虎门二桥小半径平曲线钢箱梁落梁施工关键技术

孙 涛，付凯歌，朱小金，杨 敏，谢国强

(中交二公局第五工程有限公司，陕西 西安 710065)

1 工程概况

图1 钢箱梁布置(单位：cm)

2 桥面成坡方式

对于小半径平曲线高速公路桥梁，从行车安全性和结构排水功能性要求考虑，桥面必须设置横坡。对于顶底同坡、直腹式单箱双室钢结构箱梁，桥面横坡有以下2种成坡方式。

1)成坡方式1(见图2) 钢箱梁各横截面沿设计中心线的径向旋转6%成坡，特点为：①桥面为圆锥环，底板不在平面上，且该圆锥任意母线的坡度为6%；②任意沿径向的箱梁横截面顶板横坡均为6%。该成坡方式可看成是纸质雨伞的环面，雨伞骨架类似于圆锥母线，每根骨架坡度沿径向相同，两骨架中间为平面，体现以直代曲；相邻骨架位于同一个平面上。

图2 成坡方式1示意

2)成坡方式2(见图3) 顶、底板均为平面，钢箱梁沿两端点连线旋转形成横坡，并控制端截面的横坡为6%，特点为：两端截面沿径向横坡为6%，但整个桥面所在平面与水平面夹角为6.16%，即中间墩位处的横坡为6.16%，其余各截面横坡均不相同。该成坡方式可看成是扇子的扇面，绕下边直线旋转i%坡度后，中间骨架坡度最大，为i%，其他骨架坡度均

图3 成坡方式2示意

成坡方式1的钢箱梁顶、底板位于空间曲面上而非平面上，钢箱梁加工和现场安装施工的难度都较大。成坡方式2的钢箱梁顶、底板是平面，但各断面的钢箱梁横坡不同，为达到桥面横坡相同目的，桥面现浇层各处的厚度将会不同。

经过比选，为便于钢箱梁加工和现场安装施工，本项目采用成坡方式2成坡，即通过整体旋转和在钢箱梁顶面设混凝土现浇层作为调平层，实现桥面横坡。

3 钢箱梁安装及落梁工艺

3.1 钢箱梁顶推安装

受制于现场的施工环境，为降低施工难度，按先解决钢箱梁曲线和纵坡问题再解决横坡问题的思路进行钢箱梁顶推安装。顶推施工前，在钢箱梁拼装区域搭设不带横坡、仅有3.34%纵坡的拼装平台，拼装平台布置在R=200m的平曲线上；钢箱梁在拼装平台上分节、分块焊接完成后，经分析对比，采用步履式千斤顶进行顶推施工。采用顶推方式完成钢箱梁的跨线施工后，调整好步履式千斤顶，准备落梁。

在落梁过程中，以A6，A8墩内侧千斤顶支点为连线作为旋转轴，钢箱梁绕旋转轴整体旋转至各断面横坡满足设计要求后，安装并固定支座，浇筑桥面混凝土调平层，完成钢箱梁安装施工(见图4)。

图4 落梁时旋转轴示意

3.2 落梁旋转时钢箱梁支撑点横桥向间距变化

端截面在6%横坡的条件下，钢箱梁底板内、外侧高差为5 890×6%=353.4mm。

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钢箱梁由水平状态整体旋转至端截面呈6%横坡状态过程中，如内侧边点不发生位移，则钢箱梁中心线将往内侧偏移5.3mm、外侧边点将往内侧偏移10.6mm(见图5)。即在旋转过程中，除旋转轴上的支撑点外，钢箱梁底板上的其他支撑点在横桥向的间距随着旋转的进展而发生相应变化(见图6，7)。

图5 钢箱梁旋转到位时中线位移变化示意

图6 旋转时底板的初始状态与最终状态示意

图7 每次旋转支点间距变化示意

旋转前，钢箱梁底板与盖梁间的最小距离为353.4mm；旋转过程中，随着高度的变化，支点横桥向间距变化如表1所示。

表1 每次旋转变化高度与支点横桥向间距变化 mm

为减少旋转过程中支点横桥向间距变化而引起千斤顶的附加力，防止千斤顶被“憋坏”，每次旋转时变化高度控制在50mm。

为确保旋转落梁后的钢箱梁平面位置满足设计要求，在旋转过程中，设置校核点，以检测固定点是否处于不动状态；若设定的固定点发生偏移，则需在横坡调整到位后再次调整钢箱梁的平面位置至设计位置。

3.3 落梁各工况计算

为确保旋转落梁过程中钢箱梁的受力和施工安全，采用有限元软件按实际支撑点的位置进行落梁全过程模拟，并拟定7种可能出现的不利工况，计算钢箱梁受力和稳定性，计算结果如表2所示。

表2 落梁各工况计算结果

根据模拟计算分析，当A7墩位处两支点千斤顶的落梁位移超过其他2个墩位处的千斤顶落梁位移达55cm时，即出现工况2的状态；当A8墩位处两支点千斤顶的落梁位移超过其他2个墩位处的千斤顶落梁位移达60cm时，即出现工况3的状态；当A7墩位处内侧支点低于外侧支点2.1cm时，内侧支点脱空，即为工况4；当A7墩位处外侧支点低于内侧支点2.5cm时，外侧支点脱空，即为工况5；当A8墩位处内侧支点低于外侧支点1.3cm时，内侧支点脱空，即为工况6；当A8墩位处外侧支点低于内侧支点1.5cm时，外侧支点脱空，即为工况7。

由计算结果分析可知，各工况下钢箱梁的应力均在可控范围内，但在工况2条件下，钢箱梁曲线外侧支反力远大于曲线内侧支反力，钢箱梁变形较大，在横向风荷载或其他荷载扰动下有较大倾覆风险；在工况3条件下，A7墩位处的支反力远大于A6墩位处的支反力，钢箱梁变形较大，有较大倾覆风险。

为确保落梁安全，落梁过程中，需对落梁千斤顶进行荷载和位移双控，并以位移控制为准。

3.4 落梁施工步骤

1)第1步 顶推到位后，调整钢箱梁的纵坡至设计位置，将钢箱梁中线往外侧预偏移5.3mm。

2)第2步 采用千斤顶按“碎步慢走”、逐级同步进行落梁。

3)第3步 内侧支点不动，分次逐级起顶外侧千斤顶，使支座截面处底板最外侧升高353.4mm，使支座截面处钢箱梁的顶、底面产生6%的横坡。此时需复核箱梁中线、边线是否在理论位置，若有偏差，应及时微调。

4)第4步 逐级落梁至支座上，并对齐支座螺栓，落梁过程中复核箱梁中线位置。

5)第5步 支座螺栓暂时不拧紧，微调平面位置和高程至满足设计要求，拧紧支座连接螺栓，灌浆，完成落梁施工。

4 实施情况

当落梁旋转到位时，钢箱梁的最小横坡为6%，大于钢箱梁与千斤顶间钢对钢的静摩擦系数1%，即若不采取止滑措施，在自重作用下钢箱梁有下滑趋势。因此，在旋转前，先在各墩位处设置侧向限位装置，防止可能出现的下滑，且限位装置与钢箱梁间的距离稍大于旋转产生的偏位，防止旋转过程中钢箱梁在限位装置处“卡住”。

钢箱梁旋转过程中，原计划保持外侧千斤顶不动，通过内侧千斤顶回油，使钢箱梁在自重作用下主动向内倾完成旋转。实施过程中，由于钢箱梁自身刚度和平曲线影响，当内侧千斤顶回油时，外侧千斤顶油压迅速增大，A7墩千斤顶油压的增速明显大于其他两墩，且钢箱梁不动。为确保落梁安全，根据计算分析重新调整落梁旋转方案，最终锁定A6，A8墩内侧千斤顶，以其连线作为旋转轴，其他部位围绕旋转轴旋转，落梁过程中，各千斤顶行程差控制在5mm内，顺利完成施工。

5 结语

本文结合A匝道小半径平曲线钢箱梁顶推施工工程实例，分析总结了等高度直腹板钢箱梁在顶推到位后的落梁施工关键技术，在恶劣的施工环境下将安全风险降至最低。