预顶升钢混叠合梁桥施工风险控制技术研究

预顶升钢混叠合梁桥施工风险控制技术研究

李玉军1，胡建鑫1，李鸿博2

（1.中铁隧道局集团路桥工程有限公司，天津300308；2.同济大学，

上海200092）【摘

要】为对采用预顶升施工方法的钢混叠合梁桥施工过程中存在的重大风险进行控制，以商合杭铁路古城特大桥为背景，分析了在建设条件、施工方案、监控方案中存在的洪涝灾害、千斤顶或锁紧装置失效、施工监控计算参数或理论偏差等风险的原因与特点，并提出了针对性的控制措施。工程实践表明，通过采取合理的施工风险控制技术，有效避免了施工过程中安全事故的发生。【关键词】钢混叠合梁；预顶升；风险分析；风险控制【中图分类号】U445.6

【文献标识码】A

【文章编号】2095-2066（2019）04-0196-02

1引言

预顶升施工方法是改善钢混叠合梁桥负弯矩区混凝土桥面板抗裂性能的常见方法之一[1]。在这种复杂的桥梁施工过程中,存在诸多不确定性因素,为避免工程事故的发生,需进行风险评估与管理[2]。

在我国目前桥梁工程施工风险控制的相关研究中,吴春武等[3]采用层次分析法,对顶推法施工、上跨既有铁路的钢箱梁桥的施工风险因素进行了重要性排序,并给出了施工优化建议;于春孝[4]以黄冈公铁两用长江大桥为背景,论述了大桥在施工过程仿真计算、构件加工制造和施工技术方案3个方面存在的风险与应对措施;程达峰[5]对既有桥梁整体顶升施工过程中的控制系统故障、液压设备故障、千斤顶内泄、监测值超限等风险进行了分析,并提出了相应的处理措施。但是,对于采用预顶升施工方法的钢混叠合梁桥这一结构形式,目前具有针对性的施工风险控制相关研究较为少见。

本文依托商合杭铁路古城特大桥,针对预顶升钢混叠合连续梁桥的特点,分析了其在建设条件、施工方案和监控方案3个方面的主要风险,并提出了具体的风险控制措施与方法。2工程概况

商合杭铁路古城特大桥位于安徽省阜阳市太和县,采用上承式无砟轨道无预应力体系钢混叠合连续梁跨越茨谷河,桥跨布置为5伊50.7m ,钢主梁采用单箱双室截面,混凝土桥面板设计无预应力钢筋。

商合杭铁路古城特大桥建造过程中,通过钢梁的顶升、回落与桥面板的交替施工,对墩顶负弯矩区的混凝土桥面板施加预应力。首先通过千斤顶在桥面板施工前将钢梁次中墩、中墩分别顶升20cm 、70cm ,在中跨附近混凝土桥面板施工完成后将中墩处钢梁下降70cm ,待剩余混凝土桥面板施工完成后再将次中墩处钢梁下降20cm 。施工过程中,由于钢梁的顶升与回落,在墩顶会出现较大负反力,为避免梁底出现脱空现象而采用了临时锁紧装置。

3风险分析

3.1建设条件风险分析

阜阳市地处黄淮海平原南端,年降雨量910mm 左右,但其气候为暖温带半湿润季风气候,降水的年内、年际变化受季风影响较大,洪涝灾害频繁[6]。

本项目的现场钢梁吊装是利用停在施工便道上的汽车吊

进行的。施工期间,如遇洪涝灾害发生,施工便道可能会在洪水及其携带漂浮物的作用下发生冲毁事故,造成巨大损失。

3.2施工方案风险分析

3.2.1千斤顶失效

为对墩顶负弯矩区混凝土桥面板施加足够的有效预压应力,钢箱梁的顶升高度较大,尤其是中墩墩顶处钢箱梁的顶升高度达到了70cm ,因此需要千斤顶提供的顶升力较大。同时,如待相应位置的混凝土桥面施工完成且达到一定强度后,再进行千斤顶的卸荷使钢梁回落,将对千斤顶在持荷阶段的性能提出较高的要求。如不采取有效的预防措施,千斤顶失效时,会直接造成钢箱梁的变形、应力等施工控制参数偏离理论值,可能导致桥面板的有效预压应力不足或对龄期不足的现浇混凝土造成破坏,严重时则可能导致钢箱梁实际应力偏差过大,超过材料的容许强度而被破坏。

3.2.2锁紧装置失效

在预顶升施工过程中,边墩和次中墩墩顶会出现较大的负反力,采用了临时锁紧装置避免钢箱梁发生脱空、落梁等事故。锁紧装置由精轧螺纹钢和梁底锁紧盒两部分组成,只允许钢箱梁在顺线路方向发生位移,如图3所示。精轧螺纹钢自墩身内伸入梁底锁紧盒中,梁底锁紧盒上方与钢箱梁底板焊接。

在顶升施工过程中,锁紧装置可能因为精轧螺纹钢强度

不足或锚固长度不足、梁底锁紧

盒焊接质量存在问题等

原因

图1桥位布

置图

图2预顶升施工过程流程图

图3锁紧装置构造示意图（单位：mm ）

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而失效。由于锁紧装置工作过程中,钢箱梁在千斤顶作用下产生了较大的强制位移,出现的负反力水平也较高。此时,若锁紧装置失效,将会导致钢箱梁发生脱空甚至变形失控,严重时可能导致钢箱梁失稳、倒塌,造成人员伤亡。

3.3监控方案风险分析

施工监控是保证工程质量的重要手段。在目前的桥梁施工监控中,一般首先需要进行结构的理论计算分析,以得到结构在施工过程中控制数据的理论值,指导实际施工。如果计算参数选取不准确,或计算理论存在不足,会导致理论计算值不符合结构的实际状态,将会使施工期结构的内力和线形存在偏差,甚至危及结构安全。

一方面,由于材料品质、构件制造质量、施工临时荷载等因素通常与理论情况之间存在差异,结构的理论计算总会存在一定的误差;另一方面,对于采用预顶升施工方法的钢混叠合梁桥来说,其施工工艺较为复杂,且工程实践不多。因此,在施工过程中,如何正确处理理论计算值与现场实测值之间的偏差,是保证结构安全、保障施工监控工作顺利实施的关键所在。4风险控制措施

4.1建设条件风险控制措施

为避免施工便道在洪水灾害中被冲毁,本桥在施工前根据现场实际情况对施工便道用地进行了测量放线,尽可能提高了施工便道的高程。便道遇水处,采用抛石挤淤,从中部向两侧抛投一定数量的碎石,将淤泥挤出路基范围,提高路基强度;顺水流方向铺设过水涵管,在涵管上方继续填筑透水性良好的砂石料,然后进行填料、面层的压实,确保施工便道的承载能力满足要求。

4.2施工方案风险控制措施

在施工方案制定过程中,通过计算与分析确定了锁紧装置精轧螺纹钢的材质、规格和相应的锚具规格等,确保锁紧装置的承载能力满足施工要求,且有一定的安全储备。在施工过程中,随时对锁紧装置的变形情况进行监控,一旦发现问题立即停止施工。

由于钢箱梁的顶升高度较大,本桥实际施工过程中采用分级顶升、分级回落的方式,每级顶升与回落高度控制为5cm,并通过带有精密油压表示数的千斤顶系统逐级控制顶升力。每级顶升与回落施工前,使各墩墩顶的液压油缸初步带压,带压5分钟后未发生漏油、油压表示数下降等情况时,可进行顶升施工。每级顶升施工结束后,在支座上抄垫5块1cm 厚的垫板,以防止千斤顶突然失效导致钢梁回落,避免事故的发生。

4.3监控方案风险控制措施

施工监控前期计算中,根据设计图纸与施工方案建立了结构的整体有限元模型,精细化模拟了结构的实际施工过程。

同时,为尽量减小材料品质与构件制造质量等因素对施工监控带来的影响,开展了结构参数敏感性分析,就混凝土材料强度、钢板厚度、混凝土桥面板厚度等参数对结构受力的影响进行了探究。结果表明,混凝土材料强度对结构受力影响较大,如混凝土材料强度不足,会导致桥面板预压应力较小,且这种不利影响在经收缩徐变后会有加剧的风险。因此,实际施工过程中,混凝土材料的质量验收与桥面板的预压应力度是施工监控的重要内容。

此外,施工现场临时荷载尽可能按照施工方案进行布置,以尽量使结构实际状态与理论计算状态相同。

5结语

本文依托商合杭铁路古城特大桥,针对采用预顶升施工方法的钢混叠合梁桥的特点,分析了在建设条件、施工方案和监控方案中存在的风险及其原因、特点,并提出了施工便道优化设计、分级顶升施工、结构参数敏感性分析等措施。工程实践表明,通过采用合理的风险控制技术,有效避免了施工过程中安全事故的发生,保证了项目建设的顺利进行。

基金项目：中铁隧道集团科研项目“高速铁路钢混叠合梁建造关键技术研究”。

参考文献

[1]齐伟杰.钢混组合梁桥的设计要点和方法[J].城市道桥与防洪,2017 (9):88-89,125.

[2]阮欣,朱少杰,叶晓牡.复杂桥梁施工过程的风险评估和管理[J].公

路,2012(7):178-182.

[3]吴春武,卢文良,徐林枫,等.某钢箱梁桥上跨既有铁路施工风险分

析[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2013,32(z1):879-883. [4]于春孝.黄冈公铁两用长江大桥施工质量技术风险分析及控制[J].

桥梁建设,2012,42(2):104-108.

[5]程达峰.既有桥梁整体顶升施工方案与风险控制[J].市政技术,2015 (2):54-57.

[6]熊晓辉,王璐,李越龙,等.气候资源变化对阜阳地区主要农作物产量的影响[J].安徽农业科学,2017,45(18):156-157,180.

收稿日期：2019-3-9

作者简介：李玉军(1973-),男,高级工程师,本科,主要从事铁路工程建设工作。

胡建鑫(1993-),男,助理工程师,本科,主要从事铁路工程建设工作。

李鸿博(1995-),男,助理工程师,本科,主要从事桥梁技术研究工作。

图4中墩

分级顶升过程（单位：mm）

图5结构整体计算模型

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