钢箱梁顶推设计与施工

xx大桥钢箱梁顶推设计与施工一、总体概况；二、钢箱梁顶推施工方案比选；三、钢箱梁顶推总体构想（钢箱梁起吊码头、组拼平台、各临时墩、导梁设计布置，施工方法）；四、顶推操作细则、线形监控；五、顶推过程中出现的问题及解决方法；六、结束语一、概况：xx大桥是佛山市和顺至北滘公路主干线工程的重点工程，主桥为具有世界水平和难度的独塔单跨四索面自锚式悬索桥。主跨跨越东平水道，跨径为350m，孔跨布置为（由北往南）：29.6+30m（北岸砼锚跨）+350m（钢箱梁主跨）+30m+5×40m+39.6m（南岸边跨砼加劲梁及二孔砼锚跨），主桥全长680.2m。横桥向按分开的两幅桥布置，单幅桥面宽26.1m，主塔采用三柱式矩形塔，两幅桥共用。主跨主梁采用闭和钢加劲梁，两岸边跨及锚跨采用混凝土加劲梁。在M8号、M9号墩顶处主梁设钢-砼结合段有效结合。通航主跨位于同一竖曲线内，竖曲线顶点在跨中K10+227处，顶点标高为29.8m，双向按2%纵坡设计，竖曲线半径采用11500m的圆曲线，桥面设双向2%的横坡，桥面铺装采用5cm厚环氧沥青混凝土。全桥共4根主缆，每根主缆中含48股平行钢丝索股，每股含127-φ5.1mm的镀锌高强钢丝，主跨顺桥向采用27对吊索，吊索标准间距为12m，上端采用销接式，单点双吊索，下端采用带连接拉杆的冷铸锚。邻近北岸的两对吊索为上下带铰的刚性短吊索，其余吊索每根用73ф5.1镀锌平行钢丝双吊索。边跨不设吊索，全桥在主缆结构转换点分别设主索鞍、散索鞍，6类索夹。二、顶推方案的选定结合自锚式悬索桥施工特点，主桥钢箱梁要先与锚跨侧砼箱梁合拢成型后，才能形成一个大压杆，承受后期施工猫道主缆等上部结构时产生的水平力，因此，在主塔施工的同时，主梁钢加劲梁、砼加劲梁及锚跨也要同步施工尽早合拢，才能进行后续架设工作。主跨钢箱梁一跨跨越东平水道，东平水道属于西江航运干线的组成部分，目前为Ⅱ级航道，航运非常繁忙，通航净空要求为150X18米，航运局要求此处施工河道必须保证两个净距大于60米的航道，由于桥轴线与河流方向斜交（交角约为68度），使得钢箱梁成型支架在主河槽间距必须达到78米，传统的满布支架吊装钢箱梁成型无法实施；因为此桥为自锚式悬索桥，在梁成型之前不能提供可靠的大锚锁住主缆，很显然地锚式悬索桥通过设在主缆上的吊机架设钢箱梁在此处行不同；如利用主塔两端对称架设主梁，由于边跨为不对称的砼加劲梁，且额外增加斜拉索，且必须等主塔施工完之后才有可能实施，经济上要投入很多，进度上也无法保证工期，经过以上方案的比较，我们采用顶推的方法来成型钢箱梁，钢箱梁顶推方法可以不受主塔、砼边锚跨施工的制约，可独立成一个施工工序，且也能满足主河槽78m间距的要求。三、钢箱梁顶推总体设置钢加劲梁采用单箱三室闭和扁平流线型钢箱梁，单箱桥中心线处梁高3470mm，顶板设2%单向横坡，底版水平布置；为顶推需要，箱内设两道通长纵腹板，间距为7800mm；顶板有16mm、20mm和28mm三种不同厚度的板，底板有14mm、20mm和28mm三种不同厚度的板，纵隔板厚16mm；箱梁周圈布置“U”肋，间距600mm；沿钢箱梁纵向3.0米间距布置一道实腹式横隔板，在吊杆处采用厚12mm钢板，无吊杆处采用厚10mm钢板；纵隔板和底板相交处进行局部加强，以适应顶推需要。桥梁外侧设1米宽风嘴和3米宽人行道，桥梁内侧设1.6米宽检修道。单幅桥钢箱梁共分31个节段制作，分为A、B、C、D、E及钢-砼结合段F（近塔侧）、F’（远塔侧）共七种型号梁段，其中D 为标准梁段（共23节），B、C为标准梁顶底板加厚梁段（共4节），A、E为与钢-砼结合段相连的合拢段，标准梁段B～E长度均为12米，钢-砼结合段长5.31米，A、E段梁长分别为8.94米和4.44米。根据实际地形，北岸交通便利，且主河槽也近靠北侧，有利于钢箱梁起吊码头的设置，钢箱梁组拼平台设在北岸，和对岸主塔的施工也相互不干扰，由于工期紧张，如组拼平台设在主跨外北砼锚跨侧，则砼锚跨的施工必须要等到钢箱梁顶推完，势必影响整个工期，基于此种情况，组拼平台布置在北岸大堤与M9墩之间，主跨相应布置临时墩，主河槽内临时墩间距为78m，整个顶推系统主跨布置为，从北向南：63.5（组拼平台48m、15.5m钢箱梁提升通道）+32.5m（临时墩A）+78m（临时墩B）+78m（临时墩C）+45m（临时墩D）+35.5m（临时墩E）+19.5m（钢砼及合拢段1号梁合拢组拼支架，整个主跨内顶推结构的顶面标高按照顶推线形，也是钢箱梁制造安装线形，即R=14843.91m的竖曲线设置，组拼平台、临时墩顶面均沿桥轴线3.9m距离，与钢箱梁顶推两条纵腹板对齐布置滑道，为减少钢箱梁顶推时钢箱梁的应力和临时墩受力，在首节钢箱梁2号梁前端加顶推钢导梁，48m长，后期加长到60m，在桥位下游侧布置了钢箱梁起吊码头，方便将从汕头制造的节段钢箱梁提升上岸，滑移主桥位区，通过桥位区布置的龙门吊将钢箱梁提升至组拼平台，以实施整个钢梁吊装、组拼、顶推（具体见总布置图）。根据拟布置的顶推跨径和构造形式，对钢箱梁顶推进行全程仿真计算，每6米一个工况，共计算38个工况，具体如下：根据以上计算，按最不利荷载受力设置各构件，组拼平台布置在北岸大堤至M9号墩间，正好在既有公路上，支架在此预留了8m宽行车道，其余12m宽公路施工期间临时占用，支架高20米，按压力和水平力计算采用万能杆件支架，基础为砼扩大基础，有足够的刚度和强度，表面平整，严格控制基础沉降，支架两组主桁间距8m，支架顶面布置2组滑道，间距为7.8m，与钢箱梁纵腹板对齐，将来钢箱梁顶推前进中，两条纵腹板全截面滑过支架顶滑道，整个滑道面线形同钢箱梁顶推竖曲线一致，在R=14843.9m的竖曲线上，平台长48m，考虑3+1短线法组拼顶推，即在支架前端施工中始终保持有三节钢箱梁，每次只一节钢箱梁与前三节组拼，不断循环前进，钢箱梁现场的匹配要考虑里程、标高、偏位及匹配口焊缝间隙等因素，由于钢箱梁板间在工厂已焊接成型，吊至组拼平台上的钢箱梁焊接就是两段梁之间环焊缝的焊接，组拼平台环焊缝施焊的位置均固定在同一里程处，线形的控制除了支架顶面标高准确外，用龙门吊机对待组拼的钢箱梁粗定位，利用在支架设置的竖向、横向千斤顶对钢箱梁进行精匹配，待标高、里程、偏位、梁间隙（控制在6～10mm）调完后，连接好梁段间匹配螺栓和码板，处理环焊缝周圈浮锈打磨，在进行环焊缝的焊接，检查合格后，向前顶推，进行下道工序。临时墩的设置：根据实际地形情况，东平水道中布置三个临时墩，即临时墩A、B、C，临时墩D在堤内河床浅滩内，临时墩E及合龙段平台在大堤外紧靠主塔，由于桥轴线与水流方向呈68度夹角，为满足通航净距60m的要求，临时墩A、B、C三个墩间距达到78m，且每个墩子上下墩位均与水流方向一致，斜交于桥轴线，给施工和顶推构造造成相当大难度，其中临时墩B墩处于主河槽正中，水面常水位为0，河床标高为-12m，河床顶层为8m厚细纱覆盖层，梁面标高为27.2m，B墩竖向压力为1600t，悬臂自由长度达到40m，在水平力160t组用下，这么大受力的顶推临时墩在国内罕见，B墩采用了水下φ1.8m钻孔桩，要求钢护筒入河床下10m，水面以上接φ1.2m钢管柱（壁厚10mm）；其他A、C、D墩为φ1.2m钻孔桩上接φ1.2m钢管柱，按桩基m法计算，考虑钢护筒与砼同时承受弯矩和轴向压力，单个墩子8个桩，横桥向4.5m，纵桥向6m，且上下两侧相差3m，按梁柱式结构设置连接系，水面以上柱内填砂以加强临时墩刚度和管臂稳定。E墩及平台为φ0.8m钢管打入桩。2，顶推时就是靠不断塞移滑板使钢箱梁向前延伸。为减小钢箱梁顶推时临时墩等各构件的受力状况，在钢箱梁首节顶推2号梁前安装了钢导梁，钢导梁为实腹式工字型截面，与钢箱梁两条纵腹板通过高强度螺栓连接，在2号梁处与钢箱梁等高为3.5m，在48m范围内根据受力要求变化到1.2m，其截面的选定通过顶推仿真计算，每3米一个工况，根据导梁所受弯矩和剪力来反推，根据计算，导梁在过半悬臂在墩外时，导梁与钢箱梁连接处弯矩达到最大，在导梁即将过临时墩时剪力达到最大，具体计算如下：为安装方便，导梁分四节，每节12m在工厂制造，在工地用高强度螺栓连接，另因临时墩中心线与桥轴线不垂直，导梁前端两桁不等长，相差３m，以便钢导梁能顺利达到临时墩上，首节为过临时墩需要（计算导梁在即将到达前方临时墩时扰度达80cm），做成双台阶型，以利快达到临时墩时，起顶导梁，以利通过。四、顶推过程中线形监控、措施：每幅桥均设一套顶推中央控制系统，主控台布置在组拼平台处，整个钢箱梁顶推指令、开关均在此，它主要由各临时墩上连续张拉千斤顶，油泵，通过电路和主控台形成一个闭和控制系统，在顶推过程中，采用多点顶推。组拼平台、各临时墩均布置2台-ZDL100系列连续千斤顶，每侧布置6根φ15.24预应力钢绞线，一端与钢箱梁底板预留孔连接，另一端锚固于连续张拉千斤顶，通过连续千斤顶连续张拉，使钢梁徐徐前进，随着钢箱梁顶推前进，为使临时墩受水平力尽量小，顶推摩擦力与连续张拉千斤顶张拉力大致相等，各墩子上张拉千斤顶力控要随着墩子受力而不断变化，在钢箱梁每前移一段后，其各墩上张拉力都要根据竖向压力进行力控的限位，是主控台根据摩擦力大小自动调节，并通过油表显示，各个墩子张拉千斤顶同时作业张拉，整体前进，达到多点顶推的目的，对水平力限位按摩擦系数10%考虑，实际在顶推过程中，刚启动时摩阻力较大，摩擦系数达到12%，正常运转时维持在4%～5%，每节段开始顶推时，先顶进5cm，立即停止、回油，再推进5cm，再停止、回油，为此反复三次在正式开始顶推，正常速度为3.5m/h，一段12m长的钢箱梁4小时即可顶推到位。顶推中线偏位的纠正是利用钢箱梁检查车的走道作纠偏中心导梁，在组拼平台、各临时墩上安装侧向导向钢轮，钢轮水平距离可用水平千斤顶调节，在钢箱梁偏位较大时，在顶推时对一侧钢箱梁水平顶导向钢轮，纠正中线。各临时墩、组拼平台的标高调整是在各构件预留的竖向千斤顶实现的，实际在顶推过程中，临时墩标高未沉降，此处预留的竖向千斤顶为后期解决钢箱梁局部稳定而起顶钢箱梁加橡胶垫块起到了作用。五、推过程中出现的问题及解决方法由于本桥受通航要求，临时墩跨度大，使得临时墩最大受力达1500t，由于临时墩斜交于桥轴线，相邻组临时墩近侧支点达到850t，由于钢箱梁顶推纵腹板为δ=16mm钢板，要全截面通过此滑道，其局部压应力很大，临时墩A、B、C三个墩滑道采用了4.5m长、1.2m宽的箱型垫梁，如钢箱梁在此滑道平面内均匀受压，是能满足要求的，首节2号钢箱梁刚顶出临时墩A时，我们发现钢箱梁与滑道面尽管铺设满滑板，但近岸侧有明显脱空量，且整个滑板面由于钢箱梁的不平整度也不能全截面接触，不能满足设计文件中要保持钢箱梁局部受压在全滑面均匀受力，钢箱梁局部受压问题突出，我们对钢箱梁局部受压在滑道范围内的脱空进行了计算分析，由于主河槽跨径大，而两岸跨径小，造成钢箱梁过临时墩时转角不一致，脱空量始终向大跨度侧，具体计算如下：由于顶推过程中在临时墩支点处转角的不断变化，钢箱梁在临时墩4m长滑道面接触处有严重脱空现象，最大达7mm，造成钢箱梁局部受压稳定不够，存在严重问题，为解决这一问题，我们在施工中采取如下措施：1、在墩顶钢垫梁与分配梁之间垫一层特制橡胶块，让橡胶的压缩