山區(qū)大跨度拱梁組合體系鋼橋頂推施工工法

1山區(qū)大跨度拱梁組合體系鋼橋頂推施工工法隨著國內(nèi)公路運輸大發(fā)展，新建公路跨線、跨路、跨河等施工越來越頻繁。尤其當(dāng)所跨河流比較湍急，雨水較多防汛要求較高，跨線施工長度大時，為盡量減少簡支梁（系桿拱）工廠制作、線外安裝成型后，再利用頂推施工就位就成了一種合理可行的方法。步履式頂推工藝在安全性能、實時監(jiān)測能力、避險能力、對主梁的受力和線型控制能力方面均具有更大優(yōu)勢。此外，因步履式頂推中主體結(jié)構(gòu)受力更佳，故在實際工程中可減少用鋼量，從而可降低工程造價，實現(xiàn)工程的優(yōu)質(zhì)優(yōu)價。如今，步履式頂推法己越來越多的應(yīng)用在大跨鋼結(jié)構(gòu)橋梁中并獲成功，適用于我國復(fù)雜地形的大跨度橋梁建設(shè)。本項目地處復(fù)雜多變的山區(qū)自然環(huán)境條件，拼裝場地狹窄、頂推跨徑較大，同時拱梁組合橋梁整體頂推中撐壓桿、導(dǎo)梁等臨時構(gòu)件的設(shè)置對結(jié)構(gòu)的安全性起到至關(guān)重要的作用，對結(jié)構(gòu)的空間受力性能要求較高，傳統(tǒng)頂推工藝無法很好解決上述難題。為此，在吸取各方面的實踐經(jīng)驗和在局、公司內(nèi)外專家的指導(dǎo)下，中交三公局云南省怒江渡口大橋項目部在怒江渡口大橋施工中，經(jīng)過共同研究，多方優(yōu)化，針對山區(qū)地形超大頂推跨徑（單跨頂推100m系鋼橋施工，制定了詳細(xì)的施工工藝和操作流程，發(fā)明了基于承壓桿和長導(dǎo)梁的拱梁組合結(jié)構(gòu)體系二次頂推工藝，實現(xiàn)了狹窄場地拼裝、超大懸臂頂推，并通過頂推22.1.1頂推法施工采用工廠化預(yù)制，結(jié)2.1.2頂推法施工節(jié)省施工用地，橋梁節(jié)段固定在一個場地預(yù)制，便于施工管2.1.3作業(yè)場所限定在一定范圍內(nèi)，可于作業(yè)場上方設(shè)置頂棚而使施工不受天2.1.4機(jī)具設(shè)備簡便，可多次周轉(zhuǎn)重復(fù)利用，施工平穩(wěn)無噪聲，無需大型起吊2.1.5頂推法施工可在深谷和寬深河道上的橋梁、高架橋以及等曲率曲線橋、2.1.7步履式頂推設(shè)備復(fù)雜，對施工現(xiàn)場條件要求高、操作精度要求高，需要2.1.9主系梁、導(dǎo)梁在頂推過程中能承受較大的拉應(yīng)力和局部壓力。頂推過程在臨時墩上完成，為防止在長時間的頂推過程中出現(xiàn)意外，需對臨時墩拱梁支撐進(jìn)復(fù)雜多變的山區(qū)自然環(huán)境條件，實現(xiàn)狹窄場地拼裝、超大懸臂頂推，并且采用自動尤其適用于復(fù)雜多變的山區(qū)自然環(huán)境條件，實現(xiàn)狹窄場地拼裝、超大懸臂頂推，對橋梁頂推施工法是橋梁施工中常用的一種方法。頂推法是指在橋臺后設(shè)置拼裝場地，事先在拼裝場地上分節(jié)段或整體對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝或者現(xiàn)澆，同時設(shè)置臨時墩、導(dǎo)梁、滑道以及頂推設(shè)備，通過頂推設(shè)備如步履式頂推器將橋梁分節(jié)段或整體沿滑道向前頂推直至達(dá)到相應(yīng)位置，如果分節(jié)段頂推，則再重復(fù)上述操作進(jìn)行依工思路，拱橋的鋼箱梁和鋼拱根據(jù)設(shè)計圖紙在工廠分節(jié)段制造，隨后將其運至橋址并在現(xiàn)場拼裝、焊接鋼箱梁及鋼箱拱，設(shè)置頂推臨時剛性支撐，隨后施工承臺及橋圖5.1.1施工工藝流程拼裝平臺采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，立柱采用圓焊管，頂部鋼梁采用H型鋼，沿主系梁底搭設(shè)兩條拼裝支架，拼裝支架長度為144米。鋼橫梁拼裝平臺設(shè)置在橫梁兩端，5圖5.2.1L2臨時墩示意圖鋼拱橋頂推共設(shè)置8組頂推設(shè)備，其中4組頂推設(shè)備分別設(shè)置在永久墩上，其圖5.2.2頂推場地立面布置圖頂推設(shè)備沿縱橋方向布置，1個頂推系統(tǒng)的豎向頂升力為6×200噸，最大縱向6在頂推裝置與鋼箱梁底之間設(shè)鋼墊梁，以分散鋼箱梁底支反力，鋼墊梁縱向長圖5.2.2-2頂推設(shè)備橫斷面臨時墩布置圖圖5.2.2-3頂推設(shè)備墩（臺頂）橫斷面布置圖圖5.2.2-4頂推單位平面布置圖7圖5.2.2-5頂推單位縱向布置圖場，在施工現(xiàn)場進(jìn)行節(jié)段組拼，利用拱橋系梁、橫梁進(jìn)行配重頂推至臨時墩。鋼導(dǎo)圖5.2.3-1導(dǎo)梁大樣圖圖5.2.3-2鋼導(dǎo)梁平聯(lián)圖5.2.3-3鋼導(dǎo)梁T型撐梁圖5.2.3-4鋼導(dǎo)梁主梁前段9圖5.2.3-5鋼導(dǎo)梁主梁后段鋼箱梁節(jié)段拼裝完成后，安裝頂推設(shè)備進(jìn)行鋼箱梁頂推施工。頂推裝置布置原則是在需要布置頂推設(shè)備的各墩分配梁上布置2個小頂推單元，按橋梁中線對稱布頂推設(shè)備安裝完成后，連接好系統(tǒng)的油路及電路，進(jìn)行調(diào)試以保動模式運行下，執(zhí)行元件按設(shè)定的運動方式運行。聯(lián)機(jī)調(diào)試時，啟動泵站，選擇手動運行模式，在主控臺操作面板上控制執(zhí)行元件伸缸或縮缸動作，檢查其進(jìn)行的動作是否正確，調(diào)節(jié)行程檢測裝置的檢測元件，使檢測系統(tǒng)手動試機(jī)完成后，選擇自動模式系統(tǒng)，檢查系統(tǒng)各千斤頂?shù)膭幼鲄f(xié)調(diào)性及同步性。如不滿足設(shè)計要求，應(yīng)認(rèn)真查找原因，排除故障，待系統(tǒng)的動作完全協(xié)調(diào)圖5.2.5-1鋼導(dǎo)梁頂推步驟一圖5.2.5-2鋼導(dǎo)梁頂推步驟而圖5.2.5-3鋼導(dǎo)梁頂推步驟三圖5.2.5-4鋼導(dǎo)梁頂推步驟四圖5.2.5-5主橋頂推步驟一圖5.2.5-6主橋頂推步驟二圖5.2.5-7主橋頂推步驟三圖5.2.5-8主橋頂推步驟四升，驗證計算頂升力。調(diào)整各墩墊梁、滑塊與主梁間的間隙一致，確保體系轉(zhuǎn)換時豎向千斤頂同步落梁，將主梁受力轉(zhuǎn)換到擱梁座上；啟動水平千斤頂以計算頂手動操作頂推系統(tǒng)頂推主梁滑移后，轉(zhuǎn)換至自動運行模式，進(jìn)行主梁的自動連頂推過程中，通過調(diào)整各墩上的支撐油缸、墊塊將鋼箱梁在該點上的標(biāo)高調(diào)到規(guī)定標(biāo)高。然后重復(fù)頂推鋼箱梁，此時要保證墩上的頂推油缸在設(shè)定壓力上保證位頂推過程中鋼箱梁的線型、受力狀態(tài)與成橋時完全不同，整個頂推過程的監(jiān)控應(yīng)以支反力控制為主，標(biāo)高控制為輔的原則進(jìn)行。因此每輪頂推前依據(jù)監(jiān)控指令，明確該輪頂推鋼箱梁所經(jīng)墩臺的豎曲線變化范圍（即標(biāo)高變化值）及箱梁許用支反各支墩需布置豎向千斤頂及臨時支墊。因鋼箱梁自重使鋼導(dǎo)梁前端下?lián)?，?jīng)過計算分析最大值將達(dá)78cm，故當(dāng)導(dǎo)梁前端臺階（第一節(jié)）臨頂起導(dǎo)梁，采取導(dǎo)梁過墩措施，待導(dǎo)梁平穩(wěn)落頂就位于頂推設(shè)備上，然后再開始正頂推過程中要對各個階段進(jìn)行監(jiān)控，并通過有限元進(jìn)行相應(yīng)階段的分析，選取圖5.2.5-9頂推起始階段位移圖5.2.5-10最大懸臂階段位移圖5.2.5-11拆除輔助墩階段位移完成永久支座的安裝。將鋼箱梁落在前后墊塊上，移除步履式千斤頂，安裝支座，可直接利用步履頂進(jìn)行落梁。若落梁高度較高，可將每個1200t步履頂小單元圖5.2.7-10#臺落梁千斤頂布置圖5.2.7-21#墩落梁千斤頂布置表5.3.1施工人員數(shù)量表序號工種數(shù)量備注1現(xiàn)場主管12技術(shù)人員23測量員44安全員35預(yù)處理工56數(shù)控工87冷作工89打磨工輔助工40序號工種數(shù)量備注起重工4行車工4起運工4折彎技工沖砂油漆工吊車司機(jī)3技術(shù)工種5普工5后勤2合計200表6.1.1主要機(jī)械設(shè)備表序號名稱單位數(shù)量備注1板材校平機(jī)臺1加工2叉車臺1加工3電動平板車臺2加工4端面銑床臺1加工5多頭直條氣割機(jī)臺1加工6焊接操作機(jī)臺1加工7拋丸清理機(jī)臺1加工8數(shù)控立式升降臺銑床臺1加工9數(shù)控切割機(jī)臺1加工雙梁半門式起重機(jī)臺2加工雙懸臂式焊接機(jī)臺1加工雙懸臂式埋弧焊機(jī)臺1加工相貫線切割機(jī)臺1加工蓄電池軌道平車臺2加工150t履帶吊臺1臺1臺1運輸車輛臺2150kw發(fā)電機(jī)臺130kw發(fā)電機(jī)臺28kw發(fā)電機(jī)臺2序號名稱單位數(shù)量備注ZLD100-200連續(xù)頂推千斤頂臺8頂推ZLDB（改）液壓泵站臺8頂推HLDKA-2-12總控柜套2頂推YTDK-2-12總控柜臺2豎向調(diào)整YDG3000S-200頂舉千斤頂臺48豎向調(diào)整YTB-B閥體柜臺豎向調(diào)整YDC240Q千斤頂臺3張拉備用工具接近開關(guān)組件（HLDKA）套XL-LJA12M-5N1控制電纜米高壓油管M16米壓力傳感器SCB311個位移傳感器PTIMA-50-FR-420E個壓力表件百分表件1t單鏈電動葫蘆臺4吊裝、牽引鋼絞線2t單鏈?zhǔn)掷J臺55t單鏈?zhǔn)掷J臺55t卷揚機(jī)臺2鋼絞線牽引405t鋼絲繩米412t卷揚機(jī)臺2鋼絞線牽引422t鋼絲繩米50043手拉胡鏈件44電焊機(jī)臺5454X2.5電纜線捆546氣割設(shè)備套547砂輪機(jī)臺248臺式切割機(jī)臺349手提切割機(jī)臺3支座墊板處每處70cm，0.8m2要實現(xiàn)頂推施工的同步運行，一套計算機(jī)控制系統(tǒng)是必不可少的，計算機(jī)控制根據(jù)本橋頂推施工要求和頂推工作原理，擬采用下圖所圖6.2.1頂推液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)全橋共設(shè)置8套液壓系統(tǒng)，用一套計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一控制。每套液壓系置，通過動力電纜和控制電纜與各分控制箱相連接，分控制箱通過控制線與計算機(jī)頂推裝置處同時安裝縱向、橫向和豎向的位移計，位移計通過信號電纜與各分控箱連接，并匯總到總控箱，便于計算機(jī)的檢測和處理，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高軟件系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的核心，包含主控部分和偏差糾正部分，其控制簡要表6.2.2步履式頂推裝置主要性能參數(shù)表序號項目性能參數(shù)1頂升能力1200t2頂推能力3頂升行程0～150mm頂推行程0～500mm4頂升同步性最大同墩位移差≤2mm最大異墩位移差≤4mm5頂推同步性最大同墩位移差≤3mm最大異墩位移差≤5mm6頂落同步性最大同墩位移差≤3mm最大異墩位移差≤5mm7動力源液壓泵站（整機(jī)功率：6.5KW/臺）8整機(jī)重量（含千斤頂）5230Kg9工作環(huán)境溫度步履式頂推系統(tǒng)主要由步履頂推設(shè)備、液壓泵站頂推設(shè)備由滑箱和滑道結(jié)構(gòu)部分、頂升千斤頂、平移千斤頂及糾偏裝置等幾部分組成?；涞酌姘惭b有四氟板，與滑道上的不檢驗項目判別標(biāo)準(zhǔn)檢查范圍檢查方法表面裂紋不容許焊縫全長焊瘤不容許焊縫全長咬邊主要構(gòu)件垂直于主應(yīng)力方向≤0.3mm平行于主應(yīng)力方向≤0.5mm焊縫全長焊規(guī)次要構(gòu)件≤0.5mm表面氣孔、夾渣不容許焊縫全長焊坑主要構(gòu)件不容許焊縫全長目視、焊規(guī)次要構(gòu)件每米≤3個，且直徑≤1mm的三個算作1個焊道表面凸凹每25mm高低差<3mm焊縫全長焊規(guī)、尺電弧擊傷原則上不容許。一旦發(fā)生，應(yīng)修磨焊縫全長角焊縫焊腳尺寸及喉高+3mm-1mm焊縫全長焊規(guī)對接焊縫余高不鏟磨余高的對接焊縫，焊縫寬度b≤20mm時，余高≤2.0mm；焊縫寬度b＞20mm時，余高≤3.0mm焊縫全長尺、焊規(guī)不低于母材0.3mm余高≤3.0mm焊縫施焊24小時，經(jīng)外觀檢驗合格后，再進(jìn)行無損檢驗。對于厚度大于30mm超聲波探傷采用超聲波探傷儀，探傷標(biāo)準(zhǔn)按《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探檢查；底板處進(jìn)行10％X射線探傷檢查，若發(fā)現(xiàn)一處有質(zhì)量問題，則進(jìn)行20％X射表7.1-1鋼箱梁頂推施工允許偏差項目允許誤差（mm）梁軸線偏位臨時墩頂縱向位移梁底標(biāo)高表7.1-2落梁施工允許偏差項目允許誤差落梁反力10%設(shè)計反力相鄰墩各頂點高差5mm同墩兩側(cè)梁底頂起高差2mm墩臺處梁底標(biāo)高±10mm7.2.1為了控制頂推施工質(zhì)量，施工開始前，應(yīng)編寫詳細(xì)的施工操作作業(yè)指導(dǎo)書，對參加施工的全體人員進(jìn)行技術(shù)交底，認(rèn)真執(zhí)行經(jīng)業(yè)主及監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的施7.2.3所有用于現(xiàn)澆系桿梁的材料應(yīng)符合要求，材料應(yīng)進(jìn)行有效標(biāo)識，并可以7.2.4頂推裝置安裝時，嚴(yán)格控制各支點高程和錨固設(shè)施，滑道梁頂面平整度要滿足施工設(shè)計要求，滑道梁拼接縫處拼接板摩擦面、高強(qiáng)螺栓要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)為了確保鋼箱梁最終成橋后符合設(shè)計的線型要求和應(yīng)力狀態(tài)，需要對拼裝頂推在頂推過程中雖然不能保證摩擦力達(dá)到一致，但可通過千斤頂?shù)耐絹肀ＷC位當(dāng)頂升千斤活塞伸出將箱梁頂起后，頂推千斤活塞伸出將梁頂推前移，此過程頂推千斤頂?shù)慕y(tǒng)一動作之外，還必須保證所有頂推千斤頂每行程的同步。其控制策頂伸缸較快，則減小相應(yīng)的流量，反之，則增大相應(yīng)的流量。不同橋墩上水平頂推之比較，若哪臺頂伸缸較快，則減小相應(yīng)的流量，反之，則增大相應(yīng)的流量，從而實現(xiàn)所有水平頂推頂?shù)耐?。此過程同步精度各墩之間可控制在5mm由于每臺頂推千斤頂上安裝一個用于監(jiān)視載荷變化壓力變送器，通過現(xiàn)場控制器或主控臺上的面板可設(shè)定每臺頂?shù)淖罡邏毫巴粯蚨丈蠋着_頂?shù)淖畲髩翰?，計算機(jī)通過監(jiān)測每臺頂?shù)妮d荷變化情況，準(zhǔn)確地協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的載荷分配。如果某臺頂?shù)妮d荷達(dá)到設(shè)定的最高壓力或同一橋墩上幾臺頂?shù)淖畲髩翰畲笥谠O(shè)定值時，系統(tǒng)當(dāng)豎向頂升千斤頂活塞伸出時將箱梁頂起，此過程主控臺除了控制集群頂升千斤頂?shù)慕y(tǒng)一動作之外，還要通過安裝在箱梁和墊梁之間的位移傳感器檢測頂升的高度，保證兩側(cè)頂升千斤頂?shù)耐健？刂撇呗詾橐云渲幸粋?cè)為基準(zhǔn)，兩側(cè)位移差控制在設(shè)定范圍內(nèi)，若跟隨側(cè)頂升高度較大，則減小該頂?shù)牧髁?，反之，則增大該頂?shù)漠?dāng)豎向頂升千斤頂回縮時頂活塞和梁下降并再次落到頂推裝置支架上。此過程主控臺除了控制集群頂升千斤頂?shù)慕y(tǒng)一動作之外，還要通過安裝在箱梁和墊梁之間的位移傳感器檢測頂升的高度，保證兩側(cè)頂升千斤頂?shù)耐??？刂撇呗詾橐云渲幸粋?cè)為基準(zhǔn)，兩側(cè)位移差控制在設(shè)定范圍內(nèi)，若跟隨側(cè)頂升高度較大，則增大該頂?shù)牧c的荷載。通過現(xiàn)場控制器或主控臺上的面板可設(shè)定每個受力點的最高壓力及同一橋墩上各受力點之間的最大壓差，計算機(jī)通過監(jiān)測各受力點的載荷變化情況，準(zhǔn)確地協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的載荷分配。如果某個受力點的載荷達(dá)到設(shè)定的最高壓力或同一橋墩上各受力點之間的最大壓差大于設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動兩側(cè)主桁前端架設(shè)菱鏡，通過全站儀在頂推過程全程監(jiān)控，以頂推裝置限位檢測裝置為輔，當(dāng)主梁偏移量大于設(shè)計安全值，應(yīng)停止頂推，通過手動操作，調(diào)整軸為保證主橋線性滿足設(shè)計及規(guī)范要求，在頂推過程中根據(jù)監(jiān)控指令調(diào)整各個臨位移觀測主要是梁體的中線偏移和墩頂?shù)乃?、豎向位移，在頂推過程需用千斤頂及時調(diào)整。墩頂位移觀測非常重要，根據(jù)設(shè)計允許偏位作為最大偏位值，換算坐標(biāo)，從施力開始到梁體開始移動連續(xù)觀測，一旦位移超過設(shè)計計算允許值則立即各墩頂推力的大小是根據(jù)摩阻力的大小調(diào)節(jié)，并通7.3.5每次頂推，必須對頂推的梁段中線進(jìn)行測量，并控制在允許范圍以內(nèi)；7.3.7頂推時，應(yīng)派專人檢查導(dǎo)梁及箱梁，如果導(dǎo)梁構(gòu)件有變形、螺絲松動、導(dǎo)梁與鋼箱梁聯(lián)結(jié)處有變形或箱梁局部變形等情況發(fā)生時，應(yīng)立即停止頂推，進(jìn)行7.3.9頂推到最后梁段時要特別注意梁段是否到達(dá)設(shè)計位置，須在溫度穩(wěn)定的8.1.2安全員及設(shè)備管理人員，應(yīng)經(jīng)常檢查設(shè)備的完好狀況，確保工具、設(shè)備的安全裝置靈敏、可靠，特別是用電設(shè)備的漏電保護(hù)裝置必須良好可靠，還必須由8.1.4高空作業(yè)時，搭設(shè)的施工平臺要求平穩(wěn)、安全、周圍設(shè)置防護(hù)欄或安全網(wǎng)，且高度適合施工，所有放置在高空的設(shè)備、機(jī)具，必須放置在指定地點，避免把持牢固，所有機(jī)動工具放在袋（桶）內(nèi)以免失落傷人。小工具袋(桶)，應(yīng)與施工8.1.6正式施工時，由于操作人員之間有可能不通視，要求各系統(tǒng)控制與操作人員之間保證通訊暢通，原則上要求配備無線對講系統(tǒng)，保證8.1.7封閉部位施焊時，應(yīng)采取良好的通風(fēng)、排煙措施，以防中毒；封閉部位8.1.10鋼墊塊碼砌時，嚴(yán)格按方案和設(shè)計位置要求時，立即停止頂推，嚴(yán)禁頂推設(shè)備帶病作業(yè)。頂推施工時對主橋鋼結(jié)構(gòu)的豎直度、9.1.3加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的保養(yǎng)和管理，同時選用噪音相對較小的設(shè)備，并盡可能采用液壓設(shè)備和摩擦設(shè)備代替振動式設(shè)備，嚴(yán)格9.1.4建立環(huán)境保護(hù)體系，嚴(yán)格按保證體系運行，確保環(huán)境保護(hù)工程的順利開9.1.5施工現(xiàn)場設(shè)置排水溝及三級沉淀池，施工污水經(jīng)沉淀后排入市政污水管法相比，通過對比分析可節(jié)約成本128.7萬元，其中包括由兩次頂推法而減少項目可降低工程