复杂竖曲线钢箱梁顶推施工的研究

复杂竖曲线钢箱梁顶推施工的研究

摘要:近年来随着基础设施建设的蓬勃发展，各种跨线钢箱梁桥梁越来越多，为保障桥下交通的正常畅通，以及施工的安全，要求顶推安装施工的桥梁也越来越多。但有些跨线桥为小型桥梁，平曲线与竖曲线较为复杂，顶推施工存在较大的难度，且由于目前没有系统的对钢箱梁桥梁顶推施工进行分析，因而没有现成的经验可以借鉴,需要施工过程中不断探索与思考。

关键词：复杂竖曲线钢箱梁顶推研究

前言

顶推安装施工，作为桥梁施工的一种方法，被广泛的应用桥梁安装上，顶推安装具有以下优点：

1、顶推设备轻型简便，不需要大型吊运工具，且适合特殊场地施工，如水浅浮吊不能进入的河流，山谷。

2、对桥下地基和净空无要求，不影响通车或通航，不需要中断道路交通。

3、顶推材料多为钢管钢材，可重复利用。

4、工作条件好，劳动强度不高。且跨数越多，经济性更好。

但是，顶推施工虽然源于钢桥安装（拖拉法），但实际多施工于混凝土桥安装，钢桥应用较少，对于钢桥顶推过程中的受力情况，以及设计箱梁平曲线、纵曲线以及的截面形式跟顶推施工结合也很少，即什么样的桥梁才适合顶推，设计方面没有明确的界定。

近两年，我们在武荆高速东西湖枢纽互通与新沟互通进行了7座桥梁的顶推安装，各种曲线的桥型都有，顶推施工遇到不少的困难，也积累了一些成功经验。下面就结合武荆高速AK0+217.030新沟互通A匝道1号桥谈下带竖曲线桥梁的顶推施工。

一、工程简介

武荆高速AK0+217.030新沟互通A匝道1号桥为武荆高速跨越107国道主干线的跨线桥，桥梁分左右幅，两幅结构形式一致：主梁为三跨连续钢箱梁，钢箱梁跨径为35+50+35，全桥长120米，架设于A 匝道5#~8#混凝土墩柱。

主梁横断面为单箱单室结构，“T”型截面，中部梁高1850mm、下宽6040mm，上部两侧各设1620mm宽挑臂，上部总宽9240mm。钢箱梁每延米重4.5吨。

该桥平面位于R=300米圆曲线上，纵面位于R=1600米，T=54米的凸型竖

曲线上,纵坡为3%变为-3.75%，变坡点位于107国道道路中心，即为桥梁的中心位置。桥梁断面图入如下

钢箱梁需要跨越107国道，107国道交通流量大，不能断交施工，另外路西有条小河，河堤布有通信光缆，不能布设临时墩，为顺利跨越107国道与小河而不影响交通，本工程钢箱梁顶推施工需加导梁.根据现场的地形情况临时墩与顶推平台布置情况如下图：LSD1、LSD2、LSD3、LSD4作为顶推平台，LSD4作为顶推反力墩，在此临时墩安装顶推千斤顶。

二、顶推施工存在的困难

根据临时墩布置可以看出，该桥顶推的最大跨距为27.5米左右，为跨越107国道段，也就是变坡段。从桥梁断面图我们发现，由于该桥的纵面位于R=1600米，T=54米的凸型竖曲线上,纵坡从3%变为-3.75%，变坡点位于107国道道路中心，即为桥梁的中心位置该桥不是单一纵坡的定斜率的桥梁，与常规的顶推施工存在一定差距，如果还安装以前的方法顶推，施工存在一定的困难。在顶推方案制定过程中，我们对顶推的全过程在计算机上进行模拟。通过顶推过程的模拟我们发现，以LSD1、LSD2、LSD3、LSD4作为顶推平台，LSD1、LSD2、LSD3、LSD4的之间高程差与成桥时该处的高程差一致，LSD4与LSD5之间安装导梁，顶推到LSD6时，导梁与LSD6间存在262mm 的高差，即导梁与LSD6接触不上，只有导梁与主梁共悬出64695米（导梁每延米重0.5吨，长18米，即主梁需悬出46米左右）时，主梁与LSD6滑枕才会接触，而导梁还是悬空，且LSD7与主梁还有52mm高程差。顶推过程模拟图：

而桥梁规范规定，悬臂安装时，钢箱梁悬臂安装时，最大的允许悬臂挠度不得大于L/300，而通过计算，当钢箱梁与导梁悬出64.695米

钢箱梁强度验算：

导梁与LSD6不接触，即导梁不提供支点反力，按钢箱梁与导梁尽悬出64.695米时，M=-34574400NM

σ= M/wz搭建CAD模型，得钢箱梁惯性距I=2. 746×1011mm4 ，最危险截面离质心y=1.144m

wz=I/yσ= M/wz=144. 02Mpa Q345qc钢许用应力为210 Mpa

σ＜【σ】（满足要求）

钢箱梁挠度验算

最不利工况，钢箱梁与导梁尽悬出64.695米时，为方便计算，我们就按主梁悬出46米来进行计算，忽略导梁的影响

最大挠度f=q×l3×l1/6EI- q l× l31 /24EI + q×l4 /8EI 其中l=46m，l1为离前排最近相临桩间距l1=13.2(LSD4到LSD5的距离)，惯性距I=2.746×1011mm4

挠度f=623mm＞l/300=100mm（不满足要求）

也就是整个顶推过程相当于导梁没有起作用，不能解决主梁悬臂过长，引起的挠度过大的问题。顶推过程中存在极大的危险。此外，整个过程，各临时墩受力极不均衡，在临时墩和滑枕以及四氟乙烯板尺寸设计时，需引起高度重视。

三、采用的解决方法

从计算结果我们看出常规的临时墩设计，导致钢箱梁在顶推过程悬臂挠度超出了桥梁安装允许的挠度极限，钢箱梁顶推施工存在安全隐患。最好的解决办法是制作的临时墩高程是可以随意升降的，导梁端头到达LSD7时，升起滑枕，使导梁与滑枕接触，提供支点反力，根据顶推进程，缓慢下降滑枕。而要求滑枕能够升降，这就需要在临时墩上安装大吨位、大行程的千斤顶，由于大吨位的千斤顶一般可调高程有限（一般200吨以上千斤吨有效行程小于10cm），这就需要跟相关厂家定制，成本较高。而如果该处高程直接在临时墩制作时加高的话，顶推过程中就会存在单临时墩受力过大，存在临时墩的失稳以及钢箱梁局部应力集中，对钢箱梁结构产生不利影响。考虑到技术可行性，并尽力降低施工成本，我们采用在滑枕下安装沙箱，以调整高程，即在一边顶推，一边根据模拟的高程变化情况放沙，这样根据模拟情况，我们在LSD6、LSD7滑枕下设置两组沙箱，

沙箱一般构造以及装沙情况如下图：

说明：沙箱箱体采用直径∮426壁厚8mm的钢管与底面500mm×500mm厚16mm的钢板焊接而成，在钢管与钢板接触的底面两侧设置∮50mm的卸沙孔。活塞由∮390壁厚8mm的钢管与顶面470mm×470mm厚16mm的钢板焊接而成，内设十字加劲肋，活塞与箱体间隙10mm。整个沙箱高582mm，有效装沙高250mm。当导梁与沙箱接触受力后，继续前行过程中，根据模拟的箱梁前进与放沙高度数据，均匀缓慢放沙，两沙箱放沙的沙量应一致。

通过沙箱的放沙操作，解决了竖曲线存在的顶推高程差问题，最终全桥的成功实施顶推。