变宽变纵坡曲线钢梁超长距连续顶推施工关键技术
0 引言
对于温州瓯江北口大桥土建二标,北引桥钢混组合梁共计7联,其中分离段5联,为单层结构,合并段2联,为双层结构,标准联跨径布置为3×50m,总长1 010m。
组合梁由钢梁节段和桥面板组成,钢梁采用空腹式槽形梁,单节段纵桥向长3~7m、横桥向宽10~12m,全桥共计钢梁节段510个,单节最大质量104t;桥面板为实心混凝土板,单块最大质量90t。
1)钢混组合梁分为变宽段及等宽段,变宽段钢梁底板宽度上由7.3m变宽为14.2m(见图1)。
2)钢混组合梁在平面线形上分为曲线段(曲线半径5 000m)及直线段。
3)钢混组合梁横坡均为2%,纵坡由1.36%变化至2%。
1 主要施工难点
本工程钢混组合梁所在桥址位置为海积滩涂农田,淤泥层最大厚度达40m,地质条件极差,加之墩高(40m以上)、跨径大、工程体量大等众多不利因素影响,钢梁的施工难度、施工安全风险、施工成本均面临很大压力。具体体现在以下几方面。
1)单层钢混组合梁均设置2%横坡,纵坡从1.6%~2.8%逐跨变化,加之钢梁横向宽度大,纵向距离长,横、纵向高差极大,大大增加了顶推施工难度。
2)变宽段钢梁底板与顶板每节段渐变,顶推施工过程中顶推支点横桥向不断变化,考虑结构局部受力问题,钢梁顶推点必须设置在腹板正下方,钢梁每顶推10m,腹板中心最大偏移约14.5cm,施工难度较大。
3)原设计墩顶宽度均小于钢梁底板宽度,钢梁底板比墩顶单侧最大超出2m,千斤顶无法直接支承在墩顶;即使墩顶宽度足够,但梁底距与墩顶的净空只有约45cm(垫石+支座高度),而千斤顶自身高度>1m,若利用墩顶支承,无法解决落梁问题。
2 主要技术创新点
针对上述施工难点,本文提出了相关解决措施,具体创新点如下。
1)合理设置顶推支墩高程,钢梁带纵横坡同步顶推,根据导梁最大挠度,不同段落顶推控制线形根据结构形式按最大纵坡与平均纵坡分别设置,并根据顶推线形精确控制支垫高度,降低后续落梁定位施工难度,采用精加工横纵双向坡度楔形垫板,确保钢梁底支撑点均匀受力。
2)专项设计了步履千斤顶自适应横向位移体系,在顶推过程中根据钢梁底板不同宽度变化,动态调整千斤顶及临时转换支墩的横桥向位置,使其始终在钢梁腹板正下方左、右7.5cm范围内,确保钢梁顶推过程中始终处于腹板受力状态。
3)采取在承台上单独搭设临时顶推支墩的方法,解决设计墩身宽度不足及落梁等相关问题。
3 顶推临时结构设计
3.1 顶推拼装平台设计
在顶推初始点设置1个顶推平台,左、右幅共用,拼装平台中央设置1个顶推点。顶推平台前一跨跨中设置1个临时顶推墩,负责导梁拼装支撑。
顶推平台按钢梁姿态设置横、纵坡,以适应钢梁带横、纵坡顶推施工的需要;顶推平台单幅设置2道纵梁作为钢梁拼装底腹板支撑,内侧纵梁固定,始终平行于桥梁中心平曲线,外侧纵梁随着钢梁宽度变化滑动调整,在保证钢梁节段的拼装情况下,简化平台构造,节约施工材料(见图2)。
3.2 顶推支墩设计
所有顶推支墩均设置在各墩承台单侧,由于钢梁底板为变宽设计,其靠近中央分隔带一侧的底腹板交界线与整个段落的平曲线平行,而远离中央分隔带一侧的底腹板交界线则跟随梁段宽度进行变化。因此,内侧步履千斤顶顶推全过程无须水平移动,为固定设置;而外侧步履千斤顶则需适应底板宽度在横桥向不断调整位置。该段落临时顶推墩的设计也是根据这一特点,为外侧千斤顶提供了横向移动空间。
所有步履千斤顶均位于钢梁底腹板交界线正下方,顶推过程中外侧通过千斤顶自移动适应,使千斤顶中心连线始终与钢梁段落平曲线平行,解决了弯曲段钢梁顶推支撑问题(见图3)。
4 自横移步履千斤顶设计
4.1 自横移步履千斤顶构造
顶推系统由DX步履式顶推系统、步履式顶推机横向调整系统两部分组成。其中,DX步履式顶推系统主要由DX步履式顶推机、70MPa变频同步控制液压泵站、电气控制系统等部分组成。同步控制精度可控制在2mm以内。
DX步履千斤顶通过在千斤顶外侧设置钢框架,实现临时转换支墩与千斤顶集成、纵向顶推与千斤顶横移一体化。其主要技术参数如下:重约2t,单顶承载力4 000kN,纵向行程45cm,横向微调5cm。步履千斤顶最大水平顶推力为400kN,为最大承载力的10%。单套步履千斤顶分为外框架及千斤顶2部分(见图4)。
4.2 步履千斤顶横移原理
DX步履千斤顶体系通过在千斤顶与外框架支架添加水平方向小千斤顶,以外框架与千斤顶循环互动的模式实现自横移,流程如下:(1)钢梁支撑在框架正上方,顶升油缸缩到底,步履式顶推机坐落在外框架上→(2)纠偏油缸往右顶推5cm,外框架位置不动,步履式顶推机往左移动5cm→(3)步履式顶推机顶升油缸顶起,外框架脱离地面,受力体系转至步履式顶推机→(4)纠偏油缸往左推5cm,外框架和上滑移面一起往左移动5cm。如果需继续往左移动,则重复步骤(1)~(4);如果需往右移动,则纠偏油缸的逻辑动作相反即可实现。
5 带横坡及变化纵坡顶推控制
1)顶推过程中钢梁纵坡姿态根据墩顶支座标高变化,只要保证导梁正常上墩、钢梁不碰撞墩顶支座即可,钢梁与千斤顶支垫高度较小,但该种方法顶推过程中随着钢梁坡度变化,千斤顶支垫高度时刻调整,施工过程复杂,多台千斤顶易产生受力不均情况,最终落梁需大幅调整钢梁坡度。
2)顶推过程纵坡按最大纵坡设置并保持不变,根据受力计算,钢梁预拱度在顶推过程中被自重抵消,基本不用调整支垫高度,最终采用同步落梁,施工过程更加简单,但为了保证最后一跨导梁上墩,钢梁顶推支垫高度较高。
综合多种因素,本文钢梁顶推按最大纵坡设置,千斤顶支垫采用轻型钢垫盒+薄调节钢板+楔形垫板形式,轻型钢垫盒厚度根据千斤顶落梁行程设置为10cm,主要为消除坡度变化带来的钢梁额外垫高量,顶推过程中钢垫盒无须调整,仅在最终落梁时抽除即可,钢垫盒间可采用焊接及限位板等形式与转换墩及千斤顶固定,保证了顶推过程中结构稳定性。
为保证接触面受力平均,采用增加坡度板的方式来处理。步履式顶推机的每个顶升油缸包含有倾斜鞍座,可适应一定角度倾斜的调整。
6 曲线顶推过程线形及安全控制
1)根据监控单位提供的钢梁每轮次顶推各支撑点理论最大荷载值,并将理论值的1.1倍作为该点的顶推力阀值,当超过阀值时,系统会自动报警和停止,并对该点进行修正后继续顶推。
2)顶推前,重新复测墩顶标高值,并和理论值进行对比,标高误差需控制在2mm以内。
3)每次顶推之前,提供本轮次顶推的距离、本轮次顶推过程各支点的受力变化度(按3m长度为节点提供)、本轮次顶推过程中各支点的标高变化值。
4)每次顶推到位后,需检测桥梁的线形是否符合理论要求,并根据复测值进行线形调整。
7 结语
变宽变纵坡曲线钢梁超长距连续顶推施工工艺解决了高空、大跨径、变宽变纵坡钢梁安装难题,此方法的顺利实施大大节约了工程施工成本并缩短了工期。
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