后围寨立交尚航路主桥位于陕西省西咸新区沣东新城, 主桥起于32号墩、止于34号墩, 上跨陇海铁路、三桥动车走行线及西安车辆厂存车厂等既有铁路共计9股道 (见图1) 。主桥为 (34+35) m两跨预应力混凝土连续箱梁, 长69m, 宽29m, 高2.8m, 重5 500t;采用单箱四室结构, 位于直线上, 线路纵坡为20.47‰。采用在铁路外侧支架法整体现浇、整体顶推就位, 5条滑道, 多点连续上坡顶推, 顶推距离64m;本次顶推设置L1~L9共9个临时墩、60个滑道梁, 设置33号、L3和L4共3个牵引墩、12台200t连续千斤顶, 设置长16m前置导梁。主要工艺流程如图2所示。

桥梁顶推法施工主要分为箱梁预制、顶推和成桥3个施工阶段, 顶推系统由顶推平台、滑道、导梁、横向纠偏、牵引、落梁等6大系统组成。

平台、滑道及墩间支架共同构成顶推和预制的平台, 支撑主桥的预制和顶推施工。

平台由永久墩、临时墩和墩间连接组成, 3个永久墩和9个临时墩, 共12个支墩, 最大顶推跨度26.7m, 为L1~L2之间;永久墩32~34号、临时墩L3, L4 (牵引墩) 为钢筋混凝土结构, 临时墩L1~L2, L5~L9为钢管柱结构, 钢管柱由加工厂制作, 现场吊装;支墩之间搭设满堂支架。

顶推平台作为箱梁预制的支撑和箱梁顶推走行的滑道, 要求其必须具有很高的平整度, 顶推平台平整度的高低将直接影响箱梁顶推走行时是否平稳, 是顶推能否顺利进行的关键, 是预制阶段控制的重点。控制要点如下: (1) 控制预埋件的定位和安装, 特别是墩顶滑道梁和千斤顶反力座须精确定位; (2) 调支墩与满堂支架的刚度, 减小两者间的差异沉降, 提高整个过程中顶推平台的平整度。

滑道由滑道梁、面板和滑块组成, 于箱梁腹板处布置, 每个墩顶5个, 共60个滑道梁。滑道梁由钢板拼焊成型, 两端加工成楔形, 便于滑块进出;面板为2mm厚镜面不锈钢板, 周边与滑道梁焊接, 不锈钢板表面粗糙度≤Ra12.5μm;滑块采用聚四氟乙烯板, 安装在面板表面, 滑块滑动面朝向面板表面, 其抗压强度≥30MPa, 厚3cm, 每节长40cm, 滑块与面板间涂覆5201硅脂油, 降低摩擦力。

滑道系统分2批安装, 首批安装制梁位置处的34号, L5~L9共6个墩30个滑道梁, 此批滑道梁在浇筑箱梁前安装;第2批剩余32, 33号、L1~L4共6个墩30个滑道梁的安装, 在箱梁顶推前安装。

第2批安装的滑道梁采用虚拟标高法 (见图3) 确定其顶面标高, 根据顶推前第1批滑道梁顶面实测标高虚拟一条顶推标高线, 作为第2批滑道梁顶面安装标高, 有效解决了箱梁预制时间差造成部分滑道梁支点的不均匀沉降问题, 提高了顶推平台平整度, 有利于箱梁顶推时走行更平稳。

控制要点如下: (1) 控制滑道梁安装精度, 对滑道梁加工、安装及分批安装时的顶面标高拟合需重点控制, 确保滑道处梁底平整; (2) 增加滑道梁的刚度, 滑道梁与支座间的间隙用细石混凝土填充密实, 以免顶推过程中滑道变形, 影响箱梁走行的平稳性。

为减小箱梁前端悬挑长度, 降低箱梁受到的应力, 梁体前端设置钢导梁。导梁采用实腹式钢板梁, 长18.8m, 由3节组成, 第1节长7.3m (含预埋段2m) , 第2节长6m, 第3节长5.5m, 节间通过高强螺栓连接, 横向由5片工字形主梁通过横联连接成整体;每片工字形主梁的顶板、底板及腹板的焊缝全部采用熔透焊接, 焊缝全部检测, 钢导梁出厂前试拼合格, 采用大吨位汽车式起重机安装就位。导梁尾部钢板深入箱梁内2m, 每片主梁与箱梁用32根直径40mm、抗拉强度为1 080MPa的精轧钢增强连接。前端设置鹰嘴, 支顶千斤顶, 方便导梁通过前方桥墩。

导梁安装完成后, 取安全系数为1.5~2.0进行反顶试验, 检查导梁与箱梁的连接质量, 是否会造成箱梁开裂, 一旦发生开裂, 需采取箱梁补强措施。

控制要点如下: (1) 导梁安装导梁在加工厂内必须经过出厂前的组装验收, 确认各部件合格;在现场安装时, 导梁全长范围内搭设满堂支架, 与箱梁同步搭设、同步预压, 全部组装完成验收后再浇筑箱梁; (2) 优化导梁与箱梁连接连接精轧钢预埋端间隔错开布置, 避免固定端应力过于集中;同时模拟最大受力工况, 检验钢混结合部的连接质量, 降低箱梁开裂风险。

顶推过程中为限制梁体横向偏移, 在箱梁两侧设置纠偏装置底座 (见图4) , 纠偏底座焊接于墩顶滑道梁上;在底座上放置横向千斤顶, 千斤顶与箱梁间放置2层滑块, 滑块间涂抹硅脂油, 随着箱梁移动, 滑块间发生位移, 后方连续喂入滑块。

控制要点:控制好底座的焊接质量, 确保底座刚度;滑块喂入要及时。

牵引系统由牵引墩、连续千斤顶、后锚装置和拉索组成, 在后锚和顶推千斤顶间穿入拉索, 作为顶推的动力。本次顶推采用3个牵引墩 (33号、L3和L4) , 12台200t连续千斤顶, 每个牵引墩顶4台, 每个千斤顶对应1个反力座, 顶推时12台千斤顶同时启动、多点联动。

后锚装置由钢板拼焊成型, 梁体预制时安装后锚装置的定位钢板和预留孔 (定位钢板和预留孔焊接成一个整体, 严格控制预留孔的相对位置) , 顶推前通过预留孔固定后锚装置。

每根拉索采用8根15.2mm低松弛钢绞线, 一端穿过连续千斤顶, 另一端固定在后锚装置上。拉索钢绞线下料时, 考虑安装时的松弛加长、千斤顶工作长度、固定端工作长度及张拉端预留长度等。各千斤顶的牵引索左、右捻向各半, 间隔排布, 防止采用单一捻向的钢绞线, 在反复夹持、松开的过程中, 带动活塞转动, 影响顶推的顺利进行。拉索安装后, 对其进行预紧, 预紧应采取对称进行的方式, 并应重复数次, 以保证各根钢绞线受力均匀。

控制要点: (1) 后锚装置定位精确定位后锚装置, 特别是预留孔间的相对位置, 避免固定后锚装置各螺栓受力差异过大, 而造成个别螺栓断裂; (2) 拉索预紧对称、重复数次预紧, 确保每根钢绞线的预紧力基本一致。

顶推系统安装完成后, 启动泵站;“手动”状态逐级加压, 每级稳定2min, 至箱梁缓慢移动;然后采取点动1, 2, 3s操作, 采集点动移动距离, 供顶推初步到位后, 进行精确定位提供操作依据。采集点动数据以后, 转为“自动”状态顶推, 试顶距离2m, 进行速度数据采集和箱梁实际重心确认, 确定偏位的方向;同时, 记录试顶时间和速度, 根据实测结果与计算结果比对进行参数调整, 做好油压、顶推力、千斤顶油缸最大行程等重要数据的测试工作。

控制要点:试顶过程中, 应检查桥体结构是否平衡稳定, 有无故障, 关键受力部位是否产生裂纹或检查各个顶推设备是否完好, 如有异常情况, 则立即停止试顶, 查明原因并采取相应措施整改后方可继续试顶。

正式顶推首先选择手动模式, 采用集中控制、分级调压启动千斤顶;待箱梁移动后, 转换至自动运行模式, 进行主梁的自动连续顶推。

自动顶推过程中, 根据系统采集的位移和顶推力数值, 后台计算机自动修改限值, 通过电磁阀控制千斤顶操作, 实现位移同步与顶推力同步双控、综合联动的方法进行系统的同步性控制。

顶推分2个阶段实施, 顶推距离64m。第1阶段为车辆厂内顶推, 顶推至铁路范围外5m, 顶推距离11.3m;第2阶段为铁路范围内要点封闭顶推, 顶推距离50.7m。

控制要点: (1) 各系统间紧密配合顶推时, 滑道、横向纠偏及牵引等系统的操作人员服从指挥, 协调行动;外围配合人员、监测人员及安全检查人员等, 分工明确, 定人定岗, 确保顶推顺利进行; (2) 顶推走行平顺性箱梁顶推过程中首先尽量保证匀速前进, 避免频繁启停, 维持系统操作的同步性;其次, 保证箱梁与滑道之间保持接触, 减少滑道脱空数量, 保持箱梁顶推走行平稳;同时, 保持中线偏向平稳, 避免出现“蛇形”前进, 以减小顶推过程中的附加应力, 保证箱梁结构不受损伤。

落梁系统由落梁千斤顶和保险支墩组成。采用20个500t千斤顶, 32号和34号墩顶分别布置5个, 33号墩顶布置10个;保险支墩为数层20mm厚钢板, 控制每个循环下落高度。

控制要点:千斤顶安装位置要准确, 特别是横向位置对支反力影响很大;其次, 千斤顶的转动灵敏性要高。

采用集中控制、分级调压、差值限定操作千斤顶, 采用两阶段落梁。 (1) 第1阶段在箱梁顶升5mm、拆除滑道、把支座固定于梁底后, 按照位移同步控制箱梁下落, 每10mm一个循环, 相邻墩顶下落高差≤5mm, 控制千斤顶分次循环落梁, 下落到位后进行细部支座标高调整; (2) 第2阶段对各个支点反力进行调整, 确保成桥后支座反力满足设计要求。

宽体箱梁横向各支点反力差异较大, 落梁前需建立模型进行受力分析, 确定各个千斤顶的计算支反力;根据箱梁起顶后的实测总重力, 修正计算支反力 (见表1) 。

控制要点: (1) 修正各千斤顶支反力按照修正后的仿真计算结果, 控制各个千斤顶的支反力, 确保成桥后支座反力≤1.1倍设计值; (2) 各墩落梁操作要平缓、一致, 顶起或下落要匀速、缓慢;同一个墩顶的千斤顶由1台油泵控制, 且每个千斤顶至油泵的油管长度、接头数量、千斤顶及油管规格完全一致, 保证同一时刻每个千斤顶内油压大小基本一致;在下落较快的一侧设置辅助千斤顶, 减缓其下落速度, 调整与另一侧下落速度相同;统一信号, 相邻墩上的千斤顶同时下落, 每5mm暂停一次, 强制同步相邻墩下落高度。

监测技术借助MIDAS等软件建立顶推仿真模型, 对模型数据、理论分析数据和监测数据, 建立统一的数据库, 它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、模拟性、优化性等特点;监测数据直观反映箱梁内部的应力状态, 可以真实反映箱梁的状态。

本次顶推顺桥向埋设9个断面, 每个断面11个应力监测元件 (见图5) , 对箱梁的结构应力状态进行实时跟踪分析, 在顶推和落梁过程中及时预警 (预警值设置为受拉1MPa) 全过程箱梁内部应力状态。同时, 监测箱梁中线、永久墩应力和水平位移、每循环下落位移及各支点反力等指标, 确保箱梁成桥状态符合设计要求。

控制要点:数据要及时、准确, 及时修正模型参数, 为现场操作提供参考。

尚航路主桥上跨陇海铁路顶推施工于2015年10月15日顶推就位, 平均顶推速度达10.7m/h;于11月14日落梁成桥, 成桥中线偏差<3mm, 优于验收规范 (<10mm) 的要求;目前, 该桥已通车1年多, 箱梁状态正常, 达到了设计要求。

本次顶推应用5条滑道有效降低了尚航路主桥的梁高, 从而降低了引桥、道路等结构的造价, 减少了构筑物拆迁和征地, 为建设单位节约投资1 050万元;同时, 创新了顶推技术控制, 优化了顶推系统设备, 提高了顶推效率, 减少了场地租用费、铁路施工配合费及人工机械费等, 降低项目成本约150万元。综合经济效益约1 200万元, 效果显著。

本次顶推的顺利进行, 证明多滑道顶推技术在大宽高比的城市桥梁中得到成功应用, 有效降低了工程造价, 拓宽了顶推技术的应用范围。