橋梁鋼箱梁頂推施工技術(shù)及方法

1、橋梁鋼箱梁頂推施工技術(shù)及方法廣州市公路工程公司廣東廣州510000摘要：在橋梁工程鋼箱梁施工中，頂推技術(shù)作為重要的施工技術(shù)之一, 其施工技術(shù)水平的高低和方法的好壞直接關(guān)系到橋梁工程的施工質(zhì)量和使用性 能。木文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)橋梁鋼箱梁頂推施工工藝和方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹, 并分析了施工中存在的難點(diǎn)，提出了相應(yīng)的解決措施。關(guān)鍵詞：鋼箱梁；頂推；施工技術(shù)0引言隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的基礎(chǔ)交通設(shè)施建設(shè)也不斷進(jìn)步, 其中橋梁作為交通設(shè)施的重要組成部分，是重點(diǎn)建設(shè)的內(nèi)容。在道路橋梁建設(shè)中, 頂推施工技術(shù)作為我國橋梁建設(shè)的主要方法，得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是鋼箱梁 的施工。頂推施工技術(shù)在鋼箱梁施工中

2、的應(yīng)用不僅提高了橋梁的施工質(zhì)量，而且 對(duì)提高橋梁的穩(wěn)定性和安全性具有積極的作用?；诖耍P者進(jìn)行了相關(guān)介紹。1工程概況某橋梁全長1017.763m,橋面寬37.7rm該橋橋型設(shè)計(jì)獨(dú)具特色，主橋 橋型采用雙塔單索面懸索橋，是一座跨江懸索橋，橋跨布置為:(45 + 410 + 45)m, 鋼箱梁中間設(shè)置縱隔板，箱梁全寬為37.7m,中心高3.5m。全橋鋼箱梁共分為 51個(gè)吊裝節(jié)段，共重9488.7to該大橋起點(diǎn)采用3.5%縱坡順接某路，在主橋段 設(shè)置2.49%的雙向縱坡，最后以3.376%的縱坡接至另外兩路的交叉路口。2頂推方案結(jié)合該大橋工程主橋鋼箱梁結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、現(xiàn)場施工環(huán)境、道路交 通狀況

3、等因素，為達(dá)到工程施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度、費(fèi)用等方面預(yù)期控制目標(biāo), 對(duì)比某大橋主橋鋼箱梁頂推施工工藝，最終決定主橋鋼箱梁采用步履式頂推施工 方案進(jìn)行安裝施工。根據(jù)大橋現(xiàn)場施工的實(shí)際情況，鋼箱梁在工廠內(nèi)集中加工成板單元后, 采用平板車運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行總拼，總拼、存梁場地及頂推平臺(tái)等設(shè)施均設(shè)置在大 橋北岸14#交界墩后面的空曠場地。在北岸邊跨14#16#墩之間搭設(shè)頂推平 臺(tái)，在主跨搭設(shè)6個(gè)臨時(shí)墩，并在其上布置頂推設(shè)備。鋼箱梁在拼裝場地拼裝、 涂裝完成以后，通過運(yùn)梁臺(tái)車將成品鋼箱梁運(yùn)至橋位處，采用提升吊機(jī)對(duì)鋼箱梁 進(jìn)行提升、吊運(yùn)至頂推平臺(tái)，并將平面位置和高程調(diào)整到施工線形后焊接，采用 步履式頂推系統(tǒng)同步

4、使鋼箱梁逐段向前滑移，循環(huán)作業(yè)使鋼箱梁到達(dá)設(shè)計(jì)位置。 待鋼箱梁全部頂推到位，最后采用千斤頂落梁方式將鋼箱梁線形調(diào)整到設(shè)計(jì)線形。3鋼箱梁頂推施工工藝及方法3.1大型臨時(shí)設(shè)施和主要設(shè)備3.1.1頂推平臺(tái)不僅是鋼箱梁頂推作用平臺(tái)還是鋼箱梁開始頂推前的拼裝焊接平臺(tái)，包 括鋼箱梁節(jié)段焊接、線形調(diào)整等均在頂推平臺(tái)上完成。因此，在設(shè)計(jì)頂推平臺(tái)吋， 既要考慮其能承受頂推時(shí)的最大豎向荷載和最大水平力，又要考慮滿足鋼箱梁在 拼裝中縱向坡度的控制和頂推過程中平面圓曲線的要求。同吋，還要考慮頂推系 統(tǒng)和施焊、檢測人員的作業(yè)平臺(tái)等因素。根據(jù)現(xiàn)場地形和橋梁結(jié)構(gòu)需要，大橋頂推平臺(tái)布置在北岸邊跨14# 16#墩之間，長度為3

5、2m,寬度23.9m。頂推平臺(tái)主要由主體承重結(jié)構(gòu)和平臺(tái)頂 部結(jié)構(gòu)組成。頂推平臺(tái)支承結(jié)構(gòu)采用φ630mm×10mm鋼管樁，利用 dz120振動(dòng)錘將鋼管樁直接插打至巖層面，再將鋼管樁接高至設(shè)計(jì)標(biāo)高，鋼管樁 之間利用由φ245mm×8mm鋼管組成的聯(lián)結(jié)系，把鋼管樁連成整體以增 加其穩(wěn)定性。承重結(jié)構(gòu)還充分利用了引橋15#墩作為支承點(diǎn)，保證支承結(jié)構(gòu)的 穩(wěn)定。鋼管樁上設(shè)有橫向分配梁，分配梁上安裝兩條連續(xù)的箱型輔助滑道梁，作 為鋼箱梁線形調(diào)整用輔助支承。輔助滑道梁頂部放置鋼墊塊作為鋼箱梁拼裝的支 承點(diǎn)，在15#墩上方的輔助滑道梁上，設(shè)置

6、有步履式頂推裝置。3.1.2臨吋支墩大橋中跨跨度達(dá)到410m,為滿足頂推過程中結(jié)構(gòu)受力和變形要求，在 中跨12#13#墩主塔之間搭設(shè)鋼管樁臨時(shí)墩，全橋共設(shè)6個(gè)臨吋墩，臨吋墩 跨距為55m + 5×60m + 55m,支墩頂面標(biāo)高按半徑r = 6269m圓曲線設(shè)置。 臨時(shí)墩支承結(jié)構(gòu)采用24根φ630mm×10mm鋼管樁，利用dz120振動(dòng)錘 將鋼管樁直接插打至巖層面，再將鋼管樁接高至設(shè)計(jì)標(biāo)高，鋼管樁之間利用由 φ245mm×8rnm鋼管組成的聯(lián)結(jié)系，把鋼管樁連成整體以增加其穩(wěn)定性。臨時(shí)支墩上安裝三層分配梁

7、、高度調(diào)整墊座、頂推裝置等，各層之間的 連接均為螺栓連接。三層分配梁將墩頂所受壓力均勻分配到下部管樁承垂結(jié)構(gòu)， 高度調(diào)整墊座用于頂推過程中的墩頂標(biāo)高調(diào)整及落梁作業(yè)。步履式頂推裝置可實(shí) 現(xiàn)鋼箱梁步履式平移前進(jìn)。3.1.3提梁機(jī)大橋主橋鋼箱梁分為51節(jié)梁段，單節(jié)梁段重量均在190t左右，因此需 在頂推平臺(tái)兩側(cè)各設(shè)置一臺(tái)200t的提梁機(jī)，用于鋼箱梁起吊、縱移、拼裝。提 梁機(jī)主要由下部承重結(jié)構(gòu)和起重小車組成。承重結(jié)構(gòu)由鋼管樁立柱、分配梁、走 行軌道梁等部分組成。立柱采用φ820mm×10mm鋼管樁，利用dz120 振動(dòng)錘直接插打至巖層面，再將鋼管樁接高至設(shè)計(jì)標(biāo)高，鋼

8、管樁之間利用由 φ273mm×8mm鋼管組成的聯(lián)結(jié)系，把鋼管樁連成整體以增加其穩(wěn)定性。 鋼管樁立柱頂部設(shè)置分配梁，分配梁上采用兩片三角形桁架作為起重小車走行軌 道梁，桁架之間設(shè)置橫梁聯(lián)系，桁架梁頂部鋪設(shè)兩條70×40方鋼軌作為走 行軌道，軌距1.4mo起重小車共兩臺(tái)，由主梁、提升系統(tǒng)、走行機(jī)構(gòu)組成。主 梁由兩片三角形桁架組成，桁架之間設(shè)置橫梁聯(lián)系，桁架梁頂部鋪設(shè)兩條 70×40方鋼軌作為提升系統(tǒng)的走行軌道，軌距2.4rm每臺(tái)起重小車主梁上 設(shè)置兩套提升系統(tǒng)，對(duì)稱布置在主梁上，間距20.5m。3.1.4導(dǎo)梁導(dǎo)梁是鋼箱梁頂

9、推大懸壁過墩的保證措施，大橋臨時(shí)墩最大跨度為60m, 為避免鋼箱梁頂推過程產(chǎn)生的撓度過人，必須設(shè)置導(dǎo)梁。根據(jù)現(xiàn)場臨時(shí)墩跨度布 置情況和鋼箱梁構(gòu)造特點(diǎn)，導(dǎo)梁設(shè)計(jì)長度為40m,分4個(gè)節(jié)段，總重約125to 導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)形式采用工型梁桁架形式，為抵消大懸壁吋撓度，導(dǎo)梁由尾端向前端逐 漸減小，尾端梁高4.064m,前端梁高1.193m,節(jié)間間距為(2.5 + 2×14+9.5)m, 縱向布置兩片桁架，桁架間間距與主橋鋼箱梁邊縱隔板一致，兩片桁架之間采用 桁架式橫梁連接形成整體。因?qū)Я涸陧斖七^程中會(huì)受力產(chǎn)生撓度，所以其尾端必 須與第一節(jié)段鋼箱梁前端焊接牢固，確保頂推施工安全。3.1.5頂

10、推設(shè)備大橋鋼箱梁頂推總重量達(dá)9488.7t,頂推距離達(dá)500m,根據(jù)設(shè)計(jì)要求,頂推施工吋設(shè)備應(yīng)滿足最大豎向承載力675t,鋼箱梁順橋向均勻擴(kuò)散長度 ≥4m,頂推施工過程中具有一定的豎向調(diào)節(jié)能力及水平糾偏能力。綜合考慮 設(shè)計(jì)要求，結(jié)合本橋結(jié)構(gòu)形式，鋼箱梁安裝施工吋采用步履式頂推方式進(jìn)行施工, 沿橋方向布置頂推設(shè)備。每兩套步履式頂推裝置為一個(gè)點(diǎn)，對(duì)稱布置于橫橋向箱 梁底部。頂推平臺(tái)、14#交界墩、兩個(gè)主塔各設(shè)一個(gè)點(diǎn)，l1#l6#臨時(shí)墩，每 個(gè)墩上均設(shè)置一點(diǎn)，共10個(gè)點(diǎn)同時(shí)頂推，共需20套頂推裝置。頂推裝置系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)操作和液壓驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)控制，以實(shí)現(xiàn)頂推施工目標(biāo)。頂 推液壓系統(tǒng)為油缸

11、提供動(dòng)力，根據(jù)主控計(jì)算機(jī)的指令，執(zhí)行規(guī)定動(dòng)作。該系統(tǒng)的 特點(diǎn)是采用先進(jìn)的電液比例控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的統(tǒng)一性和同步性，口控制精度 非常高。大橋液壓系統(tǒng)還采用專門模塊設(shè)置了對(duì)每臺(tái)油缸的荷載保護(hù)，使整體同 步頂升和同步下降更加安全可靠。3.1.6頂推控制系統(tǒng)步履式頂推施工過程中，頂推施工的統(tǒng)一性和同步性非常關(guān)鍵，所以必 須嚴(yán)格控制操作過程，考慮到大橋頂推控制點(diǎn)較多，鋼箱梁又設(shè)有縱坡，施工難 度特別大，為保證各點(diǎn)的同步性，大橋采用計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)。集中控制系統(tǒng) 在每個(gè)橋墩上設(shè)有一個(gè)分控制器，分控制器的主要作用是采集傳感器的反饋數(shù)據(jù), 接收主控制器的指令驅(qū)動(dòng)液壓電磁閥，所有采集的傳感器信息通過總線傳送

12、及時(shí) 地反饋給主控制器，主控制器在進(jìn)行分析和處理后，輸出驅(qū)動(dòng)信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì) 整個(gè)系統(tǒng)的集中控制。3.2鋼箱梁就位及橋位焊接3.2.1鋼箱梁運(yùn)輸、提升鋼箱梁在拼裝場地拼裝、涂裝完成后，通過2臺(tái)運(yùn)梁臺(tái)車將成品鋼箱梁 運(yùn)輸至頂推橋位區(qū)。采用提梁機(jī)對(duì)鋼箱梁進(jìn)行提升、吊運(yùn)至頂推平臺(tái)，并將平面 位置和高程調(diào)整到設(shè)計(jì)位置。3.2.2鋼箱梁橋位焊接鋼箱梁吊裝就位前，按照節(jié)段位置在頂推平臺(tái)兩條滑道上放置調(diào)節(jié)支點(diǎn)。 待所有鋼箱梁節(jié)段吊裝至頂推平臺(tái)后，連接鋼箱梁頂板和底板匹配件。鋼箱梁制 造時(shí)已按主橋豎曲線線形進(jìn)行加工和匹配，在進(jìn)行橋位焊接時(shí)將匹配件連接到位 后，僅需對(duì)個(gè)別點(diǎn)位進(jìn)行微調(diào)即可達(dá)到設(shè)計(jì)線形。線形調(diào)整到

13、位后，先焊接鋼箱 梁對(duì)接環(huán)縫，再安裝鋼箱梁內(nèi)肋板、縱隔板嵌補(bǔ)段，每一步焊接完成后均須對(duì)焊 縫進(jìn)行超聲波、磁粉和射線探傷檢測。3.3鋼箱梁頂推大橋鋼箱梁頂推施工過程中最多頂推點(diǎn)達(dá)到20套，為保證頂推標(biāo)高和 線形達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，頂推施工過程中的統(tǒng)一性和同步性尤為重要，所以頂推設(shè)備 是否安裝到位、系統(tǒng)的油路及電路是否連接好都必須進(jìn)行調(diào)試。頂推系統(tǒng)調(diào)試好 后，在液壓泵站的驅(qū)動(dòng)下，可以實(shí)現(xiàn)豎向的頂升下降，順橋向的前進(jìn)后退，以及 橫橋向糾偏。利用頂推系統(tǒng)和臨吋擱置墊梁的交替作用，通過步履式頂推系統(tǒng)的 頂、推、降、縮四個(gè)步驟，可以實(shí)現(xiàn)鋼箱梁的間歇式前移。具體操作步驟為:啟 動(dòng)各墩上的頂推設(shè)備，頂升千斤頂通過控

14、制系統(tǒng)伸缸到設(shè)定活塞行程，將整個(gè)頂 推裝置和鋼箱梁頂起，離開墊梁一段距離，通過控制系統(tǒng)同步控制頂推千斤頂伸 缸，推動(dòng)上滑塊帶動(dòng)鋼箱梁向前移動(dòng)至設(shè)定好的活塞行程位置，鋼箱梁前移，當(dāng) 鋼箱梁移動(dòng)到系統(tǒng)設(shè)定的位移量后(500mm),頂升千斤頂活塞縮缸冋程，使鋼箱 梁落在墊梁上，進(jìn)行力系轉(zhuǎn)換，水平千斤頂回行程到原始狀態(tài)，完成一個(gè)行程頂 推。以此四步步驟動(dòng)作為一個(gè)循環(huán)，反復(fù)此循環(huán)，就可以實(shí)現(xiàn)鋼箱梁的頂推前移 就位。3.4落梁大橋在主橋段設(shè)置2.49%的雙向縱坡，鋼箱梁在頂推過程中的線形與成 橋吋的線形完全不同，整個(gè)頂推過程的監(jiān)控也是以支反力控制為主，標(biāo)高控制為 輔的原則進(jìn)行。因此，主橋鋼箱梁在頂推過程中

15、需根據(jù)主橋鋼箱梁線形不斷調(diào)整 各臨時(shí)墩墩頂標(biāo)高，這也是大橋頂推施工需要克服的一個(gè)難題。落梁作業(yè)是利用 臨吋支墩、主塔、交界墩上預(yù)先布置的高度調(diào)節(jié)墊座及步履式頂推系統(tǒng)配合進(jìn)行。 以臨時(shí)支墩墩頂布置為例，內(nèi)側(cè)支墩為主支墩，頂推裝置設(shè)置在主支墩上，作為 鋼箱梁頂推施工過程中的主支承點(diǎn)，外側(cè)支墩為副支墩，副支墩頂部設(shè)置墊梁, 作為鋼箱梁頂推施工過程中的臨吋支承點(diǎn)，主、副支墩均由40cm、20cm或10cm 的高度調(diào)整墊座組成。落梁時(shí)先將2扒3#、4#、5#臨吋支墩處鋼箱梁統(tǒng)一 頂起至比設(shè)計(jì)線型高1.8m位置，之后按從中跨到邊跨的順序?qū)⒔唤缍仗帲魉?處，1#、6片臨時(shí)支墩處逐點(diǎn)多次落梁至比設(shè)計(jì)線型高1

16、.8m位置，待懸索吊桿 全部張拉完畢后，再按從中跨到邊跨的順序，將所有支墩落梁至監(jiān)控要求標(biāo)高。落梁過程為:首先在墊梁四周焊接4個(gè)吊耳板。頂推裝置上的頂升千斤 頂在主支墩上頂起鋼箱梁，利用導(dǎo)鏈葫蘆將墊梁吊起，從墊梁底部抽取墊座，導(dǎo) 鏈葫蘆下落，將抽取的墊座置于墊梁上部；頂升千斤頂落下，鋼箱梁置于落梁墊 座上，利用導(dǎo)鏈葫蘆將頂推裝置吊起，抽取底部墊座，導(dǎo)鏈葫蘆下落，將抽取的 墊座置于墊梁上部；頂升設(shè)備頂升抽取落梁墊座上墊座，頂升設(shè)備下降，抽取落 梁墊座。如此反復(fù)循環(huán)，直至鋼梁落到設(shè)計(jì)要求。主塔、交界墩上的頂落梁操作方法與臨時(shí)支墩類似，不同點(diǎn)在于，落梁 吋當(dāng)高度調(diào)節(jié)墊座全部拆除后，還需要將步履式頂推

17、系統(tǒng)拆除，利用額外的頂升 千斤頂才能將鋼箱梁降至設(shè)計(jì)標(biāo)高。根據(jù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，起頂點(diǎn)作用在支座或滑道位置，通過逐步調(diào)減高度調(diào) 整墊塊達(dá)到落梁的目的。起頂及落梁時(shí)，為保證安全，利用鋼箱梁的彈性變形, 一次只起落一個(gè)墩頂支點(diǎn)，逐墩起頂落梁，同墩頂支點(diǎn)同步起落，每次落梁的高 度控制在5cm左右。4施工難點(diǎn)及解決措施4.1難點(diǎn)分析頂推施工法以其自身的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種類型的連續(xù)梁、簡支梁施 工。但在人跨度、大坡度橋梁的施工中，因跨中設(shè)有多個(gè)臨時(shí)墩輔助支承，受橋 梁自身線形影響，頂推時(shí)需多次調(diào)節(jié)臨時(shí)墩高度，且坡度越大，調(diào)節(jié)高度越大, 施工難度大且安全性差，因此頂推法較少應(yīng)用于大坡度橋梁施工，技術(shù)上具有相

18、當(dāng)大的難度。人橋鋼箱梁頂推施工經(jīng)過分析，頂推施工過程主要難點(diǎn)在于鋼箱梁 的重量太重，且跨度大、坡度大，頂推過程中鋼箱梁線形控制的難度也很大，同 時(shí)因鋼箱梁成橋線形設(shè)有豎曲線，頂推到位后落梁高度也很大，這些都是需要克 服的難題。4.2解決措施針對(duì)大橋鋼箱梁頂推施工存在的難點(diǎn)，根據(jù)頂推施工過程中的不同工況 在頂推施工前采用midas/civil建立模型，模擬計(jì)算鋼箱梁頂推過程中受力特征 和撓度變化狀況，并對(duì)受力特征和撓度變化狀況給施工帶來的難度進(jìn)行分析。最 終為解決大橋頂推施工面臨的難題，采取對(duì)應(yīng)措施：(1)需要設(shè)計(jì)合理的頂推施工 平臺(tái)。頂推施工平臺(tái)的縱向長度、橫向?qū)挾葷M足鋼箱梁拼裝和頂推施工的要求, 頂推平臺(tái)的基礎(chǔ)、立柱支架及上部縱橫梁都要有足夠的強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定性。 (2)要認(rèn)真設(shè)計(jì)并處理好臨吋支墩、所有頂推系統(tǒng)、橫向?qū)蚣m偏裝置、保證有 足夠的安全儲(chǔ)備，設(shè)置調(diào)節(jié)系統(tǒng)保證滑道頂面與梁底面接觸良好，均勻受力。 要制定詳細(xì)的施工觀測及控制方案，對(duì)拼裝平臺(tái)、臨吋支架、臨時(shí)墩、鋼箱梁各 部位、鋼導(dǎo)梁等都需要進(jìn)行詳細(xì)的觀測及內(nèi)力測試，確保結(jié)構(gòu)的安全。(4)在每 次頂推起動(dòng)吋不平衡，是否存在著水平推力，要驗(yàn)證各結(jié)構(gòu)墩的水平抗推力。(5) 因頂推過程中涉及工況多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力變化快，施工過