鋼箱梁跨外吊裝與步履式頂推施工技術(shù)

劉夕曦，巴 力

（1.長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安710064；2.中國鐵道科學(xué)研究院，北京 100083）

隨著我國城市化進程的不斷加快，大批新建或擴建的鋼結(jié)構(gòu)橋梁不斷涌現(xiàn)。跨外吊裝以及步履式頂推法憑借其獨特優(yōu)勢在鋼箱梁施工中得到廣泛的應(yīng)用［1-3］。依據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，只有制定合理的施工措施，才能保證施工過程中鋼箱梁的受力和變形在允許的誤差范圍內(nèi)，從而保證橋梁建設(shè)的順利進行［4-6］。本文以石家莊南二環(huán)西延高架橋中跨西三環(huán)輔路及主路的鋼箱梁為研究對象，結(jié)合鋼箱梁跨外吊裝以及步履式頂推法的優(yōu)勢，設(shè)計制定了該項目的施工方案，為同類型鋼箱梁施工方案的制定提供了有價值的借鑒和參考。

1 工程介紹

南二環(huán)西延高架橋跨西三環(huán)路工程的起點位于石家莊西南二環(huán)立交橋西高架段（樁號為4+540.116），終點位于跨石太鐵路貨遷線高架橋引橋東橋臺（樁號為3+062.863），全長1 477.253 m?？缥魅h(huán)輔路及快速路的鋼箱梁是按兩幅橋設(shè)計的。每幅橋均為正橋，采用的是一聯(lián)三跨等截面連續(xù)鋼箱梁，東西向錯開布置。橋梁的中心線與西石環(huán)路中心線斜交，交角為67° 6′ 2′′（圖1）。每幅橋?qū)挒?2.875 m，質(zhì)量約為996 t，向外排水坡度為1.5%（圖2）。

鋼箱梁上部采用33.72(38.72)+ 5 5 + 38.72(33.72)m等截面連續(xù)梁（圖3），左、右分幅，左右幅間距為0.05 m（圖4），鋼箱梁寬為13 m，除了端點支座處局部截面高度為2.0 m以外，其他部位的鋼箱梁截面高度均為2.4 m。

圖1 高架橋空間示意圖

圖2 橫斷面示意圖

圖3 立面布置示意圖

圖4 平面布置示意圖

2 工程難點分析

2.1 施工場地環(huán)境條件復(fù)雜

由于本橋梁為東西向布置（圖3），施工便道位于橋梁的北側(cè)。東側(cè)輔路邊至14#橋墩間的地基土為非均質(zhì)土層，且存在多處地下管線和井坑，基坑施工前需要進行管線探挖和井坑防護；位于輔路與三環(huán)路之間綠化帶中的承臺采用鋼板樁圍堰施工，基坑被雨水浸泡后，地基承載力較弱；石環(huán)路中央綠化帶施工區(qū)兩側(cè)防撞墻需要拆移；鋼箱梁9#、10#墩位于灌渠堤岸邊，承臺開挖后堆積的土體松散，沒有經(jīng)過夯實和碾壓，不能承受臨時墩傳遞的荷載。

2.2 橋下交通通行壓力大

本橋梁位于8#墩至13#墩，自西向東跨越西石環(huán)路的主路和輔路，橋下的凈高度僅為5.6～6.1 m。雙向6車道的西三環(huán)路是石家莊主城區(qū)外供大型車輛通行的主干道，施工期間不允許阻斷和在路面上方進行作業(yè)，也不允許過寬占用行車道路。雙向4車道的輔路為進市區(qū)的必經(jīng)之路，施工期間也不允許阻斷和在路面上方進行作業(yè)。無論是主路，還是輔路，都必須保證在施工期間保持通暢。

2.3 鋼箱梁施工場地有限

鋼箱梁位于8#墩至13#墩（圖3），鋼箱梁兩端鄰跨均為簡支混凝土T梁。8#墩位于西側(cè)泄洪渠河道內(nèi)，9#至13#墩位于跨三環(huán)快速路和三環(huán)輔路的區(qū)域內(nèi)，這些區(qū)域均不能作為鋼箱梁拼裝場地。因此，鋼箱梁的拼裝區(qū)域只能設(shè)在13#和14#墩之間，13#墩的蓋梁以及跨間T梁的施工須在鋼箱梁施工完畢后依次進行。

3 方案的制定

根據(jù)該工程的施工難點，我們制定了相應(yīng)的施工方案。對13#墩和14#墩之間的鋼箱梁采取跨外吊裝的方法，這樣可以減少鋼梁在分段運輸、吊裝和焊接過程中對三環(huán)輔路上正常通行的影響，能保證鋼箱梁焊接、拼裝過程中的施工安全。具體的做法是：在13#墩和14#墩間的拼裝平臺上完成鋼箱梁的拼裝和焊接，左、右兩幅橋各自安裝鋼導(dǎo)梁。采用步履式頂推法將鋼箱梁頂推前移至后方平臺空間以滿足下段梁的安裝要求，再依次進行后續(xù)梁段的吊裝、焊接和頂推施工，直至完成全跨鋼箱梁的拼裝、焊接和頂推就位。全橋鋼梁頂推施工完成后，進行13#墩蓋梁施工并吊裝13#墩頂鋼箱梁段。分級進行頂推支架卸載，完成鋼箱梁最終落梁，實現(xiàn)由臨時支架承載向橋墩承載的受力體系轉(zhuǎn)換。拆除支架及圍擋，破除支架基礎(chǔ)，恢復(fù)原地貌。

在制定施工方案時，要充分考慮運輸過程對構(gòu)件尺寸的限制和起重設(shè)備對起升重量的要求。因此，將左幅鋼箱梁分為10個梁段，最重一段為118 t，將右幅鋼箱梁分為9個梁段，最重的一段為139 t。拼裝和頂推用臨時墩的平面和立面布置按照圖5、圖6和圖7進行。

圖5 支架的平面布置

圖6 左幅支架的縱向布置

圖7 右幅支架的縱向布置

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 支架系統(tǒng)設(shè)計

4.1.1 支架系統(tǒng)的布置

該工程的施工區(qū)自東向西依次為跨外拼裝區(qū)和頂推區(qū)，可以按照圖5布置支架系統(tǒng)。在左幅設(shè)置10排支架，其中7排為頂推支架，3排為拼裝支架（圖6）；在右幅設(shè)置10排支架，其中7排為頂推支架，3排為拼裝支架（圖7）。從圖5、圖6和圖7可以看出，ZJ1-ZJ3位于拼裝區(qū)，ZJ4-ZJ10位于頂推區(qū)。

4.1.2 拼裝支架、頂推支架的結(jié)構(gòu)

臨時支架分為拼裝支架和頂推支架。拼裝支架（圖8）從下往上依次為基礎(chǔ)、標高調(diào)整節(jié)、支架標準節(jié)、分配梁和硬支撐，頂推支架（圖9）從下往上依次為基礎(chǔ)、標高調(diào)整節(jié)、支架標準節(jié)、分配梁和頂推裝置。

圖8 拼裝支架

圖9 頂推支架

4.2 桁架式鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)梁的設(shè)計

由于鋼箱梁自身剛度比較大，當最大懸臂為24.8 m時，懸臂端的向下最大撓度為55 mm，臨時墩處負彎矩引起的最大應(yīng)力為78 MPa（＜270 MPa），在頂推施工過程中鋼箱梁要安全可靠通過臨時墩，因此無導(dǎo)梁頂推是比較理想的施工方法。但無導(dǎo)梁頂推要求前支點后方的橋長為懸臂長的2倍以上，而ZJ3和ZJ4的距離為14.8 m，因此只有尾部長度在29.6 m以上才能實現(xiàn)無導(dǎo)梁頂推。由于拼裝區(qū)長度的限制，前支點后方的拼裝平臺長度只有17 m，無法滿足抗傾覆要求，需要設(shè)置配套導(dǎo)梁。

導(dǎo)梁的作用是大幅降低鋼箱梁在頂推過程中產(chǎn)生的負彎矩，有效縮短支點后方抗傾覆配重梁的長度。為解決上述問題，盡量節(jié)省用鋼量，我們設(shè)計了桁架式鋼導(dǎo)梁（圖10），并對根部節(jié)點進行了加固（圖11）。這種導(dǎo)梁的運用能取得良好的效果，能安全可靠地完成鋼箱梁的頂推施工。

圖10 導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)

圖11 導(dǎo)梁與鋼箱梁的連接

4.3 步履式頂推系統(tǒng)設(shè)計

步履式頂推系統(tǒng)［7-8］由步履式頂推設(shè)備、液壓泵站、主控機房及連接管線組成，通過操作計算機控制液壓泵站來實現(xiàn)步履式頂推工作。步履式頂推裝置如圖12所示。

圖12 步履式頂推裝置

步履式頂推裝置包括上部滑動部分和下部固定部分。下部固定部分的支撐架上裝有4個頂升油缸、4個（左、右各2個）水平調(diào)節(jié)油缸，上部滑動部分裝有2個（前、后各1個）縱移油缸。各油缸通過管線與泵站、主控機房連成整體，并通過計算機控制液壓驅(qū)動實現(xiàn)組合或順序動作，進而完成頂推過程。每一次頂推循環(huán)均包括以下過程：頂升油缸頂起鋼梁→縱移油缸頂進1個行程→頂升油缸回落至與鋼梁間隔50 mm以上→縱移油缸退至起點→開始下一個作業(yè)循環(huán)。

4.4 鋼箱梁的線形控制

在拼裝、頂推和就位階段對鋼箱梁的標高和軸線進行嚴格的控制是保證鋼箱梁成橋線形符合設(shè)計要求的必要條件。

4.4.1 拼裝階段線形控制

現(xiàn)場拼裝時，通過控制鋼箱梁頂板控制點標高和軸向水平線形實現(xiàn)鋼箱梁的線形控制。

4.4.2 分段頂推過程及頂推完成后的調(diào)整

頂推過程中，由于鋼箱梁豎向線形的變化，在各頂推支撐點需要及時調(diào)整墊板的厚度以確保鋼箱梁和頂推裝置緊密貼合，各梁段頂推完成后，要及時調(diào)整全段鋼梁的豎向線形，以滿足后續(xù)梁段拼裝時對鋼箱梁豎向線形的要求。

頂推過程中，鋼箱梁水平軸線的允許偏移值應(yīng)控制在20 mm以內(nèi)。超過該值時，應(yīng)通過調(diào)節(jié)油缸糾偏，只有線形調(diào)整到位后才能繼續(xù)頂進。每完成一個鋼箱梁頂推段，都要將頂推到位的全段鋼箱梁進行橫橋向調(diào)整，以滿足鋼箱梁軸線的水平線形要求。

5 結(jié)束語

橋梁施工現(xiàn)場條件是復(fù)雜多變的，只有充分考慮客觀條件的限制，才能提出經(jīng)濟、合理的施工方案。本文針對施工場地有限、道路通行壓力大等現(xiàn)場施工條件實際，結(jié)合鋼箱梁跨外吊裝及步履式頂推法的優(yōu)勢，設(shè)計、制定了項目施工方案，可為同類型鋼箱梁施工方案的制定提供有價值的借鑒和參考。