自锚式悬索桥上部顶推施工技术要点
时间：2022-09-29 09:00:07 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张乙彬 张君翼
摘要 以某自锚式悬索桥为依托，对该桥梁上部钢箱梁多点连续顶推施工难点及技术要点进行了分析探讨，对钢箱梁吊运、拼接、多点顶推牵引、顶推线形控制等工艺进行了研究，还对顶推平台、钢导梁、临时墩等大型临时结构设计及施工控制进行探索。结果表明，该自锚式悬索桥全桥纵向钢箱梁连续五段曲线线形控制效果良好，所形成的成套技术成果对于类似工程具有借鉴参考价值。
关键词 自锚式;悬索桥;上部;钢箱梁;顶推施工
中图分类号 U448.25 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）13-0120-03
0 引言
随着我国钢结构桥梁建设规模的扩大，施工技术标准越来越高，施工难度也不断增大，常规吊装施工已经无法适用施工作业面及施工场地狭小方面的要求。这种情况下，顶推滑移技术应运而生，该技术能克服施工条件的限制，充分利用现有条件保证大型钢箱梁施工过程顺利进行。顶推滑移施工的核心是滑移法的应用，即通过滑移作用减少装置摩擦力，并利用钢箱梁结构自重及惯性或其他机械实现滑移，使钢箱梁停留在指定位置并固定安装。该工艺充分利用力学原理，可降低常规吊装施工难度，节省机械设备及人工资源耗用量，提升工效。
1 工程概况
某自锚式悬索桥主梁采用分离式流线型正交异形桥面板扁平钢箱梁形式，顶底板宽度分别为2×21 m和2×15.4 m，设计寬度5 m的钢桁梁布置在中央分隔带内，内腹板内缘梁高3.5 m，顶板处设置2%的横坡。钢箱梁内增设两道纵腹板，构成单箱三室断面形式，采用三跨连续半漂浮支承体系，主缆锚固区钢桁梁连续布置。该自锚式悬索桥钢箱梁标准阶段设计长度为9.0 m，主缆锚固区和塔梁支承区部分特殊梁段中B1～H梁段通过顶推法施工，需要直接将锚固端横梁和A梁节段运输至拼装平台进行现场拼装。考虑到该桥梁结构宽度大，必须分幅进行顶推施工，沿着横桥向各个梁段再分成三部分，两幅钢主梁顶推至设计位置后再将钢横梁焊接处理。
2 施工难点
招投标节段，综合考虑桥梁所在流域水文条件、钢箱梁预制场地及运输情况、施工技术水平、工期控制、体系转换的技术可行性、施工风险，决定对该自锚式悬索桥上部钢箱梁结构的顶推施工实施多点连续顶推[1]。因受到河道水位、水流流速、流量及河水涨落等情况的影响，很难通过常规水路运输钢箱梁至设计安装位置。经过多方论证后，最终确定通过搭设临时施工栈桥、再转运的方式将钢箱梁运输至设计吊装区域。由于运输过程复杂、路线长、钢箱梁结构自重大，故运输施工对栈桥结构稳定性要求较高，考虑到50 t的运梁平车重量和110 t的梁段自重，栈桥设计荷载不得低于160 t。该桥梁建设所在流域强涌潮河段，水文条件复杂，为向桥梁上部钢箱梁顶推施工提供便利条件。
悬索桥上部钢箱梁按照分幅、多点连续的顶推施工工艺进行，势必会造成单幅钢箱梁截面重心持续向与桥梁相邻的道路中心线侧偏斜，无形中增大了中线限位难度。为此项目组进行了可调节水平偏位横向限位技术的研究与开发，将顶推施工期间钢箱梁横向线形偏差严格控制在5 mm以内[2]。并且钢箱梁顶推曲线为五段连续线形设置，复杂性较大，对竖向预拱度等项目存在较大的施工控制难度。为此项目组还设计出可调底座，可较好调整支点竖向标高，并能保证轨道梁和钢箱梁密接，为钢箱梁顶推施工质量控制提供了保证。
3 顶推施工关键技术
3.1 箱梁预制
待完成预制场地开挖后，根据设计图纸，进行1#～8#临时墩基础和墩身浇筑，并确保结构尺寸和预埋件安装的准确性。
预制箱梁时必须按照60 cm的横纵向间距搭设满堂脚手架，为保证梁底平整度，使用了优质竹胶板底模板，并在底模板下铺厚度5 cm的跳板，跳板下再按照60 cm×60 cm间距铺长400 cm、宽15 cm、高12 cm的方木。为达到应对支架非弹性变形的工程目的，确保梁底平整度，还应进行支架预压。箱梁预制前预埋导梁段和后锚装置，在此基础上进行箱梁钢筋的绑扎施工以及浇筑混凝土。
9#～10#临时墩分别位于1#、2#永久墩和2#、3#永久墩中间，9#～10#临时墩为钢管墩设计，主要起到支撑1#～3#墩间串联桁架梁并控制桁架梁跨度的作用。临时墩立柱钢管壁厚10 mm、外径299 mm，立柱横桥向和纵桥向间距分别为1.5 m和4.0 m。9#～10#临时墩均采用尺寸为5.5 m×2.5 m×2.0 m的扩大基础，9#和10#临时墩墩高分别为10.5 m和19.5 m。墩身采用钢管立柱设计，以4根φ299×10 mm的钢管为立柱。临时墩柱脚和预埋件基础牢固焊接，临时墩上部则和墩身桁架梁钢管焊接，增强结构稳定性。
3.2 施工设备选型
该桥梁应用顶推法施工的B1～H梁段单幅桥重量为4 724.5 t，结合《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2020）具体要求，单幅桥梁水平千斤顶顶推力最大可达365 t，故在每个临时墩和索塔横梁上分别设置2台安全系数3.6的ZLD100型自动连续顶推千斤顶。施工时，使用型号为ZLD100的具备自动持续顶推功能的泵站系统，此系统主要由与之配套设置的连续千斤顶、泵站、主控制台和电路构成。
拼装好的钢箱梁底板上设置拉锚器，并预留螺栓孔，全部钢绞线从索塔横梁上千斤顶和钢箱梁上拉锚器之间穿入，借助锚具锚固于拉锚器，再通过M30高强螺栓拉锚器和钢箱梁连接;采用人工方式将钢绞线收紧，并保证钢绞线松紧程度完全一致，以便于顶推过程中千斤顶拉力均匀。所用钢绞线直径φ15.24 mm、强度等级1 860 MPa，为消除牵引期间扭转应力的不利影响，钢绞线按照左右旋结构设置。待结束顶推施工后，将拉锚器拆除，再通过特制螺栓填充孔洞。对于梁段数量较多的情形，为减少临时墩所承受的水平力，必须针对钢导梁到达并支撑的墩展开张拉牵引。在开始初始阶段的顶推施工后，先通过两组千斤顶向钢箱梁施加顶推力，待顶推至边跨临时墩时再由全部千斤顶继续向钢箱梁结构施加顶推力，可实现多点顶推施工。
顶推施工时导梁各截面受力从根部开始逐渐减小，钢导梁根部位于临时墩顶时对应根部最大剪力工况，此时剪力值为1 623 kN。为应对顶推过程中钢导梁剪力变动，应将钢导梁第四节段从上至下上翘15 cm，便于钢导梁和下一跨临时墩墩顶轨道梁顺利搭接。
3.3 布置临时墩滑道
滑道应当布置在各临时墩、顶推平台顶和索塔横梁处，滑道为两条平行设计，设置间距7.9 m，并以钢箱梁纵向隔板中心为滑道中心。30 mm厚的滑道钢板应和墩顶预埋件满焊连接，并将一层2 mm厚的不锈钢板包裹在滑道钢板外侧，其上再铺设抗压强度至少为30 MPa的长40 cm、宽30 cm、高3 cm的四氟乙烯滑块，滑块和不锈钢板之间涂抹硅脂油。顶推平台上滑道使用三根H700×300型钢按照69.8 m的长度通长设置;索塔横梁及各临时墩顶滑道则采用5.3 m长、1.2 m宽、0.916 m高的焊接式钢箱轨道梁结构，轨道梁顶焊接表面粗糙度不超出5 μm的不锈钢板，并在滑道进出口处分别设置圆弧段。
为确保钢箱梁底板和滑板接触面摩擦系数符合设计要求，应在各滑道分别配置8块滑板材料，其中6块为承压滑移滑板，2块为轮换滑块。安装滑道时必须严格按照设计顶标高进行精度控制，平整度偏差不得超出1 mm;滑道底设置竖向起顶装置，一旦出现临时墩沉降等紧急情况，则应将滑道临时起顶至设计位置。
3.4 顶推系统调试
待将顶推系统安装完成后，为保证系统稳定、安全，必须实施空载试验，分别进行前进、停止、回退、停止等顶推操作，检查顶推系统运行的稳定性。液压系统空运转往复至少五次，检查系统是否面临停滞、突进、冲击等问题。应用降压法具体进行负载试验，并将活塞杆伸出长度严格控制在系统设计张拉行程的2/3以内，待将试验压力升高至公称油压后迅速关闭系统截止阀，测量此时所对应的油缸油压压降，将300 s内的油压压降值严格控制在1 N/m2以内。结束顶推系统调试后调节溢流阀，严格控制压力的情况下进行钢绞线穿束，穿束完成后再恢复压力。
3.5 连续顶推施工
标准梁段在分级调压、集中控制、差值限定的原则下，展开多点千斤顶连续顶推施工。施工时钢箱梁放置在轨道梁上，并在聚四氟乙烯橡胶滑板增设在钢箱梁和轨道梁之间，并在橡胶滑板下均匀涂抹硅脂油以减小摩擦;千斤顶运行后，借助拉锚器以及与之相配套的拉索等组合结构，按照设计要求施加预应力，从而在这一过程的带动梁体向前移动。顶推平台滑道分别设置在各节段钢箱梁前后端;同时根据顶推线形在橡胶滑板上布设钢楔块，以进行钢箱梁顶推线形位置调节。
钢箱梁连续顶推过程中，还应结合工况支点反力进行摩擦力估算，保证估算结果和油压表数值的匹配性。对梁体中线偏移及墩顶横纵向位移展开观测，以允许偏位为最大偏位，按照设计要求进行千斤顶拉力重新调整后再恢复顶推。考虑到该悬索桥临时墩均设置水平预应力对拉索，故顶推过程中墩顶水平纵向位移并不大。
3.6 钢箱梁线形控制
钢箱梁顶推施工过程中必须加强线形控制，保证施工技术切实可行的基础上还应加强过程观测。考虑到该自锚式悬索桥单幅钢箱梁截面重心向道路中心线侧偏斜，故中线限位存在较大难度，为此项目组自主设计出水平偏位全自动调节的横向限位技术，可将横向线形偏差控制5 mm以内。该自锚式悬索桥钢箱梁顶推线形复杂，属于五段连续曲线，存在较大的施工控制难度，顶推梁段竖向预拱度最大和最小值分别为236.8 mm和−5.4 mm。为此，项目组还设计出可调节支座，以便能根据钢箱梁顶推施工实际进行支点竖向标高的调整，在此基础上，将两块橡胶垫块增设在轨道梁两端，通过较好地适应变形，确保轨道梁和钢箱梁密接。
顶推施工平台上所设置的钢箱梁，其拼接施工过程中线形调整通常借助事先安装于钢箱梁和滑板之间的钢楔结构以及横向限位器、支墩顶竖向千斤顶、可调支座实现。
3.6.1 中线限位
考虑到该自锚式悬索桥单幅钢箱梁截面重心向道路中心线侧偏斜，故应将项目组所研制的可调偏位限位装置设置在靠近道路中心线侧的临时墩上，横向限位装置中的钢绞线和钢结构分别抵抗钢箱梁顶推施工期间所产生的纵向推力和横向推力[3];滑槽内导向轮横向限位则通过千斤顶进行调整和纠偏。为满足限位要求，必须横向限位装置和临时墩分配梁牢固焊接，导向钢轮安装在上部，钢箱梁前端110 m范围内设置中线限位装置。
3.6.2 标高限位
考虑到该悬索桥钢箱梁顶推线形为五段连续曲线，必须在顶推施工期间借助竖向千斤顶和可调支座调整临时墩支承标高和反力，每次调整1～3个临时墩位，临时墩支承标高调整范围严格控制在−70～90 mm，并保证轨道梁始终与钢箱梁紧密贴合。为适应结构变形，将按照设计尺寸预制的橡胶垫块垫设在轨道梁两端。为进行标高调整，还应在单幅桥各临时墩轨道梁两端下方增设4台竖向千斤顶，待将钢箱梁竖向标高调整至设计位置后安放可调支座，并从侧面抽出千斤顶。按照这种设计，由橡胶垫块、钢垫块和钢楔所组成的可调支座的调节范围能达到−15～25 cm，设置情况具体见图1。
3.6.3 顶推限位
该自锚式悬索桥上部钢箱梁顶推施工时很容易发生中线偏位，必须采取有效措施加以控制。钢箱梁拼装好后还应及时在其前端导梁、索塔横梁等处安装侧限，保证钢箱梁顶推期间能沿着既定轨道前行;此后，应依次在各临时墩上安装侧限，避免顶推施工期间钢箱梁中线跑位。一旦在顶推施工过程中发生中线偏差，则必须在钢箱梁顶面增设测量点，同时地面既定位置增设全站仪，随着顶推进程进行中线偏差的跟踪测量;同时，按照偏差值大小将中线偏差相反方向的侧限放松，顶推时增大另一侧侧限，确保顶推过程中逐步将钢箱梁调整到位[4]。顶推期间偏位调整属于经常性工作，较小的偏位通过千斤顶即可纠正，而较大偏位只能暂停顶推，采取有效措施纠偏后再恢复顶推。
该自锚式钢箱梁顶推曲线线形五段连续，故单幅桥顶推时主要通过可调支座和支点处竖向千斤顶调整临时墩顶标高，为满足设计顶推线形，必须将墩顶标高调整范围控制−70～90 mm。待钢箱梁顶推到位后，必须选择气温相对稳定的环境进行一次线形复测，以防止因过大温差及外界荷载而影响墩顶标高控制效果。
4 结论
该工程实践表明，自锚式悬索桥上部钢箱梁顶推施工过程中，通过变截面钢管桩的使用、通过钢绞线连接临时墩以抵抗水平推力等措施的应用，既使结构安全性和使用寿命显著提升，又节省临时结构钢材至少800 t，按照工程所在地钢材市场价格换算，施工成本降低600万元左右，工期提前15 d，带来了显著的经济效益和社会效益。此外，該悬索桥钢箱梁顶推曲线线形为五段连续，施工期间为保证轨道梁与顶推线形的适应性，有效控制钢箱梁底板应力，轨道梁下方增设橡胶垫块，该措施技术简单，成本节省，顶推线形控制效果较好，值得推广应用。
参考文献
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