蝴蝶式拱桥整体顶推施工控制

张伯林

(珠海大横琴口岸实业有限公司，广东 珠海 519031)

1 工程概况

1.1 结构特点

某蝴蝶式拱桥，计算跨径118 m。主桥共设两片组合拱肋,每片拱肋由主拱和副拱组合而成(见图1)。主拱采用钢管混凝土拱、副拱采用钢管拱，主拱和副拱的理论跨径均为118 m，主拱与竖直面的夹角为内倾13°，副拱以与竖直面的夹角为外倾10°，主拱平面和副拱平面夹角为倾23°。主拱和副拱拱轴线交于拱脚系杆顶面。主拱竖向矢高23.6 m，矢跨比1/5；副拱竖向矢高34.6 m，矢跨比1/3.41。主拱和副拱之间竖向间隔2.5 m设一道横联杆件，主拱肋之间对称设置五道横撑，中间三道为一字撑，靠近拱脚的为K形撑。全桥共设两根系杆,采用钢箱截面。桥面系采用钢结构纵横梁支承PBL键组合桥面板的形式。

1.2 施工工艺

全桥钢结构共2 800 t，在专业工厂分段预制，运至现场拼装，采用步履式顶推设备整体顶推(见图2)。全桥共设8组临时墩P1～P8，P1～P4和P8为岸上墩，基础采用直径400 mm预应力管桩，采用50号柴油锤施工；P5，P6和P7在河中，基础采用φ530 mm×10 mm钢管桩，采用船吊90 kW振动锤施工。通过吊装临时墩钢平台和垫梁。全桥拼装完成后，安装导梁和A撑。顶推设备主要由一套带支撑顶升油缸、顶推平移油缸、横向调整油缸的机械结构系统，通过液压泵站的驱动实现顶推。利用“顶”“推”“降”“缩”的四个步骤交替进行，先将主桥整体顶升托起；然后顶推平移油缸向前推送一个行程；之后将主桥整体下降置于临时垫梁上；顶推平移油缸再缩缸到底，完成一个行程的顶推。通过位于临时墩顶的10套步履式顶推设备，将全桥自东向西顶推至设计位置，落梁就位。

2 临时墩施工控制

2.1 管桩施工控制

1)打桩船需固定，施工期间应避免占用现有航道，在作业区域上下游设置安全警示桩，悬挂夜间警示灯,做好航道通航安全维护措施。水上施工需获得海事、航道主管部门的批准方可施工。

2)计算钢管桩设计长度，确保满足承载力要求；根据设计承载力要求选择振动锤，保证击振力满足要求。

3)复核测量水中桩基插桩定位，及时纠正偏差。施打过程中对桩身加强监测，桩顶中心偏差不能超过10 cm，单桩垂直度不得超过1%。

4)水中钢管桩应连续下沉，中间尽量减少停歇，以免土的摩阻力恢复导致下沉困难。

5)如振动锤自动跳闸，应检查连接电缆是否满足输送功率要求。电缆发热过大，可引起振动锤过载保护而自动跳闸，并未达到额定功率和击振力；使用发电机时，亦应考虑有足够的输出功率；检查电压表和电流表，确保振动锤达到额定功率作业，保证击振力达到设计要求，检查振动锤传动皮带，破损或松弛将会降低传动力。

2.2 临时墩平台施工控制

1)要求对支架、临时墩搭设进行力学分析计算，确保其结构安全性。严格对专项施组进行核算审查。施工平台应做好安全防护措施。

2)用全站仪检查临时墩搭设标高，确保满足设计要求，避免用过多地钢板垫高，局部位置有间隙时，需用钢垫板垫平。

3)临时墩应能承受顶推过程中最大的竖向荷载，不应发生沉陷；需有足够的横向和水平刚度能抵抗承受顶推时的水平推力，满足其受力和稳定要求；支架应进行预压，确保结构安全稳定[1]。

3 顶推辅助构件控制

1)前导梁设计方案应包括结构受力计算书，应进行复核，确保满足结构安全要求。

2)导梁全部节间拼装应平整，底缘与系杆箱梁底应在同一平面上。如导梁杆件变形过大，系杆端部负弯矩过大时，应停止顶推，进行加固处理。导梁和系杆间焊缝须进行探伤检测，确保连接可靠。

3)为减小桥梁在顶推过程中的变形，同时增加全桥的整体刚度，全桥增设4道A字撑，4道一字撑，均由φ800 mm×12 mm的钢管组成。审核A撑计算书，检验进场材料，应与设计一致，特别注意接头的焊接质量，是受力的关键点。

4 顶推准备工作

1)顶推前,根据主桥长度、重量、水平推力等选择顶推设备和顶推方式。根据顶推过程不同工况,对主桥结构进行受力和变形分析,并对顶推设备与系梁的局部应力进行分析。根据整体分析产生的最大反力，加载到临时墩，进行临时墩结构分析。结构应力和变形应在允许范围内，确保顶推过程施工安全。

2)在顶推设备准备过程中，对所有设备进行试验、检测，并记录试验检测结果。对不满足技术要求的设备，进行检查处理，确保所有设备出厂前达到检测标准。检查顶推设备，控制泵站、计算机控制系统质检资料和检验报告，确保顶推设备具有良好的工作性能。

3)各墩支承处应设置摩擦垫，其大小尺寸应根据墩顶反力和橡胶板容许承载力计算确定。

4)顶推设备实际总顶推力不应小于计算顶推力的2倍。顶推设备的滑板应保持清洁，并按要求涂抹黄油。应避免顶推设备发生故障，产生过大的不平衡力。

5)顶推设备应放置在系杆下，确保受力点在系杆腹板下。检查顶推设备的安放位置是否牢靠，管路和线路连接是否正确、牢固、密封。检查传感器和压力表是否安装正确，横向油缸是否调整到位，系统调试是否正常。

6)顶推前，应对全桥拼装线形、质量进行检验，验收合格并做好顶推的各项准备工作后，方可顶推。

主桥结构施工质量、线型均应符合设计要求；解除与顶推无关的一切荷载；顶推将要经过的空间无任何障碍物、悬挂物；主体结构与其他结构的连接是否已全部去除。

7)检查监控布点、接线是否完成，是否已测得初始值。

8)建立统一指挥系统，明确分工职责，指令收发，各主要管理人员应配备对讲机；建立信息传递系统，及时反馈最新信息。

9)顶推作业指导书应详细，控制参数应量化，并做好技术交底[2]。

5 调试与试验

1)顶推设备进场后，应进行空载试验，检验系统各构件运作的正确性，系统压力损失不得大于额定压力的5%，检验油缸是否漏油。

2)进行负载试验，检验系统负载工作性能和可靠性，各墩顶设备工作同步性；加载后,仔细摸查全桥是否有异常状况。

3)进行应急试验，油管破裂时，能自动停止；误操作能自动闭锁，不影响系统安全；突然断电时，自动停止，不失控。

4)做好液压油缸、控制泵站和计算机系统试验记录，确保试验结果符合要求。

6 顶推过程控制

1)正式顶推，须按操作→观测→分析→决策的程序进行，并作好记录。按要求进行操作；各个顶推设备观测点应认真做好观察测量工作，及时反映测量数据；数据汇交现场指挥系统，比较实测数据与理论数据的差异；若有数据偏差，有关各方应认真分析，及时纠偏；认可当前工作状态，并决策下一步操作。

2)顶推施工过程中，在控制室应能随时调整顶推力的大小，控制顶进速度，使主桥同步匀速前进，以保证主桥系杆不受扭，控制主桥轴线偏差在规范容许范围内。为保证在意外情况下能及时改变全桥运动状态，控制系统需设置急停按钮。

3)主桥被顶进过程中，每个顶推设备均应配备技术人员观测,及时反馈各工况信息,并及时处理设备故障。如偏离轴线超过20 mm，应采用横向千斤顶纠偏。如顶推过程中若发现顶推力骤升，应及时停止并检查原因，特别是检查滑板。

4)做好施工过程监控。重点审核测量布点设置是否能满足监控要求；监测的频率是否满足施工过程监控的要求。保护好测点，确保监控能顺利实施。做好施工过程监测,如超过预警限值，应分析原因，采取措施纠正。及时向参建方传达监控指令和结果，并督促施工单位落实监控指令和建议。

5)顶推施工中，各工况均监测主桥关键截面应力应变，主桥轴线偏移和线形、墩顶的位移、水中墩沉降等，确保桥梁安全才继续往前顶推。

6)顶推时，应派专人检查导梁及主桥，如果导梁构件有变形、螺丝松动、导梁与主桥联结处有变形或箱梁局部变形等情况发生时，应立即停止顶推，进行分析处理。

7)参建各方应做好协调配合，及时解决顶推有关问题，确保安全有序施工。

7 落梁控制

1)落梁时，每次的下落量相同，各顶推设备应同步进行，下落必须均匀缓慢。

2)严格控制每次落梁高度，每次落梁结束，必须对桥梁段线型进行测量，并控制在允许范围以内。如果出现上下游偏位较大时，需用横向调整油缸及时调整。

3)若发现下落量超差,负载超差,应停机检查超差原因,并进行处理,确保每个墩受力在计算范围之内。

8 顶推安全控制

1)顶推施工所用的机具设备、材料在使用前，应全面检查、验收和试验。

2)顶推前，应采取必要的加固措施(如临时A撑)，以保证顶推作业中钢结构的安全。

3)各临时墩及主墩顶周边设栏杆，操作人员应带救生设备。

4)顶推施工中，应有统一的指挥信号，每走一步都应收集各顶推部位的情况，安全正常才继续往前顶推。

5)落梁完毕，拆除千斤顶及其他设备时，应先用绳拴好，并用吊机吊出。在吊运时，应防止吊装物撞击梁体。

6)拱梁顶推遇六级以上大风时，立即锁定主纵梁底部，停止作业。每一个墩上都设置导向限位装置是为了防止风作用，确保桥梁在临时墩上的安全。在台风季节，台风来临之前，在临时墩顶面与导梁、桥梁之间须临时固定。

9 结语

本项目主桥受通航影响，选择了在陆上拼装成桥，整体顶推就位的施工工艺，减少了水上施工作业，降低了河道通航安全风险。10套顶推设备分布在各临时墩上，形成多点同时推进，比传统顶推施工先进，实现了大跨度和大吨位桥梁的顶推施工。采用步履式顶推设备整体顶推施工，安全可靠，施工速度较快，拼装加顶推到位只用了三个月，节约了工期。该蝴蝶式钢管拱桥采用整体拼装顶推施工工艺首次在广东省内采用，通过各方的共同努力，本项目顺利顶推就位，获得了成功。采用整体拼装顶推工艺在质量、安全、工期、投资控制方面均取得了良好的效果。