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桥梁工程悬索桥的方案设计论文
主桥下部结构采用栈桥和墩位平台方案，施工钻孔桩基础，反循环工艺成孔，北塔承台采用辅以井点和深井降水明挖施工，南塔承台采用整体锁口钢管桩围堰施工，塔柱采用6m液压自爬模浇筑施工，下横梁采用支架法施工，上横梁采用托架法施工，上部采用先梁后缆方案施工，主缆在梁面上采用猫道为操作平台，PPWS工法架设，索鞍利用塔顶吊架分2块吊装就位。主桥钢箱梁采用单向多点同步顶推法架设，现场在项目驻地以北设置钢梁节段组拼制造厂，钢箱梁在工厂加工成板单元，运抵现场加工成标准节段。北共用墩与北主墩间搭建钢箱梁顶推平台，在顶推平台上设置1处2×170t跨桥位移动提升站吊装箱梁节段和安装北锚梁。钢箱梁前端设置钢导梁，顶推过程中设置临时墩进行支撑，临时墩最大跨度82m，最高达55m。顶推由计算机控制自动连续顶推系统实现。南岸锚固段钢梁板单元由运梁车通过栈桥运输，采用支架法高位拼焊方案，由200t履带式起重机安装2个锚固段，其他单元板件控制在14t以内，用塔式起重机安装，在平台上安装组拼胎架和千斤顶微调系统，将锚梁拼焊成整体，整个支架拼焊及顶推、合龙统一纳入监控，进行线形控制。北岸锚固段钢梁在组拼场拼装成大块节段，由运梁车运输至北岸2×170t提升站处，由2×170t提升站将梁段提升至拼装平台上，将锚梁拼装成整体。如图2所示。
顶推设计
1顶推拼装平台
顶推拼装平台是钢箱梁节段拼焊和线形控制的场地，是顶推施工的起点。拼装平台纵向长40m，横向宽44m，采用钢管桩加钢管连接系作为支撑体系，管桩顶采用型钢作为纵、横梁。平台四周采用1.2m(δ=12mm)管桩，中间采用0.8m(δ=10mm)管桩。管桩每根长72m，入土深度约27m，单桩承载力1750～3200kN。
2临时墩及导梁
全桥共有6组临时墩，分布在北共用墩和南共用墩之间的河道和滩地上，标准间距为82m。每组标准临时墩通过分配梁和钢管组成变刚度结构，栈桥以下由24根1.0m管桩(δ=12mm)体系组成，按照3m×4m间距布置，栈桥以上由4根1.5m管桩(δ=16mm)组成。连接系采用桁式钢管，管桩顶采用型钢分配梁上布置滑道结构。单桩竖向承载力3000kN，入土深度35m，设计考虑调水调砂的冲刷12m影响。平台及临时墩桩均以入土深度和贯入度进行双控，以入土深度为主，以贯入度校核。打入时先采用DZ120锤打到稳定，再用APE400B或DZJ400打桩锤复打，80t履带式起重机在栈桥上配合施工。钢导梁为变截面工字形钢板梁，由2片主梁加桁式钢管连接系组成。底面线形与钢箱梁一致，长52m，重约153t，与钢箱梁用高强螺栓连接，导梁前端一节底面设置成斜坡口，以便钢导梁能顺利到达临时墩上。钢导梁在使用前必须进行探伤和等强度静载试验，以便检验竖向实际挠度与计算值的出入，测量出准确的挠度，确保架梁安全。钢导梁在工厂分单元制造并运输至工地，利用汽车式起重机分节拼装，为保证拼装过程中的抗倾覆稳定性，利用2×170t提升站吊到拼装平台后整体拼装。钢导梁前端设上墩结构，上墩后用千斤顶顶起，在滑块上滑移实现过墩。
3滑动装置
滑动装置由滑块(MGE高分子材料板)、滑道组成。MGE在工程实际应用中实测摩擦系数都在0.02～0.04(涂硅脂润滑)，动、静摩擦系数相差约0.01。考虑到工程的复杂性，采用静摩擦系数0.05，动摩擦系数0.03。滑板表面设置油槽，解决滑板不吸油问题，滑块表面涂硅脂油以减小顶推摩阻力，滑道表面完整无缝、光洁、清洁非常重要，可避免划伤、污物侵入滑道、滑板磨损变形、褶皱等使摩擦系数增大。滑道由钢板制作，主体钢板厚度应在40mm以上，上面铺2～3mm厚不锈钢板，不锈钢板表面粗糙度＜5μm，滑道板横向宽度为滑块宽度的1.2～1.5倍，滑道前、后端50cm范围各有一段斜面，与滑道夹角约20°，以便滑块喂进和吐出。滑道板的有效长度为5m，滑块在顶推过程中承受的最大压力＜10MPa，以免造成滑块变形过大和损伤。滑道梁与分配梁间采用橡胶缓冲层，以适应梁底曲线的变化，调节箱梁底板不平以及滑道顶标高的控制误差。橡胶层作为垂直方向承受压力的缓冲变形层，既满足受压强度的要求，又有一定的变形，以适应主桥竖曲线和设计成桥线形的要求。橡胶层内的加劲钢板可保证滑道的整体性，起骨架作用。
4动力及控制系统
本工程采用18台ZLD100-200顶推千斤顶，ZTB25泵站。每台千斤顶配置8根钢绞线。设备储备能力及安全系数计算满足要求，顶推速度6～8m/h。受临时墩影响，施工要求不平衡水平力前进方向最大不超过墩顶支反力的5%，反向不超过3%。总牵引力按总顶推重的5%计算，设备按10%水平力选配。顶推过程中所需最大牵引力T=161800×5%=8090kN，动力储备系数为18台×1000/8090=2.22，钢绞线的安全系数为8根/台×260kN/根×18台/8090kN=6。连续顶推千斤顶装置包括2台千斤顶以及连接撑套、2套自动工具锚及2套行程检测装置。通过2台千斤顶串联，其中1台千斤顶顶推，另一台回程复位，当前一台顶推行程快要到位时，另一台进入工作状态，交替接力往复循环来实现钢箱梁不停地连续顶推作业。钢绞线一端拉在箱梁上的拉锚器上，拉锚器共17对，布置间距约40m，在纵隔板内侧802mm处，过墩时不用拆除。
5导向及纠偏装置
顶推过程中会由于各种原因造成箱梁的横向偏位，本桥主要采取导向限位措施和加横向力主动纠偏(见图3)。导向的限位点分设在箱梁的首、尾两端和主塔墩处。尾端在拼装平台处设置横向限位导向。前端临时墩限位导向利用滑道作纠偏导轨，结合钢箱梁横隔板设计，采用1道横隔板上、下游各布置纠偏轮，钢箱梁前90m(大于两临时墩间距)共28对，对滑道梁的约束用螺栓连接。在主塔内侧则用限位导轮，与主塔采用预埋件连接，实现主动纠偏。导向失败，偏差过大，必要时采用强制施加横向力进行纠偏。而纠偏受力点应尽量设在结构纵向长度的首、尾两端，为了保证梁按设计轴线滑动，具体措施如下:①可用10t手拉葫芦在前进墩拉导梁、在拼装平台拉箱梁拉锚器进行纠偏;②导轮上可按需贴楔铁纠偏;③利用千斤顶进行主动纠偏。所以导向及纠偏工作必不可少，在顶推行进状态中，以导向为主，必要时强制纠偏，限制钢梁的横向偏移始终在误差允许范围内。
6顶推同步控制技术
桃花峪黄河大桥箱梁顶推控制系统拟采用分布式计算机网络控制系统，由1个主控台(工控机+组态软件)、9个现场控制器、若干传感器、若干数据线及控制线组成。每个主桥墩、临时墩上各配置1个现场控制器，每个控制器可控制2套顶推连续千斤顶，现场控制器要求既能就地控制又能远程控制。主控台及现场控制器之间通过通信电缆连接。各现场控制器之间采用通信单元通信，所有检测及控制信号经过通信单元传送到主控计算机。主控计算机根据各种传感器采集到的位移信号、压力信号，按照一定的控制程序和算法，决定油缸的动作顺序，完成集群千斤顶的协调工作;同时，控制变频器频率的大小，驱动油缸以规定的速度伸缸或缩缸，从而实现千斤顶的同步控制。每个墩位配置1个现场控制器，每个现场控制器均带有触摸屏显示，可控制1个泵站和2套顶推设备，同时将所有的数据传送到主控台。操作面板上安装有急停开关、远程/就地选择开关、报警指示灯等。在远程控制状态下，现场控制箱只能进行停止操作;在就地控制状态下，现场控制箱可对本泵站上的任何1台或多台千斤顶进行自动、手动操作。
方案优化与创新
该桥方案中临时墩高54m，黄河粉砂河床冲刷大(达6～12m)，施工期间风大，顶推距离长、梁重等施工要求，顶推设计采取了在常规钢箱梁顶推方法基础上进行创新，实现大吨位钢箱梁高柔性支墩长距离单向多点同步顶推技术，有效控制顶推过程中的不平衡水平力。
1临时墩顶不平衡水平力控制方案和措施
针对工程特点采取“顶推力控制为主、速度同步控制为辅、荷载追踪、均衡受控”的控制策略。以各墩墩顶总反力为控制依据，顶推千斤顶的顶推力和速度作为受控量，实现力与速度的双控。墩顶顶推方向不平衡水平力控制在5%以下，顶推反方向控制在3%以下，以此荷载控制临时墩结构的设计，比常规的5%～10%有很大提高。临时墩结构设计时采取上滑道后偏离临时墩中心20～25cm措施。
2顶推平台采用长、短结合滑道
顶推拼装平台前端采用临时墩方式，其上设置短滑道，其余部分在箱梁与平台间设置通长滑道，便于钢箱梁节段拼焊时节段的调整及滑动与起顶，顶推施工时仅在拼好的箱梁后端设置起顶滑块，其他拼装用滑块撤除，拼好的箱梁节段组靠前端临时墩短滑道与后端设置起顶滑块共同滑出，后端设置起顶滑块在滑出一定距离后自动与箱梁脱开分离。如图4所示。
3临时墩顶设置预张拉水平索
为避免顶推时各墩受力不均造成墩身水平位移过大，可用墩顶水平钢绞线束进行抵抗。临时墩墩顶位移设计允许值纵桥向为:顶推前进方向120mm，反向为60mm。水平钢绞线束施工时分级加载，确保墩顶水平位移不超标。每墩设置4束，每束6根15．24mm钢绞线，共取24根钢绞线，在特殊情况下均可单独张拉收放调整。预张拉水平索布置情况如图2所示。
4设置拉线式位移变送器和限位急停装置
为确保使同一台连续千斤顶的前、后2个串联油缸协同一致，在连续千斤顶后设拉线式位移变送器，可有效测量左、右顶推的不同步位移，一旦位移接近限值，就利用微动开关进行检测及限位，对顶推系统进行预警。在预张拉水平索设限位急停装置，此限位急停装置采用变位器，可有效观测临时墩受力后的变位情况。变位器将顶推过程中的位移量转换成电信号直接传送至主控计算机上，超限后停车。
5移动提升站采用液压连续千斤顶自动控制提升技术
全桥钢箱梁(不含锚固段)共分53个节段，节段类型共A，B，C，D，E，F6种，C类和F类最重约319t，共44节。2×170t移动提升站跨度44m，高16m，由刚性支腿、柔性支腿和主梁3部分组成。支腿为钢管全焊结构，主梁由2片1542mm×2786mm箱梁组成。门式提升站走行在拼装平台和北锚梁支架上的轨道梁上。主梁上设2个吊点，总起重量为2×170t。每吊点上连续提升千斤顶安装16根17.8mm钢绞线及圈线器，控制系统由主控计算机、现场控制器、传感器、通信单元以及数据线等一整套设备及连接组成，采用集中管理、分散控制模式，能完成集群千斤顶的协调工作，实现千斤顶的同步控制。
6临时墩和南、北锚固段支架基础
北锚固段支架及北面覆盖层厚的河段，临时墩基础采用打入钢管桩方案;南面丁坝及覆盖层薄的河段，采用打入桩下接钻孔灌注桩方案，打入桩兼作钻孔桩的护筒，接头选在河床下一定深度，便于清除，满足河道行洪、航运及环保要求。南锚固段支架岸上基础在堤上山边采用挖孔扩大基础，路上采用摆放扩大基础加钢管柱方案，具有便于清除倒用、对河堤影响小、环保等特点。
结语
桃花峪黄河大桥根据箱梁结构构造，采用适宜的滑擦式，高临时墩顶推方式，总顶推长度685.75m，平均顶推速度为375m/d。通过控制顶推同步性、墩顶不平衡水平力和位移，强化导向作用和横向滑道顶面高差控制等技术措施，有效实现了大吨位钢箱梁、高支墩、长距离、单向、多点同步顶推，有效控制顶推过程中的不平衡水平力。
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