公路钢箱梁顶推施工现场测试分析

陈天艳

(北京铁路局， 北京 100860)

[定稿日期]2017-09-07

随着科学技术的进步，各种桥梁施工方法也不断发展。顶推施工法的基本原理是梁体通过滑块作用于支撑墩上，通过连续作用千斤顶拽拉牵引钢绞线，克服滑块与滑道板之间的摩擦来达到梁体向前顶进。顶推法最早是1959年在奥地利的阿格尔桥上使用，之后顶推施工法在世界各国得到广泛发展。顶推施工法是一种安全经济的施工方法，避免高空作业，使施工作业更加安全，其设备机具能重复使用，降低施工成本，施工时对地面环境影响较小，特别在有交通线穿越的区域，施工时可以不必阻断交通。

本文主要结合某公路钢箱梁桥上跨铁路采用顶推施工、开展现场监测，分析钢箱梁桥在顶推施工过程中的应力大小及分布规律，为后续类似工程的施工监测提供依据。

1 工程概况

某公路钢箱梁桥上跨铁路桥梁段主线为双向六车道。铁路为非电气化线路，路基形式为有砟轨道，钢筋混凝土枕，铁路两侧无防护围栏。公路与铁路的交叉角度49.8°，轨顶高程4.768 m，铁路位于直线段上。

公路桥跨越铁路位置采用42 m跨度，梁体高2.1 m，宽13 m，重达670.4 t。上部结构采用单箱三室结构形式的钢箱梁，顶板厚20 cm。顶底板间设置四道腹板，箱梁间隔3 m布置一道横隔板，两侧悬臂挑梁长度均为1.8 m，顺桥向间隔1.5 m布置挑梁腹板及挑梁底板，形成T梁悬挑形式。

为确保梁体受力安全，在梁前端及后端均设置钢导梁，前导梁长28 m，后导梁长20 m，下部结构采用盖梁接桩柱形式，墩柱直径1.5 m，钻孔灌注桩直径1.8 m；桩柱渐变段设置横系梁，系梁截面尺寸为8.3 m×1.2 m×1.6 m。桥梁与铁路的位置关系如图1所示。

图1 跨线桥上行与铁路的位置关系

2 现场监测

顶推法施工过程具有如下特点：采用顶推法施工时，由于梁体的位置在不断地变化，导致每一个截面在施工中的内力也不断地变化，且每一个截面的正、负弯矩交替出现。因此，非常有必要实时监测桥梁关键位置在顶推过程中的线形变化、应力大小及分布规律。通过监测，掌握桥梁施工过程的线形状态及受力情况，为精确控制施工过程、确保施工安全提供依据。

2.1 监测内容

根据工程概况及试验目的，主要进行如下内容监测：

(1)钢箱梁顶推过程关键部位的应力。

(2)钢箱梁顶推过程中的线形控制监测。

2.2 监测方法

通过试算分析，在钢箱梁上选取典型截面进行应力及变形监测布点。为了判断钢箱梁在顶推过程中任意时刻的状态是否安全，在顶推施工过程中采用计算机连续采样、自动记录应变数据，及时了解大桥的应力变化情况，为评估桥梁结构的安全和施工过程的安全提供指导。应力监测的过程如图2所示。变形监测采用全站仪自动监控。

图2 应力的测试方法

2.3 梁体监测测点布置

根据桥梁顶推施工的受力特点及前期的计算分析结果，并结合具体的顶推施工方案，重点进行如下截面测试：(1)前导梁与钢箱梁连接处；(2)钢箱梁最大下挠状态时；(3)箱梁跨中截面；(4)箱梁距后导梁10 m；(5)钢箱梁与后导梁连接处，具体测试截面如图3所示。以截面②为例，钢箱梁测点布设如图4所示。

图3 钢箱梁布置截面示意

3 监测结果分析

3.1 箱梁的应力监测结果分析

将顶推施工中的监测数据结果绘制为曲线，可以直观地看出各个截面的应力变化情况及应变最大、最小值，通过与限值对比判断结构物是否安全。

3.1.1 第①断面

在钢箱梁顶推过程中，钢箱梁第①断面位置处梁体应力监测结果如图5所示。

由图5可以看出，箱梁第①断面梁顶面的应力在桥梁顶推过程中有波动，应变曲线说明在顶推的初始阶段前导梁悬空时钢箱梁第①断面上表面受拉应力，顶推后半程当前导梁搭接上对面的桥墩上时，第①断面上表面受压应力，变化规律与实际工况相吻合。从测试数据来看，在整个顶推过程中，该断面梁顶的受力最大值为171MPa，小于Q345钢材的强度预警值，故结构处于安全状态。

图4 钢箱梁第②横截面布点(注：●代表布点位置)

图5 第①断面应变监测值

3.1.2 第②断面

在钢箱梁顶推过程中，钢箱梁第②断面位置处梁体应力监测结果如图6所示。

图6 第②断面应变监测值

由图6可以看出，与①断面类似，箱梁第②断面梁顶面的应力在桥梁顶推过程中亦有波动。数值与①断面相比,在顶推的初始阶段及结束阶段钢箱梁第②断面上表面受力较小，顶推中间阶段第②断面上表面受拉应力相对大。从测试数据来看，在整个顶推过程中，该断面梁顶的受力最大值为95.6 MPa，小于Q345钢材的强度预警值，结构处于安全状态。

3.1.3 第③断面

在钢箱梁顶推过程中，钢箱梁第③断面位置处梁体应力监测结果如下图7所示。

图7 第③断面应变监测值

由图7可以看出，在顶推的初始阶段钢箱梁第③断面上表面受力较小，顶推中间阶段钢箱梁第②断面上表面受拉应力，在顶推的结束阶段钢箱梁第③断面上表面受一定程度的压应力，这与正常工作状态下跨中梁体上表面受压应力的现象相吻合。从测试数据来看，在整个顶推过程中，该断面梁顶的受力最大值为79.2 MPa，小于Q345钢材的强度预警值，结构处于安全状态。

观察第④、第⑤断面的监测数据，发现也有类似的曲线变化趋势，但变化幅度较小，即整个顶推过程受力简单，所以结构处于安全的状态。

3.2 箱梁的梁端偏移监测结果分析

利用全站仪对顶推施工中的梁体偏移情况进行量测，结果如图8所示。

图8 梁端偏移结果

从图8可以看出，梁体在顶推过程中，前端和后端都随着顶推过程出现了水平偏移。但当偏移量较大时，施工单位都及时进行了纠偏，使得梁端的水平位移均控制在允许范围内，保证了顶推施工的顺利完成。

总体来看，在整个顶推施工过程中，梁体位移偏差都处于控制范围内。且在梁体顶推最后部分，重点工作是进行纠偏，保证了梁体处于正确的空间位置。

4 结论

(1)梁体在整个顶推过程中，顶部和底部的拉压应力交替出现，且基本呈对称分布。这主要是由于梁体在顶推过程中，测试截面通过桥墩上方，从而产生了弯矩的交替变化。从测试数据来看，在整个顶推过程中，梁体受到的最大拉应力为171MPa，与钢箱梁允许强度相比，结构处于安全状态。

(2)对比钢箱梁在顶推过程中的应力值可以看出，最不利位置为前导梁与钢箱梁的连接处，最不利工况为前导梁完全悬臂状态。因此建议，如果采用钢箱梁顶推施工，应加强钢箱梁与前导梁的焊接质量检测，重点关注前导梁悬臂后的施工监测，以确保施工安全。

[1] 范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2] 李福生.北京密云潮白河大桥钢箱梁三滑道顶推施工技术[J].铁道勘察，2013(1)：83-85.

[3] 赵勇.下穿铁路斜交框架桥受力分析[J].铁道勘察，2015(6)：91-93.

[4] 王春生，唐友明, 崔文科， 等.跨越运营高铁的铁路钢箱梁桥顶推施工风险分析[J].钢结构，2015，30(4)：34-39.

[5] 李小和.跨既有铁路单孔128m竖曲线箱梁顶推施工技术[J].铁道建筑技术，2012(8)：8-12.

[6] JTGD 62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社, 2012.

[7] JTG/TF50-2011公路桥涵施工技术规范[S]. 北京：人民交通出版社， 2011.

[8] JTGD 64-2015公路钢结构桥梁设计规范[S]. 北京：人民交通出版社， 2015.

[9] 张晓东.桥梁顶推施工技术[J].公路，2003(9) : 45-51.

[10] 黎世勇，王卫峰.某大桥顶推法施工应力监测[J].广州建筑，2005(6)：16-19.