公路钢结构梁桥顶推法跨高速公路施工技术的实际应用

李 鑫,杨 松

[重庆交通建设（集团）有限责任公司,重庆 400000]

0 引言

顶推法是钢结构桥梁施工中的一种关键施工方法，在宽、深河流、深谷等特殊地形条件下的桥梁施工中应用广泛。在顶推法的应用中，于桥梁的端部处组织浇筑和拼装作业，并通过千斤顶对相应的装置进行纵向顶进处理，使滑块和滑道附着在梁体上，按顺序推进到指定位置，无误则落梁，最终将节段梁安装到位。整个供需紧密衔接，施工效率较高。钢结构主要由钢板和钢门组合而成，所以钢结构施工重量轻、强度高，在建筑施工过程中钢结构的安装非常简便，结构也更加灵活。近年来已广泛应用在各类超高及特大型建筑施工的过程中，如高速公路主桥桥型为双拱形塔双索面斜拉桥等，下文主要根据具体的建筑案例加以论述[1]。

1 工程概况及施工情况

1.1 工程概况

该工程主桥桥型为双拱形塔双索面斜拉桥，孔跨布置为（90+2×54+90）m。主梁采用等高箱型截面梁，单箱三室直腹板截面，梁高2.4 m，宽20（26）m，混合梁体系。其中跨为混凝土梁，总长120 m；边跨为钢梁，总长168 m。钢-混凝土结合段设在边跨，在距次中墩中心6.0 m 处，结合段长2.0 m。

1.2 跨高速钢梁施工情况

1.2.1 跨高速钢梁结构

大跨度高速钢箱梁是一种全焊接钢箱梁结构，纵向截面形状与副跨混凝土钢筋的直径相对应。在该工程的施工对象双拱形塔双索面斜拉桥的每300 cm 设置一个横向间隔柱，钢箱梁顶边厚度为16 mm，底部厚度为14 mm，腹板层边缘厚度为20 mm，腹层中间厚度为14 mm。钢箱梁桥面钢板主要为正交异性钢板和纵向加劲肋所组成，加劲肋为U 形钢板肋，高约280 mm，钢板厚8 mm。U 形肋间隔约为600 mm，并在双拱形塔双索面斜拉桥的墩缘设T 形肋，竖向肋板高150 mm，厚10 mm，横向肋板高100 mm，厚10 mm。箱梁底板加劲肋则采用了U形肋，直径为200 mm，钢板厚8 mm，间隔约700 mm。腹板加强筋的长度为150（180）mm，厚度为14 mm。隔膜为12 mm 厚，在电路中心和电路侧开有槽，使钢箱梁的截面特性逐渐过渡，在钢箱梁的上、下板端部的U 形加劲肋上设置有倒T 形加劲板。上下板部分厚度为20 mm，局部腹板厚度为24 mm。

1.2.2 施工环境

该桥梁所穿过区域，大致划分为林带、荒地、少量水塘以及民房。在高速公路和大桥斜交时，其交角为48°，在路肩处与顺桥转弯时的平均间距则为37 m。建设过程中，禁止封闭外环路车道或阻碍交通。

2 顶推法施工原理及施工方法

该工程施工过程中应用到顶推法工艺，借助螺旋千斤顶等工具，进一步增加对钢结构梁式桥的水平推进，从而实现速度提升的目的。辅助设计的临时浮动块以及水平移动的临时浮动块，顶推时在滑道和桥体间的摩擦力极小，借助这些优点，能够迅速达到滑道与桥体间的平衡作用，并且不会产生摩擦力。经过对推杆装置的自动能力分析，目前顶推法施工一般采用两类方式:多点顶推法和单点顶推法。该桥梁桥面较短，且桥型属于直线桥，选择单点控制的推进方式比较方便。通过利用桥墩与桥台之间的反作用力，合理地调节因梁体下滑产生的摩擦力，使梁体在滑行过程中获得平衡（见图1：顶推器布置图）。通过对单点顶推法和多点顶推法的对比研究，可发现单点顶推法对该工程桥梁的需求相对较少，在该工程中应用单点顶推法可使该桥梁承载力相对较小，能够更合理地调节该桥梁的位移速度[2]。图2 为顶推工艺流程图。

图1 顶推器布置图

图2 顶推工艺流程图

3 顶推总体施工流程

以该项目双拱形塔双索面斜拉桥钢桁梁的拼装为例，钢桁梁的拼装要以所铺设的钢轨规格为固定基础，先吊装主桥，然后拼装大梁，最后再拼装各腹杆。在钢桁架的吊装过程中，需要严格把控以下几点：对吊机的起吊能力、起升重量、吊机的站车位置等数据进行校验和复核，以保证吊车在吊装过程中的安全和可行性。在现场的安装中需要确保把每个螺栓都连接并固定在一个预期的强度数值上，要充分考虑到螺栓紧固时预定数量的不足及过于紧实的问题，由于现场紧固螺钉数量太多且均匀密布，所以紧固螺钉都需要拧紧，重新检验螺栓强度，检查是否有漏上力螺栓。焊接工艺则为钢结构上、下翼子板的连接工艺，该部分采用的焊接工艺为对称、同向、同速的两种焊接工艺。在施工现场使用的焊缝焊接过程中，采用纵向焊缝从中间到两侧焊接的方法，以减小焊接应力和相应的焊缝成形对钢结构的影响[3]。

4 顶推施工工艺和方法

4.1 钢结构桥梁顶推设备的准备

对该工程项目进行钢梁顶推设备准备时，首先要保证千斤顶装置的数量与压力都达到技术规定。即两套最高气压均为70 MPa、最高车速均为3～5 m/h 的自动连续提升系统，加上由两台液压站和两台主机构成的动力系统，为整个项目的开展奠定坚实的基础。此外，该螺旋型千斤顶装置还应满足协调控制台控制和同步控制的两种要求。当该桥的梁体位移增大时，应加大对偏移侧连接器的提升力矩，并逐步调节高度，以确定梁体的纵轴位置。在该桥的临时支架上均有补偏装置，可以及时纠正吊装过程中产生的偏差。千斤顶提升力计算：梁重G1=At，导杆重G2=Bt，钢模重G3=Ct[4]。

外部荷载：G=G1+G2+G3=（A+B+C）t (A、B、C 为常数)

静摩擦力：F=（A+B+C）t×0.07（滑块与不锈钢模板的启动摩阻系数常用0.06～0.07，该工程采用0.07 验算）。

动摩擦力：F=（A+B+C）t×0.05（动摩擦系数可按0.04～0.05 选，该工程采用0.05 验算）。

4.2 横向纠偏装置

钢桁梁两端1—5 号墩台部位均设有矫正装置，通过正反螺线及千斤顶调节主桁中线在下滑道中的间距。应用顶推法施工时，必须进行横向偏差的观测工作，适时做出适当调整。

5 顶推关键施工技术

5.1 拼装平台

钢梁拼装平台采用φ325×10 mm 的钢管作为立柱，柱间剪刀撑采用L75 的角钢，上部分配梁采用双拼I30 工字钢，立柱的上下两部分采用I-30型钢组合，高度调节装置也采用I30 工字钢。为改进方柱装配线，在整个装配平台的材料中采用Q235B 钢。拼装平台连接施工后，荷载应比以前增加1.1 倍，以保证梁段拼装过程中不出现因沉降引起的线性偏差。

5.2 导梁

设计钢梁顶距53 m，钢导梁总长33 m，为顶距的0.62倍，导梁分为三段，第一段长9 m，第二段和第三段长12 m，自重约46 t。钢导梁采用两个中心距6 m 的U 形变截面钢板梁，钢结构采用导梁根部比钢箱梁高2.4 m。与钢箱梁的上、下板、纵隔板焊接而成。两个导梁通过交叉连接系统连接，以增加整体稳定性[5]。

5.3 顶推支墩及垫梁

每两个顶推支墩为一组，在浇筑过程中最少设三组支墩，包括二组顶进墩以及一组接收墩。支墩上方设置临时性钢垫板梁用作顶推装置下降或回位过程中钢柱拼装的支承。临时性钢垫梁和顶推装置通常为顺桥方向布设。

该主桥钢梁为单箱三室结构，顶推设备和临时钢垫的中心线应与钢箱梁的两层中间相对应，2#管支架的交叉距离为6 m。该工程施工期间，千斤顶支架的设计承载力为500 t，使用4 根φ800×的钢管组成支墩（单根钢管设计承载力不小于160 t），钢柱间距为2.0×2.0 m，管道之间的连接系统采用沟槽钢管，管道和支架的材料标准为管道和支架的标准。枕梁位于水管支架上方，与推动装置配合，以维护由钢柱组装的重要部件。枕梁规格为4.4×2×2.5 m。

5.4 钢梁顶推

5.4.1 制作梁台座和节段

梁基是混凝土箱梁段及顶升施工的过渡区，梁段的预制期对整座桥的施工时间有一定的影响。顶部提升段的长度通常在10～24 m 之间，16～20 m 是最常用的。除了首节和末节外，各桥墩的长度均相同。在常规的挤压后，通常一个阶段的工作循环是7～15 个工作日。这并不是因为它的长度太大而造成的，生产时间是7个工作日。这就需要在模具的设计过程中，模具的外部模具要采用大型的整型件，内部模具能够被拉出并被整个地推动。此外，还应将蒸气的再生情况以及设备的强度等因素也一并纳入考量。

5.4.2 导梁上墩

在此基础上，对导梁进行了优化，并对其进行了分析。通常，导杆的长度是其最大跨度的0.6～0.7 倍。导梁长度越大，其负跨扭矩越小，导梁越大，越容易引起承载力的增大。在此基础上，导杆的刚性应该为主梁的1/5～1/9，它对主梁内力的作用要比它的长度大得多。在保证结构的稳定性和强度的前提下，导杆的刚性降低，而刚性变化的导杆可以减小最大载荷下的负弯矩，从而使得两个负弯矩接近。

由于承重节点的负弯矩增大与跨径的平方成比例关系，而如果箱形截面和预应力梁受力受限，那么在跨距增大到某一极限时，就无法重新设置预应力梁，因而使用顶推方法进行箱梁会出现“适用跨度”问题。增加适用范围的一种方式是安装一个临时桥墩。在连续梁长比上挑跨长的情况下，宜采用中间的桥墩作为桥涵。在顶升桥没有设置中间临时桥墩的情况下，为了达到连续梁头首次设置的钢导柱及顶部翻落的需要，提出了一种新的设计思路。为了使梁体与梁基脱模后的梁体线形保持统一，在梁基前及一跨梁间设临时墩台，以确保梁体线形与卸载后的桥面接触。梁体在梁基上顶出后，与下一梁的浇筑不会有很大的角度。在软件中对主梁和导梁进行建模，能够预测导向梁与该桥梁主梁间悬停的最大下挠性数值，斜拉桥的工程导梁下挠值为275 mm。可以利用箱梁竖曲线法，在拼装导梁前先预整300 mm，以减小导梁在该桥上的问题。当导梁仍然无法顺利上墩时，通过提高或降低2#顶推支墩高度和顶进装置中垫梁的数量，使箱梁带动导梁端头上升或下降，从而顺利上墩。

5.4.3 顶推导向和纠偏机制

横导能够对钢柱的中线进行有效的控制，尤其对于环形曲面，采用横式引导更加有效。在预成型的基座前面的桥墩上，分别设置一对引导装置，以控制各桥面的水平方向，确保梁的末端与预型板的垂直方向。在进行顶起时，要特别重视侧向变形，尤其是主梁和桥墩的侧向变形。在国内已建成的各种桥型中，中跨、多跨长箱梁桥占据了很大比例，而国内的高架桥却很少，所以采用顶升技术是一种比较好的结构形式，具有很好的发展潜力。在我国，随着我国工程技术的发展，预应力混凝土的强度、预压技术的发展，以及各种设计计算的原理与方法的改进，其支撑技术也将逐步得到改善。

5.4.4 导梁拆除

在最后一轮钢梁顶升施工中，必须及时拆除钢导梁。垫层放置在6#墩的临时支架上，导梁两端分别放置在提升支架和临时支架上，沿段线切割并分割第一段导梁。使用130 t 汽车起重机将切割后的导梁提升至桥墩6#侧的空地，重复上述步骤，完成导梁剩余部分的拆除[6-7]。

6 结语

综上所述，主该桥梁工程施工中，钢结构梁桥顶推施工方法在技术的先进性和降低成本上作用突出，在桥梁钢桁梁施工的现场安装施工技术和长度不足80 m 的钢构桥施工技术中，主要具备如下施工过程：吊装工具装置的选型、钢构件的安装、顶推与落梁的施工，做到了上述方面的基本要求，可以给钢构桥施工带来质量保证。