钢箱梁步履机悬臂顶推施工技术研究

钢箱梁步履机悬臂顶推施工 技术研究

范炜 贾定强

重庆建工集团股份有限公司 重庆市 401122

摘 要： 针对新建彭水县郁江大桥（桥梁跨度62+73+62+22米）主桥变截面连续钢箱梁施工的难点，结合城区施工现场实际情况，采用步履机顶推施工以实现主桥钢箱梁安装就位，顶推施工既能缩短工期，也能减少施工成本，并对施工安全更有保障，对以后大跨度变截面钢箱梁施工具有非常重要的指导意义。

关键词： 变截面连续钢箱梁 步履机顶推 悬臂 施工技术研究

1 工程概况

新建郁江大桥工程为旧桥拆除原位重建项目，大桥上部结构采用变截面连续钢箱梁主桥（62+73+62m）+简支钢箱梁引桥22m，桥宽14.5米。

钢箱梁采用单箱单室断面，主桥为变截面箱梁，梁高为2m～3.5m，梁高按照圆曲线渐变，其中顶板厚度为16mm、20mm，28mm，底板厚度为20mm、24mm、28mm，腹板厚度为20mm。引桥为等截面箱梁的形式，梁高为2m。主、引桥人行道范围内采用钢悬臂隔板构造。

图1 桥型立面布置图

图2 钢箱梁断面示意图

2 工程难点

1）新建郁江大桥位于重庆市彭水苗族土家族自治县城市中心区，交通路网发达，人群分布密集，桥梁施工对周边环境的干扰较大，考虑合适的施工方法尤为重要。

2）大桥主梁采用变截面连续钢箱梁，梁高按照圆曲线渐变，如何保证钢箱梁安装过程中标高、轴线及线型的控制。

3）大桥横跨郁江及滨江路，江面来往船只及道路来往车辆较多，如何保证施工期间桥下水域及道路行车安全。

4）大桥工期较紧，上部结构钢箱梁施工仅有三个月时间，才能保障郁江大桥年前通车目标。

3 钢箱梁施工工艺选择

上部结构钢箱梁安装常规方法可选择施工工艺有0#块对称悬拼、缆索吊装及滑移顶推等。0#块对称悬拼即在两岸主墩搭设托架，安装0#块钢箱梁，再在0#块钢箱梁上设置桥面吊机悬拼其它节段钢箱梁，钢箱梁悬拼需租用4台桥面吊机，悬拼过程中对桥下水域及道路行车安全控制较难，施工成本较高；缆索吊装即在两侧桥台边设置塔架及锚定，采用主缆承力缆载吊机安装就位钢箱梁，新建桥梁为旧桥拆除原位重建，桥梁两侧存在已有建筑物，无法搭设塔架；滑移顶推即桥梁尾端设置反力墙，采用液压千斤顶反力作用顶推钢箱梁，并需搭设滑移顶推支架，创造钢箱梁滑移条件，但桥梁尾端为现有道路，钢箱梁全桥重量1523吨，采用千斤顶反力顶推对反力墙要求较高，对桥台后现有道路路基影响较大。

综上所述，大桥受桥位周边既有建筑物及道路通行要求影响，常规施工方法难以建设，经多方了解学习，现采用新型步履机顶推工艺修建大桥。

步履机为三向千斤顶配置，施工过程是竖向千斤顶顶起承重钢箱梁，水平千斤顶完成向前顶推，横向千斤顶对钢线梁轴线纠偏，钢箱梁顶推到位落梁后放置在搁墩上端，千斤顶回油完成一个行程的顶推工作，顶推过程中是一个自平衡的顶推动作过程，对步履机支架主要承载竖向力为主^[4]。

图3 步履机示意图

4 钢箱梁顶推需解决的问题

1）结合桥位周边地形状况、县城道路通行要求及郁江南岸二桥限重20T的限制，大桥上部结构钢箱梁只能由北向南单向顶推，单向顶推最大跨度为桥梁主跨73米，如何保证钢箱梁顶推过跨。

2）由于主梁采用变截面钢箱梁形式，步履机顶推法施工时如何保证箱梁底面处于同一平面内，以便于顶推施工的进行。

3）顶推过程中，随着钢箱梁前移，各墩支反力不停变化，临时钢管墩、主桥双肢薄壁墩、引桥柱式墩的刚度是各不相同的，在梁自重的作用下变形量是不一样的，如何保证顶推过程中主梁经过临时墩、薄壁墩、柱式墩时要求相邻墩位变形沉降量差不超过4m。

4）顶推所搭设的支架需进行设计及验算，以保障施工时的安全；顶推所需的步履机需进行正确的选型，以满足顶推力要求。

5 钢箱梁顶推施工设计情况

郁江大桥上部结构钢箱梁全桥长219米，重约1523吨，共划分为19个节段，工厂加工运至现场，在北岸拼装平台上进行组焊，再采用步履机由北向南单向多点顶推施工。在北岸桥轴线区域搭设钢箱梁拼装平台及步履机顶推支架平台，图示如下：

图4 钢箱梁拼装平台及步履机顶推支架平台立面布置示意图

图5 步履机顶推支架平台布置示意图

图6 P2#、P3#主墩顶推支架平台布置示意图

为防止钢箱梁顶推过跨过程中，钢箱梁前端下扰过大出现倾覆，钢箱梁前端设置45米长钢导梁，与钢箱梁焊接成一起构成多跨连续梁，减小钢箱梁顶推过程中悬臂段重量，防止钢箱梁顶推过程中前重后轻出现倾覆（如图7所示），并在导梁前端设置鹰嘴，克服导梁及钢箱梁悬臂段前端下扰无法过墩问题（如图8所示）^[1]。

图7 钢导梁设置示意图

图8 钢导梁鹰嘴过墩示意图

主桥为变截面箱梁，梁高为2m～3.5m，梁高按照圆曲线渐变，对变截面钢箱梁底部设置调平托架，与钢箱梁焊接为一体，使钢箱梁底面处于同一平面内，便于顶推施工的进行。调平托架设置如下图所示

^[1]。

图9 钢箱梁调平托架立面布置示意图

图10 钢箱梁调平托架断面布置示意图

步履机顶推支架及钢箱梁顶推流程采用midas有限元进行模拟计算，各工况应力应变与实测值进行对比，出现偏差，步履机处采用钢板塞垫，防止各墩支架变形不一致造成个别步履机受力过大的情况。

6 钢箱梁顶推模型计算情况

根据顶推施工工艺步骤，采用有限元计算软件MIDAS按空间结构1:1建模进行全过程计算，为保证钢箱梁顶推过程的安全，在计算时，荷载组合按恒载×1.2+活载×1.4^[2]。本次取其中四个最危险的控制工况来对此次顶推施工流程进行介绍，钢导梁、钢箱梁及调平托架均为Q345材质，顶推过程控制工况如下：

（1）工况一：45m钢导梁刚好脱离4#步履机时，此时钢导梁悬挑45m，其工况示意如图11所示，受力计算模型如图12所示；

图11 工况一示意图 图12 工况一受力计算模型

通过midas模型计算结果可知，该工况整体最大应力为96.4MPa（P3墩处钢箱梁顶板），步履机所受最大反力为110.7t（P3墩处），导梁前端最大挠度为16.5cm。

2. 工况二：当钢箱梁前端导梁即将到达3#步履机搁墩时，此时钢导梁及钢箱梁悬挑长度最大，整体前端挠度最大，其工况示意如图13所示，受力计算模型如图14所示；

图13 工况二示意图 图14 工况二受力计算模型

通过midas模型计算结果可知，该工况整体最大应力为172.8MPa（P3墩处钢箱梁顶板），步履机所受最大反力为312.6t（P3墩处），钢导梁前端最大挠度为29.3cm。

2. 工况三：钢箱梁顶推至最大跨度的一半时，钢导梁与钢箱梁结合部位所受弯矩应力最大，其工况示意如图15所示，受力计算模型如图16所示；

图15 工况三示意图 图16 工况三受力计算模型

通过midas模型计算结果可知，该工况钢导梁和钢箱梁结合部位最大应力为114.0MPa，履机所受最大反力为290.8t（P3墩处），跨中钢导梁和钢箱梁结合部位最大挠度为17.8cm。

2. 工况四：导梁尾端刚好到达3#步履机搁墩但未脱离搁墩时，导梁尾端所受剪力最大，其工况示意如图17所示，受力计算模型如图18所示。

图15 工况四示意图 图16 工况四受力计算模型

通过midas模型计算结果可知，该工况整体所受最大应力为123.2MPa，履机所受最大反力为371.7t（P3墩处），钢导梁最大剪应力88.2MPa，跨中钢箱梁最大挠度为7.3cm。

经计算，钢箱梁顶推在各工况下，主要受力部位应力、变形均满足规范要求^[3]。

7 结语

目前，本桥已成功采用步履式顶推施工完成钢箱梁安装，历时80天。实践证明，钢结构跨线桥采用步履式顶推施工，不受周边地形环境限制，在桥轴线边跨区域搭设顶推支架，对周边环境影响小，钢箱梁全部在支架上拼装焊接，操作安全焊接质量可靠，并能保证跨线部分桥下安全。随着城市发展，城市路网逐步完善，钢结构跨线桥梁在城市桥梁建设中运用越来越广泛，采用步履机顶推施工，既能保证工期，又最为经济合理。

参考文献：

[1] JTGD 60-2015公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[2] JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3] GB 50017-2017钢结构设计规范[S].北京：中国标准出版社，2017.

[4] 郑四卿.步履机在钢桁梁滑移顶推中的应用.中华建筑，2018.