桥梁工程中钢箱梁步距式多点顶推施工技术研究

徐骥鹏

（安徽华信项目管理有限公司，安徽 合肥 230088）

随着社会经济发展，以往的路桥交通已经无法再有效的满足当前人们的实际出行要求，特别是一些经济相对较为发达的地区。交通路网更加密集。新建道路往往要上跨既有繁忙航道或高速公路，面对不可能中断的既有交通，如何采取有效施工方法进行新建道路的施工是工程建设者面临的实际问题。为了应对复杂的现场施工环境及满足既有交通同行需求，在跨线桥施工过程中，通常会采取相应的技术措施来解决建设与运营的矛盾。顶推施工法就是为了应对复杂的施工环境而诞生的一种先进的施工方法。

1 技术特点

钢箱梁顶推技术有着适用范围广、理论与施工经验完备、自动化控制的优势。其中，在适用范围方面，随着技术体系的日趋完善，诸多类型和种类的桥梁工程均具备步履式顶推法的应用条件，如连续梁桥、拱桥、斜拉桥，乃至钢-混结合与板桁组合截面等复杂形式桥梁，且步距式顶推法在顶推精度和施工成本方面有着显著优势。

1.1 采用工厂整体制作、预制场地现场组装方案，降低了吊装作业强度，提高了施工效率、作业精度及安全系数，安全性高。

1.2 采用步距式多点顶推法（4 点顶推）进行顶推施工，利用顶推系统、临时支架体系、导梁引导，实现大跨度箱梁跨越式整体安装，避免大型机械投入，减少超长重载构件的高空吊装安全隐患。

1.3 借助构建区域的形式来实现施工作业，例如，可以在施工地点构建缓冲区、终止区以及作业区等多种功能区域。最大限度保通原跨越道路。

1.4 设置自动化控制方面，可应用电脑仿真、电气控制、有限元分析等技术手段，辅助人工高效开展顶推钢箱梁顶推施工，如采取计算机分控制法同步控制多个顶推设备。

1.5 采用交替落梁方案（交替降低临时支墩及桥台处支撑装置），解决了现场场地狭小、大型吊装机械难以进场的问题，有效的缩短当前的实际施工周期，并对其施工成本进行精简，最大限度的提升施工安全。

2 适用范围

适用于上跨高速、铁路等既有道路及通航河道的大跨度、大吨位的等截面钢箱梁及现浇混凝土箱梁的安装。

3 工艺原理

顶推混凝土台座。分段安装连接钢箱梁，将箱梁连接成整体,安装导梁，竖直千斤顶受力使钢箱梁离开拼装胎架及临时支架，水平千斤顶发力，克服粱底与顶推设备之间的摩擦力，使钢箱梁向前缓慢移动，将梁逐段顶出去,完成一个步距顶推工作（行程500mm），反复循环顶进桥梁，最终达到跨越贯通。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

具体施工流程图如图1 所示。

图1 施工工艺流程

4.2 操作要点

4.2.1 钢箱梁的制作及拼装质量

施工中所要使用的钢箱梁可以优先选择一些装配式的，其会在生产制造厂内对其进行预组装，之后将其运送到施工场地，现场二次拼装后顶推安装就位。

在生产厂中所制作的长度要切实依据实际的焊缝收缩以及施工现场的水平向焊缝收缩等施工数据来进行制定，在对其进行制造的过程中，可以使用分段式构造法，将其进行分段制造，之后在对其进行组装。第一，要对单元板进行加工，在将单元板制作完成后，便可以对分段制作的梁段进行预组装。在工厂对梁段等构件进行生产以及预组装的过程中，需派专职质量监督员常驻箱梁厂家，确保每段出厂箱梁均为合格品。

结合现场情况，使各节段钢箱梁快速运输至相应墩位处，便于后续钢箱梁吊装、焊接、顶推作业的开展。同时，清除钢箱梁运输路线上分布的障碍物，根据所配置运输车辆的型号与场地地形，对每一条的运输通道进行高度测算，胎架高度平均3.5m、直径300mm、壁厚8mm的钢管作竖直支架，支架纵、横向采用10 槽钢连接，每段主梁下设置4 根竖直支架，竖直支架下部统一采用C30混凝土硬化，以确保支架下部平整，受力均匀（图2）。

图2 钢箱梁焊口处码板安装及钢箱梁现场拼装

梁段就位、固定经检查合格后，按照腹板、底板、顶板的顺序进行焊接，以保证箱梁线型。钢箱梁合拢段需要等其他段焊接完毕后，再进行余量配切和焊接。梁段桥位焊接采用CO2气体保护半自动焊接。钢箱梁现场焊接前对施焊焊工进行岗前培训和技能考试，确保施焊人员技能优良，最后对现场焊缝进行全数检验，保证焊缝质量合格。

4.2.2 顶推混凝土台座设计及顶推设备的选型

4.2.2.1 顶推混凝土台座设计

顶推设备混凝土台座是顶推设备传递应力和承受应力的主要构件，需充分对地基及混凝土台座本身的受力情况进行分析，根据受力分析及地基承载力试验来确认顶推混凝土台基础尺寸和配筋，确保顶推设备混凝土台座满足施工需求。

4.2.2.2 顶推设备选型

顶推设备主要由液压系统、水平向移动油缸、纵移架、横移架、垫梁组成为一个整体，从而实现顶推设备的竖直顶升、纵向移动及横向纠偏三维运转集为一体，此方式有效的确保了顶推设备的精准运行，保证了钢箱梁顶推施工的高质、快速实施。经荷载及稳定性计算，竖直顶升油缸采用一台500t 液压千斤顶，纵向移动油缸采用一台50t 液压千斤顶，横行纠偏采用两台30t 液压千斤顶。

4.2.2.3 顶推设备构造

图3 顶推设备图示

4.2.3 临时支架安装

在钢箱梁拼装台架之间设置顶推设备基础（顶推混凝土台座），同时为减小顶推的标准跨径，在两桥台之间设置临时支架，从而行之有效的对钢箱梁在顶推期间的弯矩变化进行降低。

图4 临时支架及顶推设备布置图

图5 临时支架示意图

图6 临时支架外观

4.2.4 导梁安装

晋家坡项目的左、右双侧的钢箱梁结构中，施工技术人员全都采用了双向导梁来对其进行顶推，其主要的施工机理是将主钢梁体与钢导体进行有效的焊接，或是使用栓接的方式将二者固定在一起，这种做的施工优势在于其水平向以及垂直向的实际抗剪力以及抗扭矩力会相对较强，并且可以有效的解决当前施工结构中受力复杂的问题，同时其在完成后的拆卸工作也相对较为轻松。倘若在实际施工中使用了焊接的方式，要么施工技术人员需要在对其进行焊接之前，对其实际的焊接工艺进行评估，要时刻保证施工人员的焊接工艺能够切实符合施工技术以及施工质量要求，不能对施工结构原有的机械性能造成任何的破坏，同时不能在焊接中出现任何的龟裂以及外观不良等现象。

图7 导梁尺寸图

4.2.5 实时监测系统

在临时搭建的支撑施工完成后，需要施工人员在每一个支撑点放置一个传感装置以及水准装置。当临时支撑受到荷载而开始出现位移时，安置在支撑点上仪器就会将实时的速率传输回计算机之中并对支撑应力、变形或沉降过大，要充分的考量好在测试中所收集到的实际变化数据，并以此为基础，对实际施工中的每一个设计理论计算机与支架之间的额数据差异进行有效的分析与总结。分析施工误差状态，位移、应力变化异常时，顶推系统立即停止工作，封闭交通，根据预警等级采取不同的措施。

图8 监测系统作业工序图

4.2.6 落梁施工

落梁采用桥台上临时支撑与顶推用临时支架交替切割下落的方案进行落梁，在施工过程中，必须确保切割尺寸的准确，无论是临时支墩受力，还是桥台处支撑受力，都得确保受力点与钢箱梁接触面要接触稳固，杜绝失稳现象发生（图9）。

图9 落梁施工步骤图

4.2.7 道路保通措施

由于新建桥梁上跨南林高速，高速车流量大，且现场为边通车、边顶推，经多次专家论证，确定了封闭应急车道、行车道限速通行的方式进行保通。作业区按车道路段划分，在不改变交通流方向的前提下，封闭高速公路应急车道。布控时将控制区分六个部分：警告区、上游过渡区、缓冲区、作业区、下游过渡区、终止区。（图10）

图10 钢箱梁顶推过程

5 质量控制

5.1 工程质量控制标准

5.1.1 设置临时支架基础以及实际施工质量，并按照表1 中的数据作为其标准。

表1 基础质量验收表

5.1.2 针对支座的实际安装准确度要以施工设计图纸为准，实际数据信息可参考下表2。

表2 支座安装精度

5.1.3 针对支架的施工误差参照表3 为例。

表3 支架及安装的允许偏差

5.1.4 针对钢结构的外观质量标准，参照表4 为例。

表4 焊缝外观质量检验要求

5.1.5 针对钢箱梁的尺寸偏差标准，参照表5 来进行执行。

表5 钢箱梁组装完成后基本尺寸允许偏差

5.1.6 针对钢箱梁在施工结束后的执行误差，可以参照表6 为例进行执行。

表6 钢梁安装后的允许偏差

5.2 质量保证措施

5.2.1 建立、健全质量监督体系，对施工作业项目进行全过程监督检查及验收。

5.2.2 针对设备型号及千斤顶性能差异引起的箱梁横向偏位，在正式顶推前先进行试顶推取得各项参数指标。在设备控制中心设定各项参数指标，减小此方面的影响。

5.2.3 做好临时墩施工质量控制，通过模拟选用合适材质的垫板（确定橡胶垫板的弹性模量等），避免垫板选用不合理造成梁底脱空或部分应力集中。

5.2.4 准确做好测量放样工作，确保各部件位置放样准确无误；错开最高温度时段顶推，避免稳定应力影响；

5.2.5 钢箱梁装、卸时速度要缓慢，在运输车辆上垫坚实的枕木，防止划伤设备，用链条葫芦将设备固定牢固，棱角处用包角进行保护。

5.2.6 焊接材料的选择：选用低温冲击韧性好、工艺性能好的焊丝。

5.2.7 对焊接进行管控：在施工技术人员对其进行操作时，需要注意的是焊接缝不能预留太宽，要使用小电流对其进行操作，尽可能开展全自动操作，最大限度的减少人工操作。

5.2.8 严把钢箱梁现场焊接质量，避免不合格焊缝出现，并做好焊缝磨平工作，减少应力集中。

5.2.9 利用信息化手段建立监控量测系统，实时监控梁体横向位移情况，及时纠偏。

结束语

采用本工法进行钢箱梁安装可以加快施工速度，提高安装精度。相应的安装施工技术先进，对同类型的安装工程具有借鉴作用。步距式多点顶推法可以应用简单设备实现大跨度桥梁安装，是桥梁安装的一个重要发展方向，有着较高经济效益和社会效益。