山区大跨度拱梁组合体系钢桥顶推施工工法

1山区大跨度拱梁组合体系钢桥顶推施工工法随着国内公路运输大发展，新建公路跨线、跨路、跨河等施工越来越频繁。尤其当所跨河流比较湍急，雨水较多防汛要求较高，跨线施工长度大时，为尽量减少简支梁（系杆拱）工厂制作、线外安装成型后，再利用顶推施工就位就成了一种合理可行的方法。步履式顶推工艺在安全性能、实时监测能力、避险能力、对主梁的受力和线型控制能力方面均具有更大优势。此外，因步履式顶推中主体结构受力更佳，故在实际工程中可减少用钢量，从而可降低工程造价，实现工程的优质优价。如今，步履式顶推法己越来越多的应用在大跨钢结构桥梁中并获成功，适用于我国复杂地形的大跨度桥梁建设。本项目地处复杂多变的山区自然环境条件，拼装场地狭窄、顶推跨径较大，同时拱梁组合桥梁整体顶推中撑压杆、导梁等临时构件的设置对结构的安全性起到至关重要的作用，对结构的空间受力性能要求较高，传统顶推工艺无法很好解决上述难题。为此，在吸取各方面的实践经验和在局、公司内外专家的指导下，中交三公局云南省怒江渡口大桥项目部在怒江渡口大桥施工中，经过共同研究，多方优化，针对山区地形超大顶推跨径（单跨顶推100m系钢桥施工，制定了详细的施工工艺和操作流程，发明了基于承压杆和长导梁的拱梁组合结构体系二次顶推工艺，实现了狭窄场地拼装、超大悬臂顶推，并通过顶推22.1.1顶推法施工采用工厂化预制，结2.1.2顶推法施工节省施工用地，桥梁节段固定在一个场地预制，便于施工管2.1.3作业场所限定在一定范围内，可于作业场上方设置顶棚而使施工不受天2.1.4机具设备简便，可多次周转重复利用，施工平稳无噪声，无需大型起吊2.1.5顶推法施工可在深谷和宽深河道上的桥梁、高架桥以及等曲率曲线桥、2.1.7步履式顶推设备复杂，对施工现场条件要求高、操作精度要求高，需要2.1.9主系梁、导梁在顶推过程中能承受较大的拉应力和局部压力。顶推过程在临时墩上完成，为防止在长时间的顶推过程中出现意外，需对临时墩拱梁支撑进复杂多变的山区自然环境条件，实现狭窄场地拼装、超大悬臂顶推，并且采用自动尤其适用于复杂多变的山区自然环境条件，实现狭窄场地拼装、超大悬臂顶推，对桥梁顶推施工法是桥梁施工中常用的一种方法。顶推法是指在桥台后设置拼装场地，事先在拼装场地上分节段或整体对桥梁结构进行安装或者现浇，同时设置临时墩、导梁、滑道以及顶推设备，通过顶推设备如步履式顶推器将桥梁分节段或整体沿滑道向前顶推直至达到相应位置，如果分节段顶推，则再重复上述操作进行依工思路，拱桥的钢箱梁和钢拱根据设计图纸在工厂分节段制造，随后将其运至桥址并在现场拼装、焊接钢箱梁及钢箱拱，设置顶推临时刚性支撑，随后施工承台及桥图5.1.1施工工艺流程拼装平台采用钢桁架结构，立柱采用圆焊管，顶部钢梁采用H型钢，沿主系梁底搭设两条拼装支架，拼装支架长度为144米。钢横梁拼装平台设置在横梁两端，5图5.2.1L2临时墩示意图钢拱桥顶推共设置8组顶推设备，其中4组顶推设备分别设置在永久墩上，其图5.2.2顶推场地立面布置图顶推设备沿纵桥方向布置，1个顶推系统的竖向顶升力为6×200吨，最大纵向6在顶推装置与钢箱梁底之间设钢垫梁，以分散钢箱梁底支反力，钢垫梁纵向长图5.2.2-2顶推设备横断面临时墩布置图图5.2.2-3顶推设备墩（台顶）横断面布置图图5.2.2-4顶推单位平面布置图7图5.2.2-5顶推单位纵向布置图场，在施工现场进行节段组拼，利用拱桥系梁、横梁进行配重顶推至临时墩。钢导图5.2.3-1导梁大样图图5.2.3-2钢导梁平联图5.2.3-3钢导梁T型撑梁图5.2.3-4钢导梁主梁前段9图5.2.3-5钢导梁主梁后段钢箱梁节段拼装完成后，安装顶推设备进行钢箱梁顶推施工。顶推装置布置原则是在需要布置顶推设备的各墩分配梁上布置2个小顶推单元，按桥梁中线对称布顶推设备安装完成后，连接好系统的油路及电路，进行调试以保动模式运行下，执行元件按设定的运动方式运行。联机调试时，启动泵站，选择手动运行模式，在主控台操作面板上控制执行元件伸缸或缩缸动作，检查其进行的动作是否正确，调节行程检测装置的检测元件，使检测系统手动试机完成后，选择自动模式系统，检查系统各千斤顶的动作协调性及同步性。如不满足设计要求，应认真查找原因，排除故障，待系统的动作完全协调图5.2.5-1钢导梁顶推步骤一图5.2.5-2钢导梁顶推步骤而图5.2.5-3钢导梁顶推步骤三图5.2.5-4钢导梁顶推步骤四图5.2.5-5主桥顶推步骤一图5.2.5-6主桥顶推步骤二图5.2.5-7主桥顶推步骤三图5.2.5-8主桥顶推步骤四升，验证计算顶升力。调整各墩垫梁、滑块与主梁间的间隙一致，确保体系转换时竖向千斤顶同步落梁，将主梁受力转换到搁梁座上；启动水平千斤顶以计算顶手动操作顶推系统顶推主梁滑移后，转换至自动运行模式，进行主梁的自动连顶推过程中，通过调整各墩上的支撑油缸、垫块将钢箱梁在该点上的标高调到规定标高。然后重复顶推钢箱梁，此时要保证墩上的顶推油缸在设定压力上保证位顶推过程中钢箱梁的线型、受力状态与成桥时完全不同，整个顶推过程的监控应以支反力控制为主，标高控制为辅的原则进行。因此每轮顶推前依据监控指令，明确该轮顶推钢箱梁所经墩台的竖曲线变化范围（即标高变化值）及箱梁许用支反各支墩需布置竖向千斤顶及临时支垫。因钢箱梁自重使钢导梁前端下挠，经过计算分析最大值将达78cm，故当导梁前端台阶（第一节）临顶起导梁，采取导梁过墩措施，待导梁平稳落顶就位于顶推设备上，然后再开始正顶推过程中要对各个阶段进行监控，并通过有限元进行相应阶段的分析，选取图5.2.5-9顶推起始阶段位移图5.2.5-10最大悬臂阶段位移图5.2.5-11拆除辅助墩阶段位移完成永久支座的安装。将钢箱梁落在前后垫块上，移除步履式千斤顶，安装支座，可直接利用步履顶进行落梁。若落梁高度较高，可将每个1200t步履顶小单元图5.2.7-10#台落梁千斤顶布置图5.2.7-21#墩落梁千斤顶布置表5.3.1施工人员数量表序号工种数量备注1现场主管12技术人员23测量员44安全员35预处理工56数控工87冷作工89打磨工辅助工40序号工种数量备注起重工4行车工4起运工4折弯技工冲砂油漆工吊车司机3技术工种5普工5后勤2合计200表6.1.1主要机械设备表序号名称单位数量备注1板材校平机台1加工2叉车台1加工3电动平板车台2加工4端面铣床台1加工5多头直条气割机台1加工6焊接操作机台1加工7抛丸清理机台1加工8数控立式升降台铣床台1加工9数控切割机台1加工双梁半门式起重机台2加工双悬臂式焊接机台1加工双悬臂式埋弧焊机台1加工相贯线切割机台1加工蓄电池轨道平车台2加工150t履带吊台1台1台1运输车辆台2150kw发电机台130kw发电机台28kw发电机台2序号名称单位数量备注ZLD100-200连续顶推千斤顶台8顶推ZLDB（改）液压泵站台8顶推HLDKA-2-12总控柜套2顶推YTDK-2-12总控柜台2竖向调整YDG3000S-200顶举千斤顶台48竖向调整YTB-B阀体柜台竖向调整YDC240Q千斤顶台3张拉备用工具接近开关组件（HLDKA）套XL-LJA12M-5N1控制电缆米高压油管M16米压力传感器SCB311个位移传感器PTIMA-50-FR-420E个压力表件百分表件1t单链电动葫芦台4吊装、牵引钢绞线2t单链手拉葫芦台55t单链手拉葫芦台55t卷扬机台2钢绞线牵引405t钢丝绳米412t卷扬机台2钢绞线牵引422t钢丝绳米50043手拉胡链件44电焊机台5454X2.5电缆线捆546气割设备套547砂轮机台248台式切割机台349手提切割机台3支座垫板处每处70cm，0.8m2要实现顶推施工的同步运行，一套计算机控制系统是必不可少的，计算机控制根据本桥顶推施工要求和顶推工作原理，拟采用下图所图6.2.1顶推液压系统和控制系统全桥共设置8套液压系统，用一套计算机控制系统进行统一控制。每套液压系置，通过动力电缆和控制电缆与各分控制箱相连接，分控制箱通过控制线与计算机顶推装置处同时安装纵向、横向和竖向的位移计，位移计通过信号电缆与各分控箱连接，并汇总到总控箱，便于计算机的检测和处理，构成闭环控制系统，提高软件系统是整个控制系统的核心，包含主控部分和偏差纠正部分，其控制简要表6.2.2步履式顶推装置主要性能参数表序号项目性能参数1顶升能力1200t2顶推能力3顶升行程0～150mm顶推行程0～500mm4顶升同步性最大同墩位移差≤2mm最大异墩位移差≤4mm5顶推同步性最大同墩位移差≤3mm最大异墩位移差≤5mm6顶落同步性最大同墩位移差≤3mm最大异墩位移差≤5mm7动力源液压泵站（整机功率：6.5KW/台）8整机重量（含千斤顶）5230Kg9工作环境温度步履式顶推系统主要由步履顶推设备、液压泵站顶推设备由滑箱和滑道结构部分、顶升千斤顶、平移千斤顶及纠偏装置等几部分组成。滑箱底面安装有四氟板，与滑道上的不检验项目判别标准检查范围检查方法表面裂纹不容许焊缝全长焊瘤不容许焊缝全长咬边主要构件垂直于主应力方向≤0.3mm平行于主应力方向≤0.5mm焊缝全长焊规次要构件≤0.5mm表面气孔、夹渣不容许焊缝全长焊坑主要构件不容许焊缝全长目视、焊规次要构件每米≤3个，且直径≤1mm的三个算作1个焊道表面凸凹每25mm高低差<3mm焊缝全长焊规、尺电弧击伤原则上不容许。一旦发生，应修磨焊缝全长角焊缝焊脚尺寸及喉高+3mm-1mm焊缝全长焊规对接焊缝余高不铲磨余高的对接焊缝，焊缝宽度b≤20mm时，余高≤2.0mm；焊缝宽度b＞20mm时，余高≤3.0mm焊缝全长尺、焊规不低于母材0.3mm余高≤3.0mm焊缝施焊24小时，经外观检验合格后，再进行无损检验。对于厚度大于30mm超声波探伤采用超声波探伤仪，探伤标准按《钢焊缝手工超声波探伤方法和探检查；底板处进行10％X射线探伤检查，若发现一处有质量问题，则进行20％X射表7.1-1钢箱梁顶推施工允许偏差项目允许误差（mm）梁轴线偏位临时墩顶纵向位移梁底标高表7.1-2落梁施工允许偏差项目允许误差落梁反力10%设计反力相邻墩各顶点高差5mm同墩两侧梁底顶起高差2mm墩台处梁底标高±10mm7.2.1为了控制顶推施工质量，施工开始前，应编写详细的施工操作作业指导书，对参加施工的全体人员进行技术交底，认真执行经业主及监理工程师批准的施7.2.3所有用于现浇系杆梁的材料应符合要求，材料应进行有效标识，并可以7.2.4顶推装置安装时，严格控制各支点高程和锚固设施，滑道梁顶面平整度要满足施工设计要求，滑道梁拼接缝处拼接板摩擦面、高强螺栓要严格按照相关规为了确保钢箱梁最终成桥后符合设计的线型要求和应力状态，需要对拼装顶推在顶推过程中虽然不能保证摩擦力达到一致，但可通过千斤顶的同步来保证位当顶升千斤活塞伸出将箱梁顶起后，顶推千斤活塞伸出将梁顶推前移，此过程顶推千斤顶的统一动作之外，还必须保证所有顶推千斤顶每行程的同步。其控制策顶伸缸较快，则减小相应的流量，反之，则增大相应的流量。不同桥墩上水平顶推之比较，若哪台顶伸缸较快，则减小相应的流量，反之，则增大相应的流量，从而实现所有水平顶推顶的同步。此过程同步精度各墩之间可控制在5mm由于每台顶推千斤顶上安装一个用于监视载荷变化压力变送器，通过现场控制器或主控台上的面板可设定每台顶的最高压力及同一桥墩上几台顶的最大压差，计算机通过监测每台顶的载荷变化情况，准确地协调整个系统的载荷分配。如果某台顶的载荷达到设定的最高压力或同一桥墩上几台顶的最大压差大于设定值时，系统当竖向顶升千斤顶活塞伸出时将箱梁顶起，此过程主控台除了控制集群顶升千斤顶的统一动作之外，还要通过安装在箱梁和垫梁之间的位移传感器检测顶升的高度，保证两侧顶升千斤顶的同步。控制策略为以其中一侧为基准，两侧位移差控制在设定范围内，若跟随侧顶升高度较大，则减小该顶的流量，反之，则增大该顶的当竖向顶升千斤顶回缩时顶活塞和梁下降并再次落到顶推装置支架上。此过程主控台除了控制集群顶升千斤顶的统一动作之外，还要通过安装在箱梁和垫梁之间的位移传感器检测顶升的高度，保证两侧顶升千斤顶的同步。控制策略为以其中一侧为基准，两侧位移差控制在设定范围内，若跟随侧顶升高度较大，则增大该顶的力点的荷载。通过现场控制器或主控台上的面板可设定每个受力点的最高压力及同一桥墩上各受力点之间的最大压差，计算机通过监测各受力点的载荷变化情况，准确地协调整个系统的载荷分配。如果某个受力点的载荷达到设定的最高压力或同一桥墩上各受力点之间的最大压差大于设定值时，系统会自动两侧主桁前端架设菱镜，通过全站仪在顶推过程全程监控，以顶推装置限位检测装置为辅，当主梁偏移量大于设计安全值，应停止顶推，通过手动操作，调整轴为保证主桥线性满足设计及规范要求，在顶推过程中根据监控指令调整各个临位移观测主要是梁体的中线偏移和墩顶的水平、竖向位移，在顶推过程需用千斤顶及时调整。墩顶位移观测非常重要，根据设计允许偏位作为最大偏位值，换算坐标，从施力开始到梁体开始移动连续观测，一旦位移超过设计计算允许值则立即各墩顶推力的大小是根据摩阻力的大小调节，并通7.3.5每次顶推，必须对顶推的梁段中线进行测量，并控制在允许范围以内；7.3.7顶推时，应派专人检查导梁及箱梁，如果导梁构件有变形、螺丝松动、导梁与钢箱梁联结处有变形或箱梁局部变形等情况发生时，应立即停止顶推，进行7.3.9顶推到最后梁段时要特别注意梁段是否到达设计位置，须在温度稳定的8.1.2安全员及设备管理人员，应经常检查设备的完好状况，确保工具、设备的安全装置灵敏、可靠，特别是用电设备的漏电保护装置必须良好可靠，还必须由8.1.4高空作业时，搭设的施工平台要求平稳、安全、周围设置防护栏或安全网，且高度适合施工，所有放置在高空的设备、机具，必须放置在指定地点，避免把持牢固，所有机动工具放在袋（桶）内以免失落伤人。小工具袋(桶)，应与施工8.1.6正式施工时，由于操作人员之间有可能不通视，要求各系统控制与操作人员之间保证通讯畅通，原则上要求配备无线对讲系统，保证8.1.7封闭部位施焊时，应采取良好的通风、排烟措施，以防中毒；封闭部位8.1.10钢垫块码砌时，严格按方案和设计位置要求时，立即停止顶推，严禁顶推设备带病作业。顶推施工时对主桥钢结构的竖直度、9.1.3加强机械设备的保养和管理，同时选用噪音相对较小的设备，并尽可能采用液压设备和摩擦设备代替振动式设备，严格9.1.4建立环境保护体系，严格按保证体系运行，确保环境保护工程的顺利开9.1.5施工现场设置排水沟及三级沉淀池，施工污水经沉淀后排入市政污水管法相比，通过对比分析可节约成本128.7万元，其中包括由两次顶推法而减少项目可降低工程