橋梁工程懸索橋的方案設(shè)計(jì)

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主橋下部結(jié)構(gòu)采用棧橋和墩位平臺(tái)方案，施工鉆孔樁基礎(chǔ)，反循環(huán)工藝成孔，北塔承臺(tái)采用輔以井點(diǎn)和深井降水明挖施工，南塔承臺(tái)采用整體鎖口鋼管樁圍堰施工，塔柱采用6m液壓自爬模澆筑施工，下橫梁采用支架法施工，上橫梁采用托架法施工，上部采用先梁后纜方案施工，主纜在梁面上采用貓道為操作平臺(tái)，PPWS工法架設(shè)，索鞍利用塔頂?shù)跫芊?塊吊裝就位。主橋鋼箱梁采用單向多點(diǎn)同步頂推法架設(shè)，現(xiàn)場(chǎng)在項(xiàng)目駐地以北設(shè)置鋼梁節(jié)段組拼制造廠，鋼箱梁在工廠加工成板單元，運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)加工成標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段。北共用墩與北主墩間搭建鋼箱梁頂推平臺(tái)，在頂推平臺(tái)上設(shè)置1處2×170t跨橋位移動(dòng)提升站吊裝箱梁節(jié)段和安裝北錨梁。鋼箱梁前端設(shè)置鋼導(dǎo)梁，頂推過(guò)程中設(shè)置臨時(shí)墩進(jìn)行支撐，臨時(shí)墩最大跨度82m，最高達(dá)55m。頂推由計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)連續(xù)頂推系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。南岸錨固段鋼梁板單元由運(yùn)梁車(chē)通過(guò)棧橋運(yùn)輸，采用支架法高位拼焊方案，由200t履帶式起重機(jī)安裝2個(gè)錨固段，其他單元板件控制在14t以?xún)?nèi)，用塔式起重機(jī)安裝，在平臺(tái)上安裝組拼胎架和千斤頂微調(diào)系統(tǒng)，將錨梁拼焊成整體，整個(gè)支架拼焊及頂推、合龍統(tǒng)一納入監(jiān)控，進(jìn)行線形控制。北岸錨固段鋼梁在組拼場(chǎng)拼裝成大塊節(jié)段，由運(yùn)梁車(chē)運(yùn)輸至北岸2×170t提升站處，由2×170t提升站將梁段提升至拼裝平臺(tái)上，將錨梁拼裝成整體。如圖2所示。

頂推設(shè)計(jì)

1頂推拼裝平臺(tái)

頂推拼裝平臺(tái)是鋼箱梁節(jié)段拼焊和線形控制的場(chǎng)地，是頂推施工的起點(diǎn)。拼裝平臺(tái)縱向長(zhǎng)40m，橫向?qū)?4m，采用鋼管樁加鋼管連接系作為支撐體系，管樁頂采用型鋼作為縱、橫梁。平臺(tái)四周采用1.2m(δ=12mm)管樁，中間采用0.8m(δ=10mm)管樁。管樁每根長(zhǎng)72m，入土深度約27m，單樁承載力1750～3200kN。

2臨時(shí)墩及導(dǎo)梁

全橋共有6組臨時(shí)墩，分布在北共用墩和南共用墩之間的河道和灘地上，標(biāo)準(zhǔn)間距為82m。每組標(biāo)準(zhǔn)臨時(shí)墩通過(guò)分配梁和鋼管組成變剛度結(jié)構(gòu)，棧橋以下由24根1.0m管樁(δ=12mm)體系組成，按照3m×4m間距布置，棧橋以上由4根1.5m管樁(δ=16mm)組成。連接系采用桁式鋼管，管樁頂采用型鋼分配梁上布置滑道結(jié)構(gòu)。單樁豎向承載力3000kN，入土深度35m，設(shè)計(jì)考慮調(diào)水調(diào)砂的沖刷12m影響。平臺(tái)及臨時(shí)墩樁均以入土深度和貫入度進(jìn)行雙控，以入土深度為主，以貫入度校核。打入時(shí)先采用DZ120錘打到穩(wěn)定，再用APE400B或DZJ400打樁錘復(fù)打，80t履帶式起重機(jī)在棧橋上配合施工。鋼導(dǎo)梁為變截面工字形鋼板梁，由2片主梁加桁式鋼管連接系組成。底面線形與鋼箱梁一致，長(zhǎng)52m，重約153t，與鋼箱梁用高強(qiáng)螺栓連接，導(dǎo)梁前端一節(jié)底面設(shè)置成斜坡口，以便鋼導(dǎo)梁能順利到達(dá)臨時(shí)墩上。鋼導(dǎo)梁在使用前必須進(jìn)行探傷和等強(qiáng)度靜載試驗(yàn)，以便檢驗(yàn)豎向?qū)嶋H撓度與計(jì)算值的出入，測(cè)量出準(zhǔn)確的撓度，確保架梁安全。鋼導(dǎo)梁在工廠分單元制造并運(yùn)輸至工地，利用汽車(chē)式起重機(jī)分節(jié)拼裝，為保證拼裝過(guò)程中的抗傾覆穩(wěn)定性，利用2×170t提升站吊到拼裝平臺(tái)后整體拼裝。鋼導(dǎo)梁前端設(shè)上墩結(jié)構(gòu)，上墩后用千斤頂頂起，在滑塊上滑移實(shí)現(xiàn)過(guò)墩。

3滑動(dòng)裝置

滑動(dòng)裝置由滑塊(MGE高分子材料板)、滑道組成。MGE在工程實(shí)際應(yīng)用中實(shí)測(cè)摩擦系數(shù)都在0.02～0.04(涂硅脂潤(rùn)滑)，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差約0.01?？紤]到工程的復(fù)雜性，采用靜摩擦系數(shù)0.05，動(dòng)摩擦系數(shù)0.03?；灞砻嬖O(shè)置油槽，解決滑板不吸油問(wèn)題，滑塊表面涂硅脂油以減小頂推摩阻力，滑道表面完整無(wú)縫、光潔、清潔非常重要，可避免劃傷、污物侵入滑道、滑板磨損變形、褶皺等使摩擦系數(shù)增大。滑道由鋼板制作，主體鋼板厚度應(yīng)在40mm以上，上面鋪2～3mm厚不銹鋼板，不銹鋼板表面粗糙度＜5μm，滑道板橫向?qū)挾葹榛瑝K寬度的1.2～1.5倍，滑道前、后端50cm范圍各有一段斜面，與滑道夾角約20°，以便滑塊喂進(jìn)和吐出?；腊宓挠行чL(zhǎng)度為5m，滑塊在頂推過(guò)程中承受的最大壓力＜10MPa，以免造成滑塊變形過(guò)大和損傷?；懒号c分配梁間采用橡膠緩沖層，以適應(yīng)梁底曲線的變化，調(diào)節(jié)箱梁底板不平以及滑道頂標(biāo)高的控制誤差。橡膠層作為垂直方向承受壓力的緩沖變形層，既滿(mǎn)足受壓強(qiáng)度的要求，又有一定的變形，以適應(yīng)主橋豎曲線和設(shè)計(jì)成橋線形的要求。橡膠層內(nèi)的加勁鋼板可保證滑道的整體性，起骨架作用。

4動(dòng)力及控制系統(tǒng)

本工程采用18臺(tái)ZLD100-200頂推千斤頂，ZTB25泵站。每臺(tái)千斤頂配置8根鋼絞線。設(shè)備儲(chǔ)備能力及安全系數(shù)計(jì)算滿(mǎn)足要求，頂推速度6～8m/h。受臨時(shí)墩影響，施工要求不平衡水平力前進(jìn)方向最大不超過(guò)墩頂支反力的5%，反向不超過(guò)3%?？偁恳Π纯傢斖浦氐?%計(jì)算，設(shè)備按10%水平力選配。頂推過(guò)程中所需最大牽引力T=161800×5%=8090kN，動(dòng)力儲(chǔ)備系數(shù)為18臺(tái)×1000/8090=2.22，鋼絞線的安全系數(shù)為8根/臺(tái)×260kN/根×18臺(tái)/8090kN=6。連續(xù)頂推千斤頂裝置包括2臺(tái)千斤頂以及連接撐套、2套自動(dòng)工具錨及2套行程檢測(cè)裝置。通過(guò)2臺(tái)千斤頂串聯(lián)，其中1臺(tái)千斤頂頂推，另一臺(tái)回程復(fù)位，當(dāng)前一臺(tái)頂推行程快要到位時(shí)，另一臺(tái)進(jìn)入工作狀態(tài)，交替接力往復(fù)循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼箱梁不停地連續(xù)頂推作業(yè)。鋼絞線一端拉在箱梁上的拉錨器上，拉錨器共17對(duì)，布置間距約40m，在縱隔板內(nèi)側(cè)802mm處，過(guò)墩時(shí)不用拆除。

5導(dǎo)向及糾偏裝置

頂推過(guò)程中會(huì)由于各種原因造成箱梁的橫向偏位，本橋主要采取導(dǎo)向限位措施和加橫向力主動(dòng)糾偏(見(jiàn)圖3)。導(dǎo)向的限位點(diǎn)分設(shè)在箱梁的首、尾兩端和主塔墩處。尾端在拼裝平臺(tái)處設(shè)置橫向限位導(dǎo)向。前端臨時(shí)墩限位導(dǎo)向利用滑道作糾偏導(dǎo)軌，結(jié)合鋼箱梁橫隔板設(shè)計(jì)，采用1道橫隔板上、下游各布置糾偏輪，鋼箱梁前90m(大于兩臨時(shí)墩間距)共28對(duì)，對(duì)滑道梁的約束用螺栓連接。在主塔內(nèi)側(cè)則用限位導(dǎo)輪，與主塔采用預(yù)埋件連接，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)糾偏。導(dǎo)向失敗，偏差過(guò)大，必要時(shí)采用強(qiáng)制施加橫向力進(jìn)行糾偏。而糾偏受力點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)在結(jié)構(gòu)縱向長(zhǎng)度的首、尾兩端，為了保證梁按設(shè)計(jì)軸線滑動(dòng)，具體措施如下:①可用10t手拉葫蘆在前進(jìn)墩拉導(dǎo)梁、在拼裝平臺(tái)拉箱梁拉錨器進(jìn)行糾偏;②導(dǎo)輪上可按需貼楔鐵糾偏;③利用千斤頂進(jìn)行主動(dòng)糾偏。所以導(dǎo)向及糾偏工作必不可少，在頂推行進(jìn)狀態(tài)中，以導(dǎo)向?yàn)橹鳎匾獣r(shí)強(qiáng)制糾偏，限制鋼梁的橫向偏移始終在誤差允許范圍內(nèi)。

6頂推同步控制技術(shù)

桃花峪黃河大橋箱梁頂推控制系統(tǒng)擬采用分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，由1個(gè)主控臺(tái)(工控機(jī)+組態(tài)軟件)、9個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器、若干傳感器、若干數(shù)據(jù)線及控制線組成。每個(gè)主橋墩、臨時(shí)墩上各配置1個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器，每個(gè)控制器可控制2套頂推連續(xù)千斤頂，現(xiàn)場(chǎng)控制器要求既能就地控制又能遠(yuǎn)程控制。主控臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)控制器之間通過(guò)通信電纜連接。各現(xiàn)場(chǎng)控制器之間采用通信單元通信，所有檢測(cè)及控制信號(hào)經(jīng)過(guò)通信單元傳送到主控計(jì)算機(jī)。主控計(jì)算機(jī)根據(jù)各種傳感器采集到的位移信號(hào)、壓力信號(hào)，按照一定的控制程序和算法，決定油缸的動(dòng)作順序，完成集群千斤頂?shù)膮f(xié)調(diào)工作;同時(shí)，控制變頻器頻率的大小，驅(qū)動(dòng)油缸以規(guī)定的速度伸缸或縮缸，從而實(shí)現(xiàn)千斤頂?shù)耐娇刂?。每個(gè)墩位配置1個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器均帶有觸摸屏顯示，可控制1個(gè)泵站和2套頂推設(shè)備，同時(shí)將所有的數(shù)據(jù)傳送到主控臺(tái)。操作面板上安裝有急停開(kāi)關(guān)、遠(yuǎn)程/就地選擇開(kāi)關(guān)、報(bào)警指示燈等。在遠(yuǎn)程控制狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)控制箱只能進(jìn)行停止操作;在就地控制狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)控制箱可對(duì)本泵站上的任何1臺(tái)或多臺(tái)千斤頂進(jìn)行自動(dòng)、手動(dòng)操作。

方案優(yōu)化與創(chuàng)新

該橋方案中臨時(shí)墩高54m，黃河粉砂河床沖刷大(達(dá)6～12m)，施工期間風(fēng)大，頂推距離長(zhǎng)、梁重等施工要求，頂推設(shè)計(jì)采取了在常規(guī)鋼箱梁頂推方法基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)大噸位鋼箱梁高柔性支墩長(zhǎng)距離單向多點(diǎn)同步頂推技術(shù)，有效控制頂推過(guò)程中的不平衡水平力。

1臨時(shí)墩頂不平衡水平力控制方案和措施

針對(duì)工程特點(diǎn)采取“頂推力控制為主、速度同步控制為輔、荷載追蹤、均衡受控”的控制策略。以各墩墩頂總反力為控制依據(jù)，頂推千斤頂?shù)捻斖屏退俣茸鳛槭芸亓?，?shí)現(xiàn)力與速度的雙控。墩頂頂推方向不平衡水平力控制在5%以下，頂推反方向控制在3%以下，以此荷載控制臨時(shí)墩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，比常規(guī)的5%～10%有很大提高。臨時(shí)墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采取上滑道后偏離臨時(shí)墩中心20～25cm措施。

2頂推平臺(tái)采用長(zhǎng)、短結(jié)合滑道

頂推拼裝平臺(tái)前端采用臨時(shí)墩方式，其上設(shè)置短滑道，其余部分在箱梁與平臺(tái)間設(shè)置通長(zhǎng)滑道，便于鋼箱梁節(jié)段拼焊時(shí)節(jié)段的調(diào)整及滑動(dòng)與起頂，頂推施工時(shí)僅在拼好的箱梁后端設(shè)置起頂滑塊，其他拼裝用滑塊撤除，拼好的箱梁節(jié)段組靠前端臨時(shí)墩短滑道與后端設(shè)置起頂滑塊共同滑出，后端設(shè)置起頂滑塊在滑出一定距離后自動(dòng)與箱梁脫開(kāi)分離。如圖4所示。

3臨時(shí)墩頂設(shè)置預(yù)張拉水平索

為避免頂推時(shí)各墩受力不均造成墩身水平位移過(guò)大，可用墩頂水平鋼絞線束進(jìn)行抵抗。臨時(shí)墩墩頂位移設(shè)計(jì)允許值縱橋向?yàn)?頂推前進(jìn)方向120mm，反向?yàn)?0mm。水平鋼絞線束施工時(shí)分級(jí)加載，確保墩頂水平位移不超標(biāo)。每墩設(shè)置4束，每束6根15．24mm鋼絞線，共取24根鋼絞線，在特殊情況下均可單獨(dú)張拉收放調(diào)整。預(yù)張拉水平索布置情況如圖2所示。

4設(shè)置拉線式位移變送器和限位急停裝置

為確保使同一臺(tái)連續(xù)千斤頂?shù)那?、?個(gè)串聯(lián)油缸協(xié)同一致，在連續(xù)千斤頂后設(shè)拉線式位移變送器，可有效測(cè)量左、右頂推的不同步位移，一旦位移接近限值，就利用微動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)及限位，對(duì)頂推系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警。在預(yù)張拉水平索設(shè)限位急停裝置，此限位急停裝置采用變位器，可有效觀測(cè)臨時(shí)墩受力后的變位情況。變位器將頂推過(guò)程中的位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)直接傳送至主控計(jì)算機(jī)上，超限后停車(chē)。

5移動(dòng)提升站采用液壓連續(xù)千斤頂自動(dòng)控制提升技術(shù)

全橋鋼箱梁(不含錨固段)共分53個(gè)節(jié)段，節(jié)段類(lèi)型共A，B，C，D，E，F(xiàn)6種，C類(lèi)和F類(lèi)最重約319t，共44節(jié)。2×170t移動(dòng)提升站跨度44m，高16m，由剛性支腿、柔性支腿和主梁3部分組成。支腿為鋼管全焊結(jié)構(gòu)，主梁由2片1542mm×2786mm箱梁組成。門(mén)式提升站走行在拼裝平臺(tái)和北錨梁支架上的軌道梁上。主梁上設(shè)2個(gè)吊點(diǎn)，總起重量為2×170t。每吊點(diǎn)上連續(xù)提升千斤頂安裝16根17.8mm鋼絞線及圈線器，控制系統(tǒng)由主控計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控制器、傳感器、通信單元以及數(shù)據(jù)線等一整套設(shè)備及連接組成，采用集中管理、分散控制模式，能完成集群千斤頂?shù)膮f(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)千斤頂?shù)耐娇刂啤?/p>

6臨時(shí)墩和南、北錨固段支架基礎(chǔ)

北錨固段支架及北面覆蓋層厚的河段，臨時(shí)墩基礎(chǔ)采用打入鋼管樁方案;南面丁壩及覆蓋層薄的河段，采用打入樁下接鉆孔灌注樁方案，打入樁兼作鉆孔樁的護(hù)筒，接頭選在河床下一定深度，便于清除，滿(mǎn)足河道行洪、航運(yùn)及環(huán)保要求。南錨固段支架岸上基礎(chǔ)在堤上山邊采用挖孔擴(kuò)大基礎(chǔ)，路上采用擺放擴(kuò)大基礎(chǔ)加鋼管柱方案，具有便于清除倒用、對(duì)河堤影響小、環(huán)保等特點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

桃花峪黃河大橋根據(jù)箱梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造，采用適宜的滑擦式，高臨時(shí)墩頂推方式，總頂推長(zhǎng)度685.75m，平均頂推速度為375m/d。通過(guò)控制頂推同步性、墩頂不平衡水平力和位移，強(qiáng)化導(dǎo)向作用和橫向滑道頂面高差控制等技術(shù)措施，有效實(shí)現(xiàn)了大噸位鋼箱梁、高支墩、長(zhǎng)距離、單向、多點(diǎn)同步頂推，有效控制頂推過(guò)程中的不平衡水平力。（本文作者：李艷哲、蔡紅珍 單位：重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院、中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司）