钢-混组合梁安装中步履式顶推法的应用

龙建凤

（吉安市路桥工程局,江西 吉安 343000）

0 引言

顶推施工是在桥纵轴向后方所设置的预制拼装场地分节段或整体预制梁体，将梁体连接成整体后通过水平千斤顶顶推至离开预制场地，在预制场地再继续预制下一节段梁体，如此循环，直至结束施工。以上梁体顶推过程通过步履式顶推机施工时，即为步履式顶推法。与其他的顶推工艺相比，步履式顶推施工速度快，精度高，无墩顶水平力产生，梁体受力也更加均匀，对于跨线桥梁体更为安全和适用。而现阶段对步履式顶推施工技术的研究主要集中在混凝土桥方面，有关钢-混组合梁步履式顶推施工的理论研究及实践经验均较少，设计及施工人员对钢-混组合梁步履式顶推施工时箱梁受力性能并未完全掌握。为此，该文对泾河大桥钢-混组合梁步履式顶推施工问题展开分析探讨，为钢-混组合梁步履式顶推安装积累宝贵经验。

1 工程概况

G312线凤翔路口（陕甘界）至平凉东（曹湾村）段公路泾河大桥跨径布置为（5×50）m，结构形式为槽型钢-混凝土组合梁桥，桥梁平面为直线，桥面宽12 m，梁高2.4 m，断面布置2个槽型钢梁，桥面板采用钢筋混凝土结构，板厚30 cm，并通过预制板+现浇施工，其中厚10 cm的预制板兼做底模。桥面为10 cm厚的沥青混凝土铺装。桥梁上部为5～50 m连续钢箱组合梁结构；桥梁长250 m，桥平面位于直线上，桥面纵断面位于R=6 500 m的竖曲线上。桥面横坡为双向2%、纵坡2.5%，钢箱梁为双箱两室布置，高2.1 m、宽3 m，顶板厚24 mm和40 mm，底板厚16 mm和24 mm，腹板厚14 mm和18 mm，材质为Q355D，总用钢量1 170.87 t。

结合该桥梁计算报告中对工况的分析，支撑点最大支反力为1 439 kN，取2倍的安全系数，则顶推设备单点最大竖向承载应为290 t。钢梁顺桥向扩散长度≥0.6 m，顶推施工期间主要为钢梁腹板受力，底板则处于不受力状态，故底板具备一定的竖向调节能力和水平纠偏能力[1]。结合该桥结构形式，综合考虑设计、顶推施工的同步性、顶推支撑竖向力以及顶推不平衡水平力等方面的要求，采用步履式顶推施工法。

2 施工难度及方案设计

2.1 安装施工难度

受相邻联混凝土主线桥施工的影响，组合梁拼装施工场地限制在首跨3～4#支墩区域内，施工场地长度仅为48 m，为确保钢-混组合梁顶推安装过程的安全与稳定，首轮次安装只拼装12～14节段，后续每个轮次中拼装1个节段。顶推施工在完成全部节段嵌补零件安装及环缝焊接后整体进行。

钢-混组合梁底部存在较大高差，顶推施工期间必将出现个别顶推设备千斤顶顶部垫板高度增大而影响自稳性的问题。为控制底板变形，保证顶推施工过程的安全稳定性，减少垫块及垫板方面的施工投入，应采用工字型调平梁临时措施，并和钢-混组合梁底板焊接，同时将曲线底板线型调整成直线线型，为连续顶推施工提供便利。

2.2 施工进度计划

根据该钢-混组合梁特点，对步履式顶推施工步骤进行了规划设计，共耗时19 d，累计顶进量85.88 m，具体安排见表1。

表1 步履式顶推施工进度计划

2.3 施工方案

充分考虑桥梁结构特点、道路运输、施工场地布置、桥位周边环境、交通状况等因素，为满足安全、工期、技术、经济等方面的要求，该桥钢箱梁采用步履式多点连续顶推法施工。钢箱梁范围0～5#墩之间共计搭设6组顶推设备，顶推设备安装在墩柱盖梁上。预制好的钢梁由汽车运输至桥位拼装平台附近，通过1台60 t龙门吊对钢梁进行提升、吊运至拼装平台，并将平面位置与高程调整至施工线形后完成焊接工作，采用步履式顶推法施工同步使钢箱梁逐段向前移动，循环作业使钢箱梁到达设计位置。待钢梁全部顶推到位后，采用千斤顶落梁的方法将钢梁整体调整至设计标高。

2.3.1 调平梁设计

调平梁为工字型变截面设计，上下翼缘板厚度均为12 mm，宽400 mm，腹板厚16 mm，横向加劲肋布置在腹板两侧。调平梁上翼缘板紧密贴合组合梁底板和横坡，下翼缘板为平面形式。调平梁结构具体见图1。跨中调平梁高度受到组合梁高度变化的影响，结合对安装过程的模拟，对跨中调平梁加劲进行加密处理[2]，即将尺寸500 mm×150 mm×22 mm的竖向加劲增设在调平梁加劲间，且每档增设1个；下层加劲外侧全部通过尺寸494 mm×222 mm×16 mm的加劲板封闭处理。顶推施工期间必将引发调平梁整体的横向位移，在进行横向纠偏时，为避免引发调平梁扭曲变形，还必须在其两侧按照2.0 m间距设置斜向钢管八字撑。

图1 调平梁结构

2.3.2 拼装平台设计

在3～4#支墩处设置拼装平台，由于1～4节段属于原位吊装，故只需在1～4节段环缝下方布置平台支架，便能重复使用。根据施工荷载，拼装平台采用轴距2 000 mm×2 000 mm的格构式组合胎架，立柱为φ325 mm×8 mm钢管，横向连接和斜向连接分别采用10#工字钢和∟100 mm×7 mm角钢；钢管上下均采用尺寸650 mm×650 mm×20 mm的法兰板，钢管上表面布置H型钢，型钢上表面布置φ194 mm×6 mm调节钢管便于组合梁分段标高调整。

2.3.3 顶推支架设置

顶推设备处的临时支架为格构式框架，立柱钢管规格为φ630 mm×14 mm，横向通过φ300 mm×6 mm钢管连接。立柱上方设置调平工字钢和步履式顶推机底座，并在每组顶推支架侧方增设操作平台。支架承台长4.0 m、宽4.0 m、高1.0 m，在浇筑承台期间在内部按照150 mm间距放置φ18 mm钢筋制成的双层钢筋网片。为应对顶推支架反力，必须在承台内部相应位置埋设由钢筋和1 000 mm×1 000 mm×22 mm钢板制成的预埋件。

结合现场施工情况，组合梁安装时，应将拼装胎架设置在3～4#桥墩间，并沿顶推方向依次设置5组顶推点，并编号为A～E。每组顶推点处横向设置2组支架，其中C顶推点支架上设置2×500 t千斤顶，其余顶推点支架上均设置1×500 t千斤顶。沿组合梁腹板下方按9 000 mm间距布置顶推点中心，腹板为半径R=3 200 m的圆弧线，而顶推点计划沿直线布置，故步履式顶推机为直线轨迹。在现场安装顶推机时必须精确定位并侧向固定，将顶推机实际布置方向和理论顶推轨迹向夹角控制在0.3°以内[3]。

2.3.4 导梁设计

顶推导梁设计长度为30 m，主梁为尺寸H（2 100～1 400）mm×600 mm×14 mm×20 mm的工字型截面，每间隔1 m设置1道12 mm厚的竖向加劲肋。两片主梁间采用焊接钢管桁架横向连接。主管和横斜撑分别由Ø219 mm×8 mm钢管和Ø108 mm×6 mm的钢管制成。导梁与钢箱梁焊接，并在接头根部加强处理导梁翼板，并加强处理前端上墩。

3 施工技术要点

3.1 顶推设备的配置

该组合梁所使用的步履式顶推设备由顶升、顶推油缸，纠集油缸、荷载转换柱及底座等部分组成，组合及顺序动作均通过液压驱动和计算机控制。结构详见图2。此外，所使用的步履式千斤顶长1 590 mm、宽720 mm、高686 mm，重1 300 kg，基本参数及功能见表2。

图2 步履式顶推机

表2 步履式千斤顶性能参数

为减少顶推摩擦力，防止桥墩或临时墩在施工时承受较大水平荷载，实现顶推过程的自平衡，在钢箱梁节段拼装结束后，在布置顶推设备的墩盖梁上还要同时布置顶推小单元。每个顶推小单元由1套顶升机械机构系统、1台顶升液压泵站、传感器和附件组成，通过顶推小单元使设备滑移面从滑道梁改到顶推设备内部。

3.2 顶推及竖向调整

该钢-混组合梁主桥顶推长度为250 m，先通过手动方式检查油泵及顶升顶、纠偏顶、顶推顶和压力表，如无异常，则启动顶推设备，由压力传感器将所检测到的压力转换为支反力，再根据转换值进行顶推油缸压力值设定，进而由顶推油缸提供顶推力，使盖梁上两侧顶推油缸实现同步顶推。结束一个顶推进程后，全部顶推油缸均缩回下一行程起点，随后便开始下一行程顶推施工。

为防止顶推施工期间箱梁横向位移超出设计要求，控制系统还集成了监控系统，顶推过程中实时监控并调整钢箱梁中轴线，将其横向偏移始终控制在规定范围内。

顶推时，主要通过调整支撑油缸的方式将钢箱梁标高调至规定值，此后进行钢箱梁重复顶推，并确保顶推油缸在设定压力下位移同步。重复以上操作，直至完成钢箱梁顶推就位。

钢箱梁在顶推过程中的受力状态与成桥时的受力状态并不相同，顶推期间应以支反力控制为主，以标高控制为辅[4]。所以在顶推开始前必须先确定出钢箱梁标高变化范围以及向量墩台压应力变化范围，据此展开钢箱梁竖向调整。

3.3 支座安装及落梁

顶推施工开始前浇筑垫石并安装支座，待顶推至设计位置后借助落梁千斤顶落梁。钢梁顶推就位后，导梁已经分节段拆除，墩顶垫石和永久支座已经提前完工，故无需进行该项施工。通过顶推设备进行钢梁横纵向精确调位，保证钢梁底部比永久支座高出50 mm，完成调位后将钢梁临时搁置于顶推设备承重支座，并检查钢梁和支座位置是否满足要求。此后通过顶升设备将钢梁顶高20 mm，并将承重支座垫板拆除，回缩竖向油缸，并将钢梁下放至支座，连接支座和钢梁，最终完成落梁和体系转换。落梁过程中各项目允许偏差具体见表3。

表3 落梁项目允许偏差

3.4 线形控制

钢梁顶推施工过程中应加强钢梁线形控制，并通过调节油缸和竖向千斤顶实现对钢梁横竖向线形的控制。同时，应将钢梁装高程和轴线偏差控制在合理范围内，避免出现中线偏差。首先，在每次顶推前，加强顶推设备性能检测，顶推开始后加强对推力和位移的控制，保证钢梁两侧协调统一；其次，在钢梁前后顶面增设中线偏移监测点，待将钢梁吊运至拼装平台后在滑道外标记，以便施工人员实时观测两侧进尺的同步性；最后，顶推施工过程中，借助导向装置进行限位，防止钢梁出现较大的横向偏移误差，并在顶推设备中设置横向调节油缸，进行顶推行进位移的灵活调整。

4 结论

综上所述，经河大桥钢-混组合梁步履式顶推施工于2021年12月顺利完成，通过对钢箱梁安装施工轴线位置的检测，线性符合设计规范，该施工工艺的应用成功解决了泾河大桥钢箱梁安装施工难题。该工程所总结探索出的借助调平梁工装调平顶推施工线型的安装技术，使垫块、垫板等材料及操作人员方面的投入大大减少，箱梁底板变形也得到有效控制，确保了顶推施工过程的安全稳定及连续性。