跨104国道特大桥84 m钢桁梁高位拼装悬臂顶推架设施工技术

张锐光，彭洪波

(中铁十局集团有限公司第八工程公司，山东泰安 271000)

1 工程简介

跨104国道特大桥位于京沪高速铁路济沪南联络线上，桥梁全长2 155.59 m，为双线桥，其中39号～40号墩间为1-80 m双线简支钢桁梁，为上跨104国道特大桥而设，钢桁梁线位处与104国道公路桥斜交角度53.5°，国道行车繁忙，施工安全压力较大。

钢桁梁全长85.5 m，自重10 858 kN。主桁采用无竖杆三角桁，主桁中心距10.6 m，桁高12.3 m，节间长度12 m，共7节。上下弦杆采用箱形截面，斜腹杆采用箱形截面和H形截面，主桁节点采用整体节点形式，上、下弦杆及斜腹杆均采用全截面拼接，主桁弦杆和斜腹杆的连接采用M27高强度螺栓。桥面系纵、横梁除端横梁外均为焊接工字形截面，端横梁为焊接箱形截面，在纵梁、横梁及上、下弦杆上翼缘焊有剪力钉与混凝土桥面连接。纵、横梁的连接采用M24高强度螺栓。上平纵联系统中心距为10.4 m，采用交叉式的腹杆体系，横撑及斜杆均采用工字形截面，与平联节点板的连接形式为M24高强度螺栓对接。钢桁梁端斜杆上设斜向桥门架，桥门架及横联均采用板式结构。

2 施工方案的选定

2.1 总体施工方案

因104国道上车流量较大，在桥面上搭设临时支墩的施工方法难以实现，为确保104国道正常通行，根据工程实际，经过经济技术比选后，本钢桁梁架设采用长导梁顶推架设方案，104国道主路上不再设置临时支墩。在两主墩靠路侧设置排桩临时支墩，减少导梁悬臂长度，通过长导梁整体顶推完成钢桁梁架设。顶推立面总布置见图1。

图1 顶推立面总布置(单位:mm)

2.2 施工方案的设计

原施工方案中拟采用龙门吊进行钢桁梁杆件的吊运、拼装，但由于杆件长度大，重量大，现场操作空间狭小;另外由于受相邻营业线接触网影响(距离临时墩边缘仅2.6 m)，龙门吊无法在地面架设。经项目部研究，决定租用1台260 t大型履带龙门吊进行钢桁梁现场拼装作业。前导梁拼装根据工程实际采用普通吊车拼装。

钢桁梁拼装场地设置在40号墩后，长约150 m，宽28 m。平台直线布置。钢梁整体拼装完成后由上海端(40号墩)向济南端(39号墩)一次顶推到位。

由于104国道车流量大，封闭道路施工相对困难，故仅在104国道两侧设置临时支墩。钢桁梁所跨104国道主路沿桥轴线方向宽度为40.7 m，根据钢梁与104国道斜交且上滑道的布置特点，确定钢梁顶推悬臂计算长度为60 m。由顶推最大跨度确定导梁长度为48 m，采用直线桁架变高结构形式，导梁自重1 700 kN;由于在大悬臂上墩过程中前端下挠较大，导梁最前端设置顶升牛腿辅助上墩。

(1)顶推力计算

主梁和导梁全部拼装完进行顶推，总重为12 408 kN，根据顶推力计算公式

式中，K为安全系数，取K=1.2～1.5;G为所需顶推钢梁的总重;f为滑道摩擦系数，取f=0.2;I为顶推时的坡度;安全系数K取1.2，得H=2 980 kN。

采用ZLD150型连续顶推千斤顶2台，提供顶推力为3 000 kN，此顶的顶推速度为6 m/h。2台千斤顶设置在40号墩墩顶，另外在 39号墩设置 2台1 000 kN水平顶推千斤顶作为备用千斤顶。顶推千斤顶安装在反力架上，反力架采用型钢构件制作，与预埋在桥墩内的预埋件焊接。反力架为组焊件。拉

锚器设置于端横梁(与主拉锚器对应)、次端横梁(与备用拉锚器对应)上，一次性顶推到位。拉杆采用钢绞线，拉锚器在钢梁后端横梁与横梁接缝处，左右对称布置，中心距离为7.27 m。

(2)配套滑道设计

在桥墩、临时支墩以及贝雷梁上设置顶推用的滑动支承装置即下滑道。下滑道结构形式采用钢轨铺设。顶推滑道中心间距为10.6 m。

下滑道是由2根钢轨构成的连续滑道，钢轨中心距750 mm(与下弦杆翼缘尺寸相配合);上滑道为在下弦杆节点处并排安装2根3.5 m长八三墩杆件反扣槽钢，非重要节点采用2.0 m长八三墩反扣槽钢构成。为减小滑动过程中的摩擦力，在连续下滑道及间断上滑道反扣槽钢内均涂抹黄油。

(3)拉锚器和牵引装置(图2)

拉锚器设置在梁底端横梁拼接板处，拉锚器为组焊件，采用高强螺栓安装在前次端横梁、后端横梁上，螺栓孔利用拼接头处现有螺栓孔。拉锚器和拉杆要确保其强度满足要求，拉锚器采用夹片式锚具，锚具是钢绞线束的固定装置，采用OVM15－7型锚具;钢绞线束根数依顶推力确定，使其弹性伸长值小于5 cm为准，一端同顶推千斤顶连接，另一端固定在拉锚器上，采用抗拉强度1 860 MPa的8-7φ5 mm钢绞线;拉锚器和钢绞线安装好后，对钢绞线进行预紧，以保证顶推过程中钢绞线受力均匀。

2.3 临时设施

2.3.1 临时支墩及施工平台

临时支墩分为2种，一种为φ630 mm×14 mm的钢管柱制作而成，另一种利用已浇筑完成的工程墩做为临时支墩，其布置见图3。

图2 拉锚器大样(单位:mm)

图3 临时支墩布置(单位:mm)

采用钢管柱制作的临时支墩编号为2号、4号、8号、10号、11号，其中2号、4号、8号临时墩基础为明挖基础，尺寸为5 m×5 m，明挖基础厚度以土层的承载力确定，承载力要求不小于150 kPa，明挖基础厚度一般为2.5～3 m。钢管柱间设置横向联结。10号、11号临时墩基础为桩基承台基础，承台尺寸为9.2 m×4.5 m×1.2 m，每个承台下设3根钻孔桩，桩长45 m，桩直径为1.25 m。排桩支墩横向布置为2根，间距10.6 m，纵向布置为4根，间距3.6 m，钢管截面采用φ630 mm×14 mm。钢管纵横向间设置I20a焊接件作横向连接。各墩顶垫梁直接采用八三墩杆件做垫梁。1～9号墩间垫梁顶每侧设置8排贝雷梁组装的施工平台，9～10号、11～12号墩顶每侧设置18根密排的I45b型钢做为施工平台。

2.3.2 导梁

因钢桁梁计算最大悬臂长度小于设计孔跨，在施工过程中必须设置前导梁，导梁采用八七梁组拼。导梁与钢桁梁间设置过渡段，过渡段高为13.533 m，导梁长度48 m，米字桁架结构，导梁高度由8.68 m变至4.34 m，节间长度8 m，导梁主桁中心距10.36 m。总重1 700 kN。钢桁梁下弦杆X1上预留螺栓孔，导梁与主桁之间利用高强螺栓连接。

3 顶推工况分析

3.1 滑道和临时墩布置工况分析

上滑道布置见图4。

(1)考虑钢梁顶推滑行过程，总共分18种工况计算。

根据顶推工况，上滑道传递反力值见表1(支点编号按步骤图从左到右)。

(2)根据顶推过程18种工况的计算结果，可以确定墩的设计载荷。

各临时支墩单侧的最大反力见表2。

考虑各跨弯矩及剪力值不同，根据表2反力值，保证12号～11号，10号～9号支墩之间能通过3 830 kN的集中载荷。

3.2 导梁和主梁受力验算

(1)导梁主要构件受力(表3)

从表3计算结果可以看到，导梁在顶推整个过程中，受力满足要求。

(2)主梁构件受力(表4)

从以上计算结果可以看出主梁所有构件最小都能承受4 896 kN(截面最小，长度最长E6－A7杆件容许承载力)的轴向压力。表中计算结果可以看到，顶推过程中，主梁结构的受力都比4 896 kN要小，说明主梁结构安全。

表1 上滑道传递反力值kN

kN表2 各临时支墩单侧的最大反力

表3 导梁主要构件受力 kN

表4 主梁构件受力 kN

4 顶推施工

4.1 顶推施工步骤

顶推施工共分为4步。

第1步:钢桁梁前5节和导梁拼装完成，拉锚器布置在后锚点1处。见图5。

第2步:顶推24 m后，导梁悬臂24 m，完成第6、7两个节间的拼装，更换拉锚器至后锚点2处。见图6。

第3步:继续顶推，导梁即将上墩，此时悬臂51 m，拉锚器更换至后锚点3。见图7。

第4步:更换拉锚器至后锚点4，继续顶推至设计位置，拆除导梁。见图8。

4.2 顶推施工过程

顶推动力由2台ZLD150型连续千斤顶提供，电动油泵启动后，千斤顶开始工作，开始连续不间断进行顶推作业。顶推过程中需更换后锚点位置3次。

(1)首先进行试顶，检查2台连续千斤顶的同步性。调整后进行正式顶推作业，此时拉杆位置固定在后锚点1上。

(2)电动油泵启动，连续千斤顶开始运转，钢桁梁开始向39号墩方向前进。

图5 第1步(单位:mm)

图6 第2步(单位:mm)

图7 第3步(单位:mm)

图8 第4步(单位:mm)

(3)顶推过程中钢桁梁前端及末端各安排2名工人，观察梁体走行情况，防止走行偏位并及时对滑道顶面涂抹黄油，保证润滑。

(4)钢桁梁第1次顶推24 m，导梁悬空24 m，更换拉锚器位置至后锚点2上，顶推设备进行检修。

(5)第2次启动电动油泵，千斤顶开始连续顶推作业，钢桁梁继续前进27 m，导梁悬空51 m，前导梁即将上到11号临时支墩顶的滑道上。此时停止作业，更换拉锚器位置至后锚点3上。顶推设备进行检修。

(6)11号临时支墩顶滑道上海端设置2台50 t液压式千斤顶，支撑在导梁端头处的顶升牛腿上辅助导梁上墩。第3次启动电动油泵，千斤顶开始连续顶推作业，钢桁梁继续前进36 m，停止顶推作业，更换拉锚器位置至后锚点4上。顶推设备进行检修。当导梁上墩前进6 m后，一边进行顶推作业，一边进行前导梁拆除作业。

(7)第4次启动电动油泵，千斤顶开始连续顶推作业，钢桁梁继续前进32 m至设计位置，导梁全部拆除完毕。至此，顶推作业完成。

5 纠偏和线形控制

(1)横向纠偏

钢桁梁顶推时发生横向偏移超过2 cm，则采用横向千斤顶进行纠偏，千斤顶反力架焊接在施工平台上，利用2台80 t千斤顶进行纠偏。若超过2 cm，则应立即停止顶推，制定整改措施后，再继续顶推。

(2)在37号桥墩上设置全站仪，在钢桁梁前端设置横向标尺。顶推过程中安排专人24 h轮换不间断地观测主梁的横向偏移。

(3)在主梁下弦杆中间位置设置塔尺，在37号墩顶设置水准仪，顶推过程中设置专人24 h轮换不间断地观测主梁的挠度。

6 落梁

(1)落梁前的准备工作

①在钢梁端头4个支座设计位置附近各放置1个500 t的千斤顶，并搭设落梁保护跺。

②起顶时，同一端的2个千斤顶同时起顶2 cm后停止，在保护垛上添加垫板，然后另一端再顶起2 cm，填加垫板，使垫板及千斤顶同时受力，此时钢梁与滑道脱空，将滑道拆除。

③安装支座。

④落梁垫块准备充分到位，指挥人员和操作人员准备就绪。

(2)落梁施工

钢桁梁两端交替下落，每个桥墩每次下落按5 cm进行控制，直至落到设计高程，支座完全受力。调整梁体线形满足设计和规范要求，灌注支座。

7 结语

济沪南联络线跨104国道特大桥1-84 m钢桁梁工程采用了高位拼装悬臂顶推架设施工技术，在104国道主路上不设临时支墩，仅在两主墩靠公路侧设置排桩支墩，减小导梁悬臂长度，通过48 m长导梁连续顶推完成钢桁梁整体架设。与其他架设方法相比较，该技术有受外界因素干扰小、稳定性好、设备简单、操作方便、施工快速、安全可靠，节约工期的特点。

［1］TB10212—98 铁路钢桥制造规范［S］.

［2］TBl0002.2—2005 铁路桥梁钢结构设计规范［S］.

［3］GB50010—2002 混凝土结构设计规范［S］.

［4］GB50007—2002 建筑地基基础设计规范［S］.

［5］JGJ94—94 建筑桩基技术规范［S］.

［6］JGJ79—2002 建筑地基处理技术规范［S］.

［7］TB10415—2003 J286—2004 铁路桥涵工程施工质量验收标准［S］.

［8］GB50205—2001 钢结构工程施工质量验收规范［S］.

［9］TB10401.1—2003 铁路工程施工安全技术规程［S］.

［10］TB10401.2—2003 铁路工程施工安全技术规程［S］.