ｍｍ. 钢箱梁每延米质量约１２．６ ｔ. 主线高架桥第4联为（３６．９５ ｍ＋６２ ｍ＋３６．９５ ｍ）三跨钢箱梁，其标准段桥面宽度为２６ ｍ. 位于ＺＷ２１１～ＺＷ２１４＃墩之间，并跨越白沙洲高架桥，总质量１ ８００ ｔ，为本工程施工重点. ＺＷ２１１～ＺＷ２１４＃墩线路平面为直线，纵断面沿道路前进方向的纵坡依次为１．６８％（距离约５ ７６３ ｍｍ）和Ｒ＝２ ５００ ｍ竖曲线. ２ 钢箱梁总体施工方案主线桥钢箱梁施工采用分步顶推的方案， 钢梁拼装、连续顶推架设整体方案为：在ＺＷ２１３～ＺＷ２１５＃墩之间设置钢箱梁拼装施工平台支架，利用汽车吊机完成前导梁和钢箱梁１～５（２８．１５ ｍ）节段以及第1组悬臂的拼装，然后整体顶推钢箱梁及前导梁往前移动３５ ｍ［２］. 在空出的拼装支架上继续拼装钢箱梁６～１２（４０ ｍ）节段和第2至第4组悬臂，再整体顶推钢梁往前移动３０ ｍ. 在空出的拼装支架上继续拼装钢箱梁１３～１７（２８ ｍ）节段及第5组悬臂，再整体顶推钢梁往前移动４０ ｍ，此时拆除导梁. 在空出的拼装支架上继续拼装钢箱梁１８～２４（３９．７５ ｍ）节段及第6至第8组悬臂，再整体顶推钢梁往前移动到位， 直至钢梁合龙. 待钢箱梁分步顶推到位后，进行外涂装防护，拆除临时支架. 最后在钢梁顶面铺设钢筋砼层，铺设桥面铺装层，安装伸缩缝等附属结构工程［３］.顶推前，在ＺＷ２１１墩承台上设置临时支墩，在ＺＷ２１２、ＺＷ２１３、ＺＷ２１４墩承台上以及ＺＷ２１３～ＺＷ２１５＃墩两跨中间均设置临时支墩、墩顶滑道梁，在ＺＷ２１３＃墩的临时墩上沿横桥向对称布置２套连续千斤顶，如图2所示. 顶推施工须借用主线桥两侧相邻的混凝土梁跨工作区间［４］，即ＺＷ２１０～ＺＷ２１１，ＺＷ２１４～ＺＷ２１５之间. 待顶推施工完毕，此两跨即可进行混凝土梁施工. 钢箱梁施工步骤如表1所示.图２ 顶推施工整体布置图Ｆｉｇ．２ Oｖｅｒａｌｌ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ of jａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 表1 钢箱梁施工步骤图Table 1 Cｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ of sｔｅｅｌ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ ３ 顶推施工工艺流程本工程顶推施工工艺流程见图3．图3 顶推施工工艺流程图Ｆｉｇ．3 Fｌｏｗ ｄｉａｇｒａｍ of jａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ３．１ 临时设施设计布置临时设施主要包括临时墩、拼装平台、滑道梁及滑动介质、导梁、导向限位、顶推设备及锚扣点［3］.ａ．临时墩. 顶推施工须沿顺桥向设置7处临时墩. 在墩顶钢垫梁与分配梁之间垫一层特制橡胶块，让橡胶的压缩变形来抵消钢梁顶推过程中的脱空间隙［5］，该橡胶垫块厚度０．１ ｍ，沿整个滑道面均匀满布，要求其受力竖向压力４ ＭPａ不破坏（实际平均受压２ ＭPａ），压缩量要有２ ｃｍ，在水平力作用下，剪切变形不得大于２ ｃｍ，在实施时对前端橡胶垫块进行了单向限位. 每次顶推结束后在钢箱梁相应节段下方沿顶推方向正对滑道梁两端各焊接一块钢板，钢板紧贴滑道梁左侧，防止钢梁产生纵向滑移. ｂ．拼装平台. 借用ＺＷ２１３～ＺＷ２１５＃墩之间临时墩作为钢箱梁拼装支架. 单层四排贝雷架通过立柱外伸牛腿支承在临时墩立柱上，同时在立柱相应位置焊接法兰座和贝雷架栓接，形成稳定结构. 滑道梁和贝雷架两侧设置工作平台，在钢梁拼装前，完成拼装平台的安装工作，即在贝雷架上方布置好拼梁垫块和千斤顶［6］. ｃ．滑道梁及滑动介质. 滑道梁采用钢箱梁结构，通过焊接方式放置于两根管立柱顶部. 滑道梁外形尺寸有两种规格分别为：３ ６００ ｍｍ×５００ ｍｍ×８００ ｍｍ、２ ６００ ｍｍ×５００ ｍｍ×８００ ｍｍ. 滑道安装时计算出滑道顶标高，进行测量精确控制，四角要求平整度偏差小于１ ｍｍ. 滑道顶绝对标高可根据临时墩墩柱顶标高来确定. ｄ．导梁. 导梁全长约３５ ｍ，为变截面设计，分为三段. 各段梁高、底板及腹板厚度均一定差异，节段之间腹板与顶板采用栓接，底板采用焊接；导梁与钢箱梁之间，腹板采用栓接，底板、翼板与顶板采用焊接. 对钢导梁的长度及刚度进行计算优化，改善钢梁局部压应力及滑道内脱空量. ｅ．导向限位. 为了控制梁体在顶推过程中的中线始终处于设计范围内，设置横向导向限位装置. 导向限位装置固定在滑道梁外侧外伸梁上，导向滚轮焊接在安装座上，导向机构安装座与滑道梁外伸梁之间采用螺栓连接［7］. ｆ．顶推设备及锚扣点. 本工程考虑选用两套ＺＬＤ２００－３００型自动连续顶推系统进行顶推施工. 单连续千斤顶顶推力１８０ ｔ，正常顶推速度约７ ｍ/ｈ. 两套连续顶布置在ＺＷ２１３＃墩的临时墩上，连续顶支座分别焊接在滑道梁内侧面. 连续千斤顶下方搭设工作平台，连续千斤顶钢绞线一端锚扣在千斤顶上，另一端锚扣在钢箱梁底部锚扣点上. 钢箱梁底部锚扣点与箱梁之间采用栓接形式，钢梁内侧相应位置须局部加强［8］. ３．２ 钢箱梁顶推施工工艺流程详细分解ａ．完成拼装平台、临时墩、顶推系统布置等临时工程施工. ＺＷ２１３、 ＺＷ２１４、 ＺＷ２１３－ＺＷ２１４、ＺＷ２１４－ＺＷ２１５临时墩安装导向装置. 钢梁底部落梁用千斤顶和钢管柱暂不安装（如图4）.图4 顶推施工第1步示意图Ｆｉｇ．4 Ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｓｔｅｐ ｉｎ ｊａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｂ．在拼装平台上拼装导梁、钢箱梁第１～５节段（ＧＬ１＋ＧＬ２＋ＧＬ２＋ＧＬ２＋ＧＬ２）及第一组悬臂（ＸＢ１ａ＋ＸＢ１ｂ），4个钢绞线锚扣点安装在钢箱梁第２节段对应位置. 导梁拼装的初始位置在其头部端面已经越过ＺＷ２１３＃墩中心线６５０ ｍｍ．整体拼装完毕，即操纵竖向顶将导梁和钢箱梁置于滑道梁上，穿好钢绞线，准备正式拖拉（如图5）.图5 顶推施工第2步示意图Ｆｉｇ．5 Ｊａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔｅｐ ２c．启动顶推系统，钢箱梁连续前移，滑道梁四氟板保持续进，每处滑道上任意状态不得低于5块. 导梁越过ＺＷ２１３＃墩继续前移直至３５ ｍ位移处，停止拖拉，通过分析，此时钢箱梁及导梁整体抗倾覆稳定性系数超过７. 拖拉结束后在钢箱梁第４节段下方沿拖拉方向正对滑道梁处焊接一块钢板，钢板紧贴滑道梁左侧，防止钢梁产生纵向滑移（如图6）. 图6 顶推施工第3步示意图Ｆｉｇ．6 Ｊａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔｅｐ ３ｄ．继续拼装钢箱梁第６～１２节段（ＧＬ２＋ＧＬ３＋ＧＬ４＋ＧＬ２＋ＧＬ２＋ＧＬ２＋ＧＬ２）第2至第4组悬臂（ＸＢ２ａ＋ＸＢ２ｂ＋ＸＢ３ａ＋ＸＢ３ｂ＋ＸＢ２ａ＋ＸＢ２ｂ），将第２节段钢梁下方锚扣点位置后移至第８节段下方对应位置，拆除第3步焊接在钢梁底部的钢板挡块，准备第2次连续拖拉（如图7）. 图7 顶推施工第4步示意图Ｆｉｇ．7 Ｊａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔｅｐ ４ｅ．继续拖拉，导梁与钢箱梁同步前移至３０ ｍ位移处. 上ＺＷ２１２墩时，由５０ ｔ千斤顶辅助完成. 上墩前钢箱梁及导梁整体抗倾覆稳定性系数约为３．５. 顶推结束后，在钢箱梁第６节段下方沿顶推方向正对滑道梁处焊接一块钢板挡块，钢板紧贴滑道梁左侧，防止钢箱梁产生纵向的滑移（如图8）. 图8 顶推施工第5步示意图Ｆｉｇ．8 Ｊａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔｅｐ ５ｆ．按照上述步骤循环（第6、7步重复4、5步过程），通过4次连续拖拉，完成２４个节段的钢箱梁拼装（如图9）.图9 顶推施工第8步示意图Ｆｉｇ．9 Ｊａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔｅｐ ８ｇ．继续整体拖拉，至前移２４ ｍ位移处时停止，将导梁前两个节段拆后，继续整体顶推向前移动４ ｍ. 此时钢箱梁顶推到设计位置（即钢梁前端部离ＺＷ２１１墩中心线５０ ｍｍ） ，然后拆除剩下的导梁. 顶推结束后，在钢箱梁第１８节段下方沿顶推方向正对滑道梁的两端焊接两块钢板挡块，钢板紧贴滑道梁侧面，防止钢箱梁产生纵向的滑移（如图１0）. 图１0 顶推施工第9步示意图Ｆｉｇ．１0 Ｊａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔｅｐ ９ｈ．最后拆除连续千斤顶、锚扣点，进入落梁施工环节. ３．３ 落 梁落梁系统由８处落梁千斤顶、４处落梁液压泵站及８处落梁垫块组成，分成４套独立的单元，即１个临时墩上１个单元，分别位于临时墩ＺＷ２１１～ＺＷ２１４上，所有落梁千斤顶和落梁垫块和钢箱梁底部固联，落梁液压泵站固定在相应临时墩工作平台上. 当需要对箱梁进行竖向调节时可改变落梁千斤顶活塞杆行程来调节箱梁的标高，当调整到预定标高时在落梁垫块下方垫入调整垫块，然后落梁千斤顶回缩将负载转移到落梁垫块上［9］. ４ 钢箱梁顶推施工注意事项ａ．钢箱梁安装平台及临时墩，要求有足够的刚度平整度，标高准确，不得发生下沉. ｂ．各墩上滑动钢板标高与顶推平台之间各控制点的标高均在同一竖曲线上，控制误差为±１．０ ｍｍ，左右两滑道钢板顶面的横向标高误差应不大于０．５ ｍｍ，相对误差为１．０ ｍｍ. ｃ．顶推时，应及时、连续地送入聚四氟乙烯滑块，不得出现脱空产生局部承压而引起箱梁变形增大. ｄ．顶推中须用导向设施保证箱梁沿梁轴中心线方向移动，若有偏移，严禁在梁体静止状态下横推梁体. e．若钢箱梁在顶推过程中中线有偏差，采取措施如下：①在已拼装完成的钢梁顶面设置测量观测点，在地面固定三角点安置全站仪，在顶推的过程中跟踪测量出钢梁中线偏差. 根据中心偏差放松相反方向的侧限，其放松量等于偏差值. ②在钢箱梁顶推过程中加大另一侧侧限水平千斤顶的力，使钢梁在前进的过程中逐步调整中心位置. ③另主控台及各泵站上的万能转换开关即为纠偏开关，在顶推开始梁段数量少且顶推力小时，通过停掉一侧千斤顶而另一侧施力即可实现左右纠偏. 但当梁段数量多顶推力大距离长时，则不能采取此种方法. f．施工中建立有限元模型对钢箱梁顶推施工进行计算分析，及时跟踪钢箱梁在顶推施工过程中以及顶推完成后结构的受力、变形特性. 为顶推施工方法的安全和合理性提供理论依据. ５ 结 语通过主线桥钢箱梁顶推施工过程的顺利实施，可得出如下结论：ａ．既有交通线下钢箱梁施工采用顶推法，不需大型起吊设备，占用范围小；梁体架设不侵占桥位处净空，桥下交通影响较小；施工干扰小，安全系数高，效率显著. ｂ．采用多点顶推的施工技术，充分利用墩台容许承受水平力的潜能，避免使用大吨位的顶推锚固设备，节约施工成本，具有良好的合理性和先进性.ｃ．临时工程如拼梁平台、临时支墩、顶推临时墩、顶推主力墩、顶推导梁、滑道系统等的科学设计和验算，对顶推法顺利完成起到十分重要的作用.ｄ．连续顶推施工中采用科学模型进行数据计算和测试，能及时掌控结构的受力与变形，保证施工安全和质量.