鋼箱梁頂推設(shè)計(jì)與施工

xx大橋鋼箱梁頂推設(shè)計(jì)與施工一、總體概況；二、鋼箱梁頂推施工方案比選；三、鋼箱梁頂推總體構(gòu)想（鋼箱梁起吊碼頭、組拼平臺(tái)、各臨時(shí)墩、導(dǎo)梁設(shè)計(jì)布置，施工方法）；四、頂推操作細(xì)則、線形監(jiān)控；五、頂推過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法；六、結(jié)束語(yǔ)一、概況：xx大橋是佛山市和順至北滘公路主干線工程的重點(diǎn)工程，主橋?yàn)榫哂惺澜缢胶碗y度的獨(dú)塔單跨四索面自錨式懸索橋。主跨跨越東平水道，跨徑為350m，孔跨布置為（由北往南）：29.6+30m（北岸砼錨跨）+350m（鋼箱梁主跨）+30m+5×40m+39.6m（南岸邊跨砼加勁梁及二孔砼錨跨），主橋全長(zhǎng)680.2m。橫橋向按分開的兩幅橋布置，單幅橋面寬26.1m，主塔采用三柱式矩形塔，兩幅橋共用。主跨主梁采用閉和鋼加勁梁，兩岸邊跨及錨跨采用混凝土加勁梁。在M8號(hào)、M9號(hào)墩頂處主梁設(shè)鋼-砼結(jié)合段有效結(jié)合。通航主跨位于同一豎曲線內(nèi)，豎曲線頂點(diǎn)在跨中K10+227處，頂點(diǎn)標(biāo)高為29.8m，雙向按2%縱坡設(shè)計(jì)，豎曲線半徑采用11500m的圓曲線，橋面設(shè)雙向2%的橫坡，橋面鋪裝采用5cm厚環(huán)氧瀝青混凝土。全橋共4根主纜，每根主纜中含48股平行鋼絲索股，每股含127-φ5.1mm的鍍鋅高強(qiáng)鋼絲，主跨順橋向采用27對(duì)吊索，吊索標(biāo)準(zhǔn)間距為12m，上端采用銷接式，單點(diǎn)雙吊索，下端采用帶連接拉桿的冷鑄錨。鄰近北岸的兩對(duì)吊索為上下帶鉸的剛性短吊索，其余吊索每根用73ф5.1鍍鋅平行鋼絲雙吊索。邊跨不設(shè)吊索，全橋在主纜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換點(diǎn)分別設(shè)主索鞍、散索鞍，6類索夾。二、頂推方案的選定結(jié)合自錨式懸索橋施工特點(diǎn)，主橋鋼箱梁要先與錨跨側(cè)砼箱梁合攏成型后，才能形成一個(gè)大壓桿，承受后期施工貓道主纜等上部結(jié)構(gòu)時(shí)產(chǎn)生的水平力，因此，在主塔施工的同時(shí)，主梁鋼加勁梁、砼加勁梁及錨跨也要同步施工盡早合攏，才能進(jìn)行后續(xù)架設(shè)工作。主跨鋼箱梁一跨跨越東平水道，東平水道屬于西江航運(yùn)干線的組成部分，目前為Ⅱ級(jí)航道，航運(yùn)非常繁忙，通航凈空要求為150X18米，航運(yùn)局要求此處施工河道必須保證兩個(gè)凈距大于60米的航道，由于橋軸線與河流方向斜交（交角約為68度），使得鋼箱梁成型支架在主河槽間距必須達(dá)到78米，傳統(tǒng)的滿布支架吊裝鋼箱梁成型無(wú)法實(shí)施；因?yàn)榇藰驗(yàn)樽藻^式懸索橋，在梁成型之前不能提供可靠的大錨鎖住主纜，很顯然地錨式懸索橋通過(guò)設(shè)在主纜上的吊機(jī)架設(shè)鋼箱梁在此處行不同；如利用主塔兩端對(duì)稱架設(shè)主梁，由于邊跨為不對(duì)稱的砼加勁梁，且額外增加斜拉索，且必須等主塔施工完之后才有可能實(shí)施，經(jīng)濟(jì)上要投入很多，進(jìn)度上也無(wú)法保證工期，經(jīng)過(guò)以上方案的比較，我們采用頂推的方法來(lái)成型鋼箱梁，鋼箱梁頂推方法可以不受主塔、砼邊錨跨施工的制約，可獨(dú)立成一個(gè)施工工序，且也能滿足主河槽78m間距的要求。三、鋼箱梁頂推總體設(shè)置鋼加勁梁采用單箱三室閉和扁平流線型鋼箱梁，單箱橋中心線處梁高3470mm，頂板設(shè)2%單向橫坡，底版水平布置；為頂推需要，箱內(nèi)設(shè)兩道通長(zhǎng)縱腹板，間距為7800mm；頂板有16mm、20mm和28mm三種不同厚度的板，底板有14mm、20mm和28mm三種不同厚度的板，縱隔板厚16mm；箱梁周圈布置“U”肋，間距600mm；沿鋼箱梁縱向3.0米間距布置一道實(shí)腹式橫隔板，在吊桿處采用厚12mm鋼板，無(wú)吊桿處采用厚10mm鋼板；縱隔板和底板相交處進(jìn)行局部加強(qiáng)，以適應(yīng)頂推需要。橋梁外側(cè)設(shè)1米寬風(fēng)嘴和3米寬人行道，橋梁內(nèi)側(cè)設(shè)1.6米寬檢修道。單幅橋鋼箱梁共分31個(gè)節(jié)段制作，分為A、B、C、D、E及鋼-砼結(jié)合段F（近塔側(cè)）、F’（遠(yuǎn)塔側(cè)）共七種型號(hào)梁段，其中D 為標(biāo)準(zhǔn)梁段（共23節(jié)），B、C為標(biāo)準(zhǔn)梁頂?shù)装寮雍窳憾危ü?節(jié)），A、E為與鋼-砼結(jié)合段相連的合攏段，標(biāo)準(zhǔn)梁段B～E長(zhǎng)度均為12米，鋼-砼結(jié)合段長(zhǎng)5.31米，A、E段梁長(zhǎng)分別為8.94米和4.44米。根據(jù)實(shí)際地形，北岸交通便利，且主河槽也近靠北側(cè)，有利于鋼箱梁起吊碼頭的設(shè)置，鋼箱梁組拼平臺(tái)設(shè)在北岸，和對(duì)岸主塔的施工也相互不干擾，由于工期緊張，如組拼平臺(tái)設(shè)在主跨外北砼錨跨側(cè)，則砼錨跨的施工必須要等到鋼箱梁頂推完，勢(shì)必影響整個(gè)工期，基于此種情況，組拼平臺(tái)布置在北岸大堤與M9墩之間，主跨相應(yīng)布置臨時(shí)墩，主河槽內(nèi)臨時(shí)墩間距為78m，整個(gè)頂推系統(tǒng)主跨布置為，從北向南：63.5（組拼平臺(tái)48m、15.5m鋼箱梁提升通道）+32.5m（臨時(shí)墩A）+78m（臨時(shí)墩B）+78m（臨時(shí)墩C）+45m（臨時(shí)墩D）+35.5m（臨時(shí)墩E）+19.5m（鋼砼及合攏段1號(hào)梁合攏組拼支架，整個(gè)主跨內(nèi)頂推結(jié)構(gòu)的頂面標(biāo)高按照頂推線形，也是鋼箱梁制造安裝線形，即R=14843.91m的豎曲線設(shè)置，組拼平臺(tái)、臨時(shí)墩頂面均沿橋軸線3.9m距離，與鋼箱梁頂推兩條縱腹板對(duì)齊布置滑道，為減少鋼箱梁頂推時(shí)鋼箱梁的應(yīng)力和臨時(shí)墩受力，在首節(jié)鋼箱梁2號(hào)梁前端加頂推鋼導(dǎo)梁，48m長(zhǎng)，后期加長(zhǎng)到60m，在橋位下游側(cè)布置了鋼箱梁起吊碼頭，方便將從汕頭制造的節(jié)段鋼箱梁提升上岸，滑移主橋位區(qū)，通過(guò)橋位區(qū)布置的龍門吊將鋼箱梁提升至組拼平臺(tái)，以實(shí)施整個(gè)鋼梁吊裝、組拼、頂推（具體見總布置圖）。根據(jù)擬布置的頂推跨徑和構(gòu)造形式，對(duì)鋼箱梁頂推進(jìn)行全程仿真計(jì)算，每6米一個(gè)工況，共計(jì)算38個(gè)工況，具體如下：根據(jù)以上計(jì)算，按最不利荷載受力設(shè)置各構(gòu)件，組拼平臺(tái)布置在北岸大堤至M9號(hào)墩間，正好在既有公路上，支架在此預(yù)留了8m寬行車道，其余12m寬公路施工期間臨時(shí)占用，支架高20米，按壓力和水平力計(jì)算采用萬(wàn)能桿件支架，基礎(chǔ)為砼擴(kuò)大基礎(chǔ)，有足夠的剛度和強(qiáng)度，表面平整，嚴(yán)格控制基礎(chǔ)沉降，支架兩組主桁間距8m，支架頂面布置2組滑道，間距為7.8m，與鋼箱梁縱腹板對(duì)齊，將來(lái)鋼箱梁頂推前進(jìn)中，兩條縱腹板全截面滑過(guò)支架頂滑道，整個(gè)滑道面線形同鋼箱梁頂推豎曲線一致，在R=14843.9m的豎曲線上，平臺(tái)長(zhǎng)48m，考慮3+1短線法組拼頂推，即在支架前端施工中始終保持有三節(jié)鋼箱梁，每次只一節(jié)鋼箱梁與前三節(jié)組拼，不斷循環(huán)前進(jìn)，鋼箱梁現(xiàn)場(chǎng)的匹配要考慮里程、標(biāo)高、偏位及匹配口焊縫間隙等因素，由于鋼箱梁板間在工廠已焊接成型，吊至組拼平臺(tái)上的鋼箱梁焊接就是兩段梁之間環(huán)焊縫的焊接，組拼平臺(tái)環(huán)焊縫施焊的位置均固定在同一里程處，線形的控制除了支架頂面標(biāo)高準(zhǔn)確外，用龍門吊機(jī)對(duì)待組拼的鋼箱梁粗定位，利用在支架設(shè)置的豎向、橫向千斤頂對(duì)鋼箱梁進(jìn)行精匹配，待標(biāo)高、里程、偏位、梁間隙（控制在6～10mm）調(diào)完后，連接好梁段間匹配螺栓和碼板，處理環(huán)焊縫周圈浮銹打磨，在進(jìn)行環(huán)焊縫的焊接，檢查合格后，向前頂推，進(jìn)行下道工序。臨時(shí)墩的設(shè)置：根據(jù)實(shí)際地形情況，東平水道中布置三個(gè)臨時(shí)墩，即臨時(shí)墩A、B、C，臨時(shí)墩D在堤內(nèi)河床淺灘內(nèi)，臨時(shí)墩E及合龍段平臺(tái)在大堤外緊靠主塔，由于橋軸線與水流方向呈68度夾角，為滿足通航凈距60m的要求，臨時(shí)墩A、B、C三個(gè)墩間距達(dá)到78m，且每個(gè)墩子上下墩位均與水流方向一致，斜交于橋軸線，給施工和頂推構(gòu)造造成相當(dāng)大難度，其中臨時(shí)墩B墩處于主河槽正中，水面常水位為0，河床標(biāo)高為-12m，河床頂層為8m厚細(xì)紗覆蓋層，梁面標(biāo)高為27.2m，B墩豎向壓力為1600t，懸臂自由長(zhǎng)度達(dá)到40m，在水平力160t組用下，這么大受力的頂推臨時(shí)墩在國(guó)內(nèi)罕見，B墩采用了水下φ1.8m鉆孔樁，要求鋼護(hù)筒入河床下10m，水面以上接φ1.2m鋼管柱（壁厚10mm）；其他A、C、D墩為φ1.2m鉆孔樁上接φ1.2m鋼管柱，按樁基m法計(jì)算，考慮鋼護(hù)筒與砼同時(shí)承受彎矩和軸向壓力，單個(gè)墩子8個(gè)樁，橫橋向4.5m，縱橋向6m，且上下兩側(cè)相差3m，按梁柱式結(jié)構(gòu)設(shè)置連接系，水面以上柱內(nèi)填砂以加強(qiáng)臨時(shí)墩剛度和管臂穩(wěn)定。E墩及平臺(tái)為φ0.8m鋼管打入樁。2，頂推時(shí)就是靠不斷塞移滑板使鋼箱梁向前延伸。為減小鋼箱梁頂推時(shí)臨時(shí)墩等各構(gòu)件的受力狀況，在鋼箱梁首節(jié)頂推2號(hào)梁前安裝了鋼導(dǎo)梁，鋼導(dǎo)梁為實(shí)腹式工字型截面，與鋼箱梁兩條縱腹板通過(guò)高強(qiáng)度螺栓連接，在2號(hào)梁處與鋼箱梁等高為3.5m，在48m范圍內(nèi)根據(jù)受力要求變化到1.2m，其截面的選定通過(guò)頂推仿真計(jì)算，每3米一個(gè)工況，根據(jù)導(dǎo)梁所受彎矩和剪力來(lái)反推，根據(jù)計(jì)算，導(dǎo)梁在過(guò)半懸臂在墩外時(shí)，導(dǎo)梁與鋼箱梁連接處彎矩達(dá)到最大，在導(dǎo)梁即將過(guò)臨時(shí)墩時(shí)剪力達(dá)到最大，具體計(jì)算如下：為安裝方便，導(dǎo)梁分四節(jié)，每節(jié)12m在工廠制造，在工地用高強(qiáng)度螺栓連接，另因臨時(shí)墩中心線與橋軸線不垂直，導(dǎo)梁前端兩桁不等長(zhǎng)，相差３m，以便鋼導(dǎo)梁能順利達(dá)到臨時(shí)墩上，首節(jié)為過(guò)臨時(shí)墩需要（計(jì)算導(dǎo)梁在即將到達(dá)前方臨時(shí)墩時(shí)擾度達(dá)80cm），做成雙臺(tái)階型，以利快達(dá)到臨時(shí)墩時(shí)，起頂導(dǎo)梁，以利通過(guò)。四、頂推過(guò)程中線形監(jiān)控、措施：每幅橋均設(shè)一套頂推中央控制系統(tǒng)，主控臺(tái)布置在組拼平臺(tái)處，整個(gè)鋼箱梁頂推指令、開關(guān)均在此，它主要由各臨時(shí)墩上連續(xù)張拉千斤頂，油泵，通過(guò)電路和主控臺(tái)形成一個(gè)閉和控制系統(tǒng)，在頂推過(guò)程中，采用多點(diǎn)頂推。組拼平臺(tái)、各臨時(shí)墩均布置2臺(tái)-ZDL100系列連續(xù)千斤頂，每側(cè)布置6根φ15.24預(yù)應(yīng)力鋼絞線，一端與鋼箱梁底板預(yù)留孔連接，另一端錨固于連續(xù)張拉千斤頂，通過(guò)連續(xù)千斤頂連續(xù)張拉，使鋼梁徐徐前進(jìn)，隨著鋼箱梁頂推前進(jìn)，為使臨時(shí)墩受水平力盡量小，頂推摩擦力與連續(xù)張拉千斤頂張拉力大致相等，各墩子上張拉千斤頂力控要隨著墩子受力而不斷變化，在鋼箱梁每前移一段后，其各墩上張拉力都要根據(jù)豎向壓力進(jìn)行力控的限位，是主控臺(tái)根據(jù)摩擦力大小自動(dòng)調(diào)節(jié)，并通過(guò)油表顯示，各個(gè)墩子張拉千斤頂同時(shí)作業(yè)張拉，整體前進(jìn)，達(dá)到多點(diǎn)頂推的目的，對(duì)水平力限位按摩擦系數(shù)10%考慮，實(shí)際在頂推過(guò)程中，剛啟動(dòng)時(shí)摩阻力較大，摩擦系數(shù)達(dá)到12%，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)維持在4%～5%，每節(jié)段開始頂推時(shí)，先頂進(jìn)5cm，立即停止、回油，再推進(jìn)5cm，再停止、回油，為此反復(fù)三次在正式開始頂推，正常速度為3.5m/h，一段12m長(zhǎng)的鋼箱梁4小時(shí)即可頂推到位。頂推中線偏位的糾正是利用鋼箱梁檢查車的走道作糾偏中心導(dǎo)梁，在組拼平臺(tái)、各臨時(shí)墩上安裝側(cè)向?qū)蜾撦?，鋼輪水平距離可用水平千斤頂調(diào)節(jié)，在鋼箱梁偏位較大時(shí)，在頂推時(shí)對(duì)一側(cè)鋼箱梁水平頂導(dǎo)向鋼輪，糾正中線。各臨時(shí)墩、組拼平臺(tái)的標(biāo)高調(diào)整是在各構(gòu)件預(yù)留的豎向千斤頂實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際在頂推過(guò)程中，臨時(shí)墩標(biāo)高未沉降，此處預(yù)留的豎向千斤頂為后期解決鋼箱梁局部穩(wěn)定而起頂鋼箱梁加橡膠墊塊起到了作用。五、推過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法由于本橋受通航要求，臨時(shí)墩跨度大，使得臨時(shí)墩最大受力達(dá)1500t，由于臨時(shí)墩斜交于橋軸線，相鄰組臨時(shí)墩近側(cè)支點(diǎn)達(dá)到850t，由于鋼箱梁頂推縱腹板為δ=16mm鋼板，要全截面通過(guò)此滑道，其局部壓應(yīng)力很大，臨時(shí)墩A、B、C三個(gè)墩滑道采用了4.5m長(zhǎng)、1.2m寬的箱型墊梁，如鋼箱梁在此滑道平面內(nèi)均勻受壓，是能滿足要求的，首節(jié)2號(hào)鋼箱梁剛頂出臨時(shí)墩A時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)鋼箱梁與滑道面盡管鋪設(shè)滿滑板，但近岸側(cè)有明顯脫空量，且整個(gè)滑板面由于鋼箱梁的不平整度也不能全截面接觸，不能滿足設(shè)計(jì)文件中要保持鋼箱梁局部受壓在全滑面均勻受力，鋼箱梁局部受壓?jiǎn)栴}突出，我們對(duì)鋼箱梁局部受壓在滑道范圍內(nèi)的脫空進(jìn)行了計(jì)算分析，由于主河槽跨徑大，而兩岸跨徑小，造成鋼箱梁過(guò)臨時(shí)墩時(shí)轉(zhuǎn)角不一致，脫空量始終向大跨度側(cè)，具體計(jì)算如下：由于頂推過(guò)程中在臨時(shí)墩支點(diǎn)處轉(zhuǎn)角的不斷變化，鋼箱梁在臨時(shí)墩4m長(zhǎng)滑道面接觸處有嚴(yán)重脫空現(xiàn)象，最大達(dá)7mm，造成鋼箱梁局部受壓穩(wěn)定不夠，存在嚴(yán)重問(wèn)題，為解決這一問(wèn)題，我們?cè)谑┕ぶ胁扇∪缦麓胧?、在墩頂鋼墊梁與分配梁之間墊一層特制橡膠塊，讓橡膠的壓縮