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浅析钢箱梁顶推技术在路桥施工中的应用

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一、 工程概况

河南某高速公路地段要设计一四跨一联单箱单室的钢梁公路桥梁, 其中 C 桥跨径布置为(20+32+34+25) m, 钢梁顶板宽 10. 5m, 底板水平宽 5. 5m, 与线路夹角为 135° , 箱梁中心线的梁高 1. 8m, 顶板设有 6%横坡。左侧纵坡 3. 078%, 右侧纵坡 4. 000%, 竖曲线半径为 1850m,平曲线半径为 240m。 桥梁各孔跨的拱度分别为 2mm、 9mm、 11mm 和 6mm, 拱度的线形为圆曲线。 钢箱梁中心线距线路中线 1. 75m。 钢箱梁在工厂加工时分 11 段, 其中第一段长 10. 472m,最后一段长 10. 265m, 其余段均为 9. 22m。

二、 顶推方案

综合考虑当地条件和施工状况, 为使高速公路的双向 8 车道保持畅通, 需搭设临时墩于高速公路的北侧桥位, 将工程分为四段, 由北向南依次实行, 实施顺序为: 第一, 将前导粱和 4 段钢粱拼装在支墩上并顶推 20m; 第二, 连续拼装 2 段钢梁并顶推 30m; 第三, 连续拼装 3 段钢梁并顶推 30m; 第四, 安装最后一个梁段, 顶推 15m 后将前导梁拆除并安装在最后钢梁的末端, 直至顶推到选定位置, 再将导梁拆除, 落梁后, 再利用汽车吊对嵌补梁段进行安装。

三、 顶推施工工艺及方法

1. 顶推施工临时设施

1. 1 临时墩的设计与施工

临时墩主要有两个作用: 既是钢箱梁的拼装平台, 也是钢箱梁进行空间曲线顶推的工具。临时墩在顶推时, 主要承受两个力: 水平力和竖向力。 另外, 在顶推过程中, 钢箱梁的运动轨迹呈凸形竖曲线或平面圆曲线, 所以在设计临时墩的过程中, 不但要考虑水平力和竖向力的最大承载限度, 也要符合两个轨迹的路线要求。 同时, 接送滑板人员的平台、 横向限位装置和顶梁千斤顶的安放位置等因素也需要考虑。

1. 1. 1 临时墩结构
此路桥的临时墩所使用的材料主要是 Q235 钢板和φ 500×8 钢管柱。 在组成 1 组临时墩的 4 根钢管柱之间, 用钢质的 16 槽剪刀撑衔接, 为固定下滑道, 柱顶应设置钢支座。 在拼装钢箱梁的过程中可能需要顶升千斤顶, 也为了加强临时墩的抗推能力, 需在每组支墩的顶部纵向安置 2 根 140 纵梁。 如果临时墩位于桥墩处, 其顶部应使用塑钢连接桥梁支座垫石。
1. 1. 2 临时墩基础

临时墩采用钢筋混凝土扩大基础, 地基的实际承载力一般为 120kpa, 通常情况下, 墩的最大竖向荷载约为 850KN, 中央分隔带处约为 1760KN, 结合这组数据, 可大致确定一般临时墩的 2 个分离式基础, 其尺寸为 4m×2m×1. 2m。 基础混凝土按照 C25 的强度进行配置。在基础混凝土施工过程中, 预埋 M25 地脚螺栓, 使基础与钢管柱连接。 中央分隔带处的临时墩可以充分利用匝道桥承台, 使其发挥最大作用。 确定临时墩后, 要根据顶推状况对其抗倾覆性和承载力进行验算。

1. 1. 3 临时墩布置

在沿线中线径向布置临时墩时, 各组临时墩的平面要与钢箱梁的平面圆曲线轨迹相吻合, 滑道面高程与竖向圆曲线(R=P850m) 轨迹相吻.

 1. 1. 4 支架搭设

参看临时墩的布置图, 利用全站仪对各个临时墩的位置进行测放, 并对地基做有效处理,然后按正常规范浇筑基础 C25 混凝土; 等到混凝土的强度达到某种程度后, 再安装钢管柱,采用 16 槽钢对剪刀撑水和平支撑做纵横向的布置。 临时支墩的安装精度要求: 垂直度不超过 1%: 顶面高程为 0~-10mm。

1. 2 滑动和导向装置

滑动装置主要有上滑块和下滑道两部分。

1. 2. 1 滑道位置

顶推滑道通常设置在腹板下方接近底板处, 腹板下部常设置有三角形加劲肋。 为防止钢箱梁变形, 会在顶推滑道的中心位置设 80cm 的高肋板。

1. 2. 2 上滑块

上滑块是一块 400×200×20 贴聚四氟乙烯的橡胶板, 内部设有两层钢板。 它和下滑板组成顶推摩擦, 依靠顶推千斤顶的作用, 实施钢箱梁的顶推前进。

1. 2. 3 下滑道
下滑道的主要组成部分是滑道梁和下滑板。 滑道梁一般是 2 根 2b 槽钢, 下滑道的有效长度为 2. 0m, 宽度为 30cm。在顶推过程中, 钢箱梁的上滑块如果出现挤压卡住等现象, 则需要起顶钢箱梁。 所以在每侧滑道梁的两旁都设有吊篮, 吊篮内可备放 50t 的液压千斤顶。下滑板是被 1mm 厚不锈钢板包裹的 5 块 500×500×20 钢板。
1. 2. 4 导向装置

导向装置, 也叫横向限位器, 主要由螺母、 钢轴、 垫片和导向轮组成, 它利用螺母和钢轴把导向轮固定在下滑道钢板面上, 主要是为加强横向定位和顶推导向的方便简易性而设立的。

2. 梁段顶推

2. 1 顶推方式

为减轻桥墩承载的水平力, 综合平面曲线和竖曲线顶推的特点分析, 本桥宜用多点拉杆工连续顶推的方式, 将 2 台千斤顶分別固定在 G 匝道 19 号墩、 20 号墩。

2. 2 牵引装置
根据顶推最大水平力, 选择 2 台 ZLD-100 自动连续千斤顶提供水平动力。 位杆采用 3根中φ 15. 24 钢绞线和自动锚具。 拉锚器采用 Q235 钢板组焊而成, 设置在钢梁底横向中心线处的横隔板部位。 拉锚器与钢箱梁板拴接。 钢箱梁加工工时, 事先在底板上打好固定拉锚器的栓孔。
2. 3 分段拼装及顶推
首先安装 G2~G5 4 个梁段和导梁。 将 C2~5 梁段依次吊装在支架上, 并对钢箱梁的线形、 高程进行调整检测, 而后安装前导梁, 将 C2~C5 梁段顶推前移 20m。 接着, 拼装 G6、G7 梁段。 同种办法对 G6、 G7 梁段进行吊装检测, 随后安装钢护栏和翼缘板, 并进行涂装,第二次顶推钢箱梁前进 30m。而后, 吊装 G8~G10 分段, 并顶推 30m。 具体方法同前。 接下来, 先吊装 G11 梁段, 向前顶推 15m, 边顶推边并拆除导梁, 再安装尾梁, 顶推前进 5m, 在钢箱梁达到预定位置后拆除尾梁。然后是落梁, 安装支座。 最后安装最前端的 G1 段。

3. 施工监控

3. 1 横向位移监控

在钢箱梁顶板的中线上, 每隔一定的距离都固定有一小棱镜, 可利用全站仪对不同时间段内的小棱镜进行观测, 根据测出的小棱镜位置来分析横向位移偏差。

3. 2 导梁挠度监控
使用水准仪测量法监测导梁挠度。 在导梁端断面上设横向 2 个测点, 分别对不同位置不同时间进行实测, 将测试结果与提供的挠度值做对比。
3. 3 桥墩、临时墩和钢箱梁的应力监测

将应力计安装在桥墩底部或钢箱梁度板底部等位置, 把测出来的应力和规定值对比。

3. 4 落梁时永久支座反力的监测

把应力计安装在永久支座处, 落梁时监测各永久支座的支反力, 依据测出的结果对支座高程作调整。



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