浅谈桥梁钢箱梁顶推施工技术控制措施

李航运

(广西桂通工程咨询有限公司，广西　南宁　530021)

浅谈桥梁钢箱梁顶推施工技术控制措施

李航运

(广西桂通工程咨询有限公司，广西南宁530021)

关键词：桥梁；钢箱梁顶推；施工技术；控制措施

0引言

近几年来，随着我国钢结构桥梁越来越多，钢结构桥梁安装施工工艺也越来越成熟，步履式顶推施工就是其中之一，在我国钢结构桥梁建设中也应用得最为广泛。广西南宁市英华大桥工程主桥钢箱梁安装采用步履式顶推施工工艺，不仅打破了广西钢结构桥梁普遍采用的支架法、缆索吊装或吊机吊装等传统施工工艺，为广西钢结构桥梁发展起到很大的推动作用，而且安全顺利地完成主梁安装任务，实现了当初质量、进度和造价的控制目标。南宁市英华大桥工程主桥钢箱梁步履式顶推工艺的成功实践，为今后钢结构桥梁的安装施工积累了丰富的经验，其施工技术控制措施和对难点的妥善解决值得借鉴，可为类似钢结构桥梁顶推施工提供参考。

1工程概况

南宁市英华大桥起于西岸凤江路，上跨亭江路，向东跨越邕江后，在柳沙半岛接英华路与半岛环线交叉口，是连接江南片区和柳沙、埌东片区的一条交通要道。该桥的建设对推进城市基础设施总体规划的实施、拓展城市空间具有十分重要的意义。南宁市英华大桥主线起点里程为：K0+61.809，终点里程为：K1+079.512，主线全长1 017.763 m，桥面宽37.7 m。该桥桥型设计独具特色，主桥桥型采用双塔单索面悬索桥，是南宁市首座跨江悬索桥，大桥造型灵感来源于广西浦北出土的汉代文物——羊角钮编钟。“羊角钮编钟”造型索塔高100 m，桥塔既有古典韵味，又有现代美感，寓意乐舞邕江、音绕八桂，充分展示了广西丰富的文化底蕴。主桥主梁采用单箱四室扁平流线形全焊钢箱梁，桥跨布置为：(45+410+45)m，钢箱梁中间设置纵隔板，箱梁全宽为37.7 m，中心高3.5 m。全桥钢箱梁共分为51个吊装节段，共重9 488.7 t。南宁市英华大桥起点采用3.5%纵坡顺接凤江路，在主桥段设置2.49%的双向纵坡，最后以3.376%的纵坡接至英华路与柳沙半岛环线交叉路口。

2顶推方案

结合南宁市英华大桥工程主桥钢箱梁结合桥梁结构特点、现场施工环境、道路交通状况等因素，为达到工程施工安全、质量、进度、费用等方面预期控制目标，对比柳州市双拥大桥主桥钢箱梁顶推施工工艺，最终决定主桥钢箱梁采用步履式顶推施工方案进行安装施工。

根据英华大桥现场施工的实际情况，钢箱梁在工厂内集中加工成板单元后，采用平板车运输至现场进行总拼，总拼、存梁场地及顶推平台等设施均设置在英华大桥北岸14#交界墩后面的空旷场地。在北岸边跨14#～16#墩之间搭设顶推平台，在主跨搭设6个临时墩，并在其上布置顶推设备。钢箱梁在拼装场地拼装、涂装完成以后，通过运梁台车将成品钢箱梁运至桥位处，采用提升吊机对钢箱梁进行提升、吊运至顶推平台，并将平面位置和高程调整到施工线形后焊接，采用步履式顶推系统同步使钢箱梁逐段向前滑移，循环作业使钢箱梁到达设计位置。待钢箱梁全部顶推到位，最后采用千斤顶落梁方式将钢箱梁线形调整到设计线形[1]。

3钢箱梁顶推施工工艺及方法

3.1大型临时设施和主要设备

3.1.1顶推平台

不仅是钢箱梁顶推作用平台还是钢箱梁开始顶推前的拼装焊接平台，包括钢箱梁节段焊接、线形调整等均在顶推平台上完成。因此，在设计顶推平台时，既要考虑其能承受顶推时的最大竖向荷载和最大水平力，又要考虑满足钢箱梁在拼装中纵向坡度的控制和顶推过程中平面圆曲线的要求[2]。同时，还要考虑顶推系统和施焊、检测人员的作业平台等因素。

根据现场地形和桥梁结构需要，英华大桥顶推平台布置在北岸边跨14#～16#墩之间，长度为32 m，宽度23.9 m。顶推平台主要由主体承重结构和平台顶部结构组成。顶推平台支承结构采用φ630mm×10mm钢管桩，利用DZ120振动锤将钢管桩直接插打至岩层面，再将钢管桩接高至设计标高，钢管桩之间利用由φ245mm×8mm钢管组成的联结系，把钢管桩连成整体以增加其稳定性。承重结构还充分利用了引桥15#墩作为支承点，保证支承结构的稳定。钢管桩上设有横向分配梁，分配梁上安装两条连续的箱型辅助滑道梁，作为钢箱梁线形调整用辅助支承。辅助滑道梁顶部放置钢垫块作为钢箱梁拼装的支承点，在15#墩上方的辅助滑道梁上，设置有步履式顶推装置。

3.1.2临时支墩

英华大桥中跨跨度达到410m，为满足顶推过程中结构受力和变形要求，在中跨12#～13#墩主塔之间搭设钢管桩临时墩，全桥共设6个临时墩，临时墩跨距为55m+5×60m+55m，支墩顶面标高按半径R=6 269 m圆曲线设置。临时墩支承结构采用24根φ630mm×10mm钢管桩，利用DZ120振动锤将钢管桩直接插打至岩层面，再将钢管桩接高至设计标高，钢管桩之间利用由φ245mm×8mm钢管组成的联结系，把钢管桩连成整体以增加其稳定性。

临时支墩上安装三层分配梁、高度调整垫座、顶推装置等，各层之间的连接均为螺栓连接。三层分配梁将墩顶所受压力均匀分配到下部管桩承重结构，高度调整垫座用于顶推过程中的墩顶标高调整及落梁作业。步履式顶推装置可实现钢箱梁步履式平移前进。

3.1.3提梁机

英华大桥主桥钢箱梁分为51节梁段，单节梁段重量均在190t左右，因此需在顶推平台两侧各设置一台200t的提梁机，用于钢箱梁起吊、纵移、拼装。提梁机主要由下部承重结构和起重小车组成。承重结构由钢管桩立柱、分配梁、走行轨道梁等部分组成。立柱采用φ820mm×10mm钢管桩，利用DZ120振动锤直接插打至岩层面，再将钢管桩接高至设计标高，钢管桩之间利用由φ273mm×8mm钢管组成的联结系，把钢管桩连成整体以增加其稳定性。钢管桩立柱顶部设置分配梁，分配梁上采用两片三角形桁架作为起重小车走行轨道梁，桁架之间设置横梁联系，桁架梁顶部铺设两条70×40方钢轨作为走行轨道，轨距1.4m。起重小车共两台，由主梁、提升系统、走行机构组成。主梁由两片三角形桁架组成，桁架之间设置横梁联系，桁架梁顶部铺设两条70×40方钢轨作为提升系统的走行轨道，轨距2.4m。每台起重小车主梁上设置两套提升系统，对称布置在主梁上，间距20.5m。

3.1.4导梁

导梁是钢箱梁顶推大悬壁过墩的保证措施，英华大桥临时墩最大跨度为60m，为避免钢箱梁顶推过程产生的挠度过大，必须设置导梁。根据现场临时墩跨度布置情况和钢箱梁构造特点，导梁设计长度为40m，分4个节段，总重约125t。导梁结构形式采用工型梁桁架形式，为抵消大悬壁时挠度[3]，导梁由尾端向前端逐渐减小，尾端梁高4.064m，前端梁高1.193m，节间间距为(2.5+2×14+9.5)m，纵向布置两片桁架，桁架间间距与主桥钢箱梁边纵隔板一致，两片桁架之间采用桁架式横梁连接形成整体。因导梁在顶推过程中会受力产生挠度，所以其尾端必须与第一节段钢箱梁前端焊接牢固，确保顶推施工安全。

3.1.5顶推设备

英华大桥钢箱梁顶推总重量达9 488.7t，顶推距离达500m，根据设计要求，顶推施工时设备应满足最大竖向承载力675t，钢箱梁顺桥向均匀扩散长度≥4m，顶推施工过程中具有一定的竖向调节能力及水平纠偏能力。综合考虑设计要求，结合本桥结构形式，钢箱梁安装施工时采用步履式顶推方式进行施工，沿桥方向布置顶推设备。每两套步履式顶推装置为一个点，对称布置于横桥向箱梁底部。顶推平台、14#交界墩、两个主塔各设一个点，L1#～L6#临时墩，每个墩上均设置一点，共10个点同时顶推，共需20套顶推装置。顶推装置系统通过计算机操作和液压驱动来实现控制，以实现顶推施工目标。顶推液压系统为油缸提供动力，根据主控计算机的指令，执行规定动作[4]。该系统的特点是采用先进的电液比例控制技术，实现系统的统一性和同步性，且控制精度非常高。南宁市英华大桥液压系统还采用专门模块设置了对每台油缸的荷载保护，使整体同步顶升和同步下降更加安全可靠。

3.1.6顶推控制系统

步履式顶推施工过程中，顶推施工的统一性和同步性非常关键，所以必须严格控制操作过程，考虑到英华大桥顶推控制点较多，钢箱梁又设有纵坡，施工难度特别大，为保证各点的同步性，英华大桥采用计算机集中控制系统。集中控制系统在每个桥墩上设有一个分控制器，分控制器的主要作用是采集传感器的反馈数据，接收主控制器的指令驱动液压电磁阀，所有采集的传感器信息通过总线传送及时地反馈给主控制器，主控制器在进行分析和处理后，输出驱动信息，从而实现对整个系统的集中控制[4]。

3.2钢箱梁就位及桥位焊接

3.2.1钢箱梁运输、提升

钢箱梁在拼装场地拼装、涂装完成后，通过2台运梁台车将成品钢箱梁运输至顶推桥位区。采用提梁机对钢箱梁进行提升、吊运至顶推平台，并将平面位置和高程调整到设计位置。

3.2.2钢箱梁桥位焊接

钢箱梁吊装就位前，按照节段位置在顶推平台两条滑道上放置调节支点。待所有钢箱梁节段吊装至顶推平台后，连接钢箱梁顶板和底板匹配件。钢箱梁制造时已按主桥竖曲线线形进行加工和匹配，在进行桥位焊接时将匹配件连接到位后，仅需对个别点位进行微调即可达到设计线形。线形调整到位后，先焊接钢箱梁对接环缝，再安装钢箱梁内肋板、纵隔板嵌补段，每一步焊接完成后均须对焊缝进行超声波、磁粉和射线探伤检测。

3.3钢箱梁顶推

英华大桥钢箱梁顶推施工过程中最多顶推点达到20套，为保证顶推标高和线形达到预期目标，顶推施工过程中的统一性和同步性尤为重要，所以顶推设备是否安装到位、系统的油路及电路是否连接好都必须进行调试。顶推系统调试好后，在液压泵站的驱动下，可以实现竖向的顶升下降，顺桥向的前进后退，以及横桥向纠偏。利用顶推系统和临时搁置垫梁的交替作用，通过步履式顶推系统的顶、推、降、缩四个步骤，可以实现钢箱梁的间歇式前移。具体操作步骤为：启动各墩上的顶推设备，顶升千斤顶通过控制系统伸缸到设定活塞行程，将整个顶推装置和钢箱梁顶起，离开垫梁一段距离，通过控制系统同步控制顶推千斤顶伸缸，推动上滑块带动钢箱梁向前移动至设定好的活塞行程位置，钢箱梁前移，当钢箱梁移动到系统设定的位移量后(500mm)，顶升千斤顶活塞缩缸回程，使钢箱梁落在垫梁上，进行力系转换，水平千斤顶回行程到原始状态，完成一个行程顶推[1]。以此四步步骤动作为一个循环，反复此循环，就可以实现钢箱梁的顶推前移就位。

3.4落梁

英华大桥在主桥段设置2.49%的双向纵坡，钢箱梁在顶推过程中的线形与成桥时的线形完全不同，整个顶推过程的监控也是以支反力控制为主，标高控制为辅的原则进行。因此，主桥钢箱梁在顶推过程中需根据主桥钢箱梁线形不断调整各临时墩墩顶标高，这也是英华大桥顶推施工需要克服的一个难题。落梁作业是利用临时支墩、主塔、交界墩上预先布置的高度调节垫座及步履式顶推系统配合进行。以临时支墩墩顶布置为例，内侧支墩为主支墩，顶推装置设置在主支墩上，作为钢箱梁顶推施工过程中的主支承点，外侧支墩为副支墩，副支墩顶部设置垫梁，作为钢箱梁顶推施工过程中的临时支承点，主、副支墩均由40cm、20cm或10cm的高度调整垫座组成。落梁时先将2#、3#、4#、5#临时支墩处钢箱梁统一顶起至比设计线型高1.8m位置，之后按从中跨到边跨的顺序将交界墩处，主塔处，1#、6#临时支墩处逐点多次落梁至比设计线型高1.8m位置，待悬索吊杆全部张拉完毕后，再按从中跨到边跨的顺序，将所有支墩落梁至监控要求标高。

落梁过程为：首先在垫梁四周焊接4个吊耳板。顶推装置上的顶升千斤顶在主支墩上顶起钢箱梁，利用导链葫芦将垫梁吊起，从垫梁底部抽取垫座，导链葫芦下落，将抽取的垫座置于垫梁上部；顶升千斤顶落下，钢箱梁置于落梁垫座上，利用导链葫芦将顶推装置吊起，抽取底部垫座，导链葫芦下落，将抽取的垫座置于垫梁上部；顶升设备顶升抽取落梁垫座上垫座，顶升设备下降，抽取落梁垫座。如此反复循环，直至钢梁落到设计要求。

主塔、交界墩上的顶落梁操作方法与临时支墩类似，不同点在于，落梁时当高度调节垫座全部拆除后，还需要将步履式顶推系统拆除，利用额外的顶升千斤顶才能将钢箱梁降至设计标高。

根据钢箱梁结构，起顶点作用在支座或滑道位置，通过逐步调减高度调整垫块达到落梁的目的。起顶及落梁时，为保证安全，利用钢箱梁的弹性变形，一次只起落一个墩顶支点，逐墩起顶落梁，同墩顶支点同步起落，每次落梁的高度控制在5cm左右。

4施工难点及解决措施

4.1难点分析

顶推施工法以其自身的优点，广泛应用于各种类型的连续梁、简支梁施工。但在大跨度、大坡度桥梁的施工中，因跨中设有多个临时墩辅助支承，受桥梁自身线形影响，顶推时需多次调节临时墩高度，且坡度越大，调节高度越大，施工难度大且安全性差，因此顶推法较少应用于大坡度桥梁施工，技术上具有相当大的难度。南宁市英华大桥钢箱梁顶推施工经过分析，顶推施工过程主要难点在于钢箱梁的重量太重，且跨度大、坡度大，顶推过程中钢箱梁线形控制的难度也很大，同时因钢箱梁成桥线形设有竖曲线，顶推到位后落梁高度也很大，这些都是需要克服的难题。

4.2解决措施

针对南宁市英华大桥钢箱梁顶推施工存在的难点，根据顶推施工过程中的不同工况在顶推施工前采用MIDAS/Civil建立模型，模拟计算钢箱梁顶推过程中受力特征和挠度变化状况，并对受力特征和挠度变化状况给施工带来的难度进行分析。最终为解决南宁市英华大桥顶推施工面临的难题，采取对应措施：(1)需要设计合理的顶推施工平台。顶推施工平台的纵向长度、横向宽度满足钢箱梁拼装和顶推施工的要求，顶推平台的基础、立柱支架及上部纵横梁都要有足够的强度、刚度、整体稳定性。(2)要认真设计并处理好临时支墩、所有顶推系统、横向导向纠偏装置、保证有足够的安全储备，设置调节系统保证滑道顶面与梁底面接触良好，均匀受力。(3)要制定详细的施工观测及控制方案，对拼装平台、临时支架、临时墩、钢箱梁各部位、钢导梁等都需要进行详细的观测及内力测试，确保结构的安全。(4)在每次顶推起动时不平衡，是否存在着水平推力，要验证各结构墩的水平抗推力。(5)因顶推过程中涉及工况多，结构复杂，受力变化快，施工过程要严格根据监控计算结果，对结构(包括临时结构)进行优化设计。(6)设置合理的墩顶落梁装置，每次落梁高度均按监控指令实施。

5结语

南宁市英华大桥采用双塔单索面悬索桥的桥型结构，为主桥钢箱梁安装施工出了一道技术难题，对于悬索桥而言，主桥钢箱梁安装都是采用成熟的缆索吊装和骑缆吊装，但英华大桥甩掉传统的施工工艺，大胆采用步履式多点连续顶推施工工艺，通过增加顶推平台、临时墩、导梁等临时措施，在顶推过程中对临时墩支反力、结构应力、主梁线形以及挠度进行控制，完成了60 m大跨度钢箱梁顶推施工任务，且在不影响邕江航道通行的情况下，不仅保证了施工安全，减少了施工成本，还大大缩短了工期。同时，通过最后成桥荷载试验检测结果表明，主桥钢箱梁结构内力和成桥线形均满足设计要求，采用步履式顶推施工既克服了单主缆吊装难题，又保证了结构施工质量。南宁市英华大桥主桥钢箱梁顶推施工经验，是通过新技术与多年从事桥梁施工积累总结相结合逐步摸索形成的，为今后类似钢结构桥梁施工提供了宝贵的经验。

参考文献

[1]陈兵山，李定有.南宁市英华大桥钢箱梁顶推施工方案[Z].南宁：中铁四局集团有限公司，2013.

[2]谷世广.钢箱梁顶推施工技术[J].交通世界(建养机械)，2013(11)：242-243.

[3]周光强，等.杭州九堡大桥多跨连续组合拱桥步履式整体顶推技术[J].施工技术，2011，40(5)：27-31.

[4]张鸿，张永涛，周仁忠.步履式自动化顶推设备系统研究及应用[J].中外公路，2012，32(4)：123-125.

摘要：文章结合南宁市英华大桥主桥钢箱梁顶推施工实践，介绍钢箱梁顶推施工各个节点中的控制措施，并分析顶推施工过程存在的困难及其解决措施，为类似桥梁顶推施工提供借鉴。

Discussions on Incremental Launching Construction Technology Control Measures of Bridge Steel Box-girder

LI Hang-yun

(Guangxi Guitong Engineering Consulting Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530021)

Abstract：Combined with steel box-girder incremental launching construction practice of main bridge of Nanning Yinghua Bridge，this article described the control measures in each incremental launching con-struction node of steel box-girder，and analyzed the difficulties during incremental launching construction as well as their solutions，thereby providing the reference for similar bridge incremental launching con-struction.

Keywords：Bridges；Steel box-girder incremental launching；Construction technology；Control measures

作者简介

中图分类号：U445

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.015

文章编号：1673-4874(2016)04-0050-04

收稿日期：2016-03-25

李航运(1982—)，研究方向：道路桥梁施工监理工作。