大跨度无推力拱桥钢箱主梁顶推施工关键技术

黄景新 (中铁四局集团有限公司，安徽 合肥 230023)

1 工程概况

合肥市广德路钢桥是合肥城市次干路广德路（裕溪路-巢湖南路）跨越南淝河的公路桥梁，主桥为（50+135+45）m三跨连续无推力拱桥[1]，主跨135m跨越南淝河，总用钢量约9960t，材质为Q345qD。

图1 主桥总体布置图（单位：m）

钢箱主梁采用纵横梁体系[2]，全桥设四根主纵梁，桥面标准宽度为53m，局部加宽为62.4m。钢拱采用三维曲线造型，设三道独立拱肋，中拱距梁体最高为 19.8m，边拱距梁体最高为 27.5m。拱之间通过风撑连接，拱与桥面间设置吊杆，中拱单索面16根吊杆，边拱单索面15根吊杆，全桥共计62根。北岸拱脚伸入下部基础，辅以斜撑和拉杆，形成刚性连接构造，以消减主梁内力和拱脚的水平力。南岸拱脚与钢箱主梁刚接，桥梁支座不设置纵向约束，通过桥面系平衡拱的水平力。

2 钢箱主梁施工方案

依据主桥结构特点及现场施工环境，钢箱主梁采用“主跨顶推[3-4]+边跨原位拼装[5-6]”法施工。左右两幅主梁在南岸拼装后由南向北交替顶推跨越南淝河，桥梁施工期间南淝河航道通航净宽度不得小于38m，通航净高不得小于7.3m，涉航道多点同步顶推施工[7]及辅助设施布置是该工程的重点和难点之一。

图2 桥面系三维示意图

图3 斜撑与拉杆布置图

主梁共布置10组临时支架，其中拼装支架及顶推支架各5组，支架立面布置如图4所示。钢箱主梁施工顺序为先搭设10组临时支架，拼装主跨钢箱主梁和20m长的导梁[8]。然后通过步履式千斤顶将主梁及导梁分阶段整体顶推至设计位置，拆除导梁后落梁至永久主墩支座上，最后安装边跨主梁，完成主梁体系转换。

图4 临时支架立面布置图（单位：m）

顶推过程中，结构最大悬臂为47m，纵向顶推距离为84m，经计算，主梁最大组合应力为178MPa，导梁最大组合应力为110MPa，最大竖向位移为370mm，结构强度和刚度均满足规范要求，顶推施工方案合理。

3 施工关键技术

3.1 步履式顶推系统布置及选型

3.1.1 顶推设备布置

步履式顶推[9]系统主要由步履顶推设备、液压泵站、液压控制系统三大部分构成。顶推设备布置与顶推支架布置保持一致，每幅各布置5组顶推设备，每组设备有3台步履式千斤顶，全桥共布置30台顶推设备。考虑桥面系为纵横梁结构体系，顶推设备布置于每幅桥面系两侧纵梁下方。由于单幅桥梁横向结构的不对称，每组顶推设备边纵梁下方横向布置2台步履式顶，中纵梁下方布置1台步履式设备，全桥顶推系统横向布置如图5所示。

图5 顶推系统横向布置图

3.1.2 顶推设备选型

步履顶推设备由水平长行程千斤顶、竖向顶升千斤顶、滑座、横向纠偏千斤顶组成。根据顶推计算结果，各组顶推支架最大支点反力统计结果见表1。

顶推支架最大支点反力统计 表1

①水平顶推设备（包括水平长行程千斤顶、横向纠偏千斤顶）

边纵梁单点最大支反力为428t，布置2台步履式千斤顶，每台千斤顶反力为214t。中纵梁单点最大支反力为233t，由1台千斤顶支承。顶推施工采用MGB板——不锈钢板摩擦副，摩擦系数按0.1计算，摩擦力为233×0.1=23.3t，每台步履式设备均配置40t水平长行程千斤顶，顶推设备储备系数为k=40/23.3=1.7。

②竖向顶升设备

竖向千斤顶选型根据各支点最大反力确定，考虑施工安全性及设备使用效率，竖向顶升千斤顶选型见表2。

竖向千斤顶选型表 表2

3.2 顶推设备调试

顶推设备安装完成后，进行油路及电路调试，保证在手动、自动模式下，执行元件按设定的运行方式运行。联机调试时，启动泵站，选择手动运行模式，在主控台操作面板上控制执行元件伸缸或缩缸，检查其行进动作是否正确，调节行程检测装置的检测元件，保证检测装置的接触及检测正常。系统手动试机完成后，选择自动模式系统，检查系统各千斤顶的动作协调性及同步性，待系统的动作完全协调后进入下一道工序。

3.3 顶推纵梁腹板补强工艺

顶推过程中千斤顶及保护墩支承于纵梁下方，需对纵梁局部进行补强[10]。千斤顶上部抄垫及保护墩纵向长度均为1m，纵梁横隔板标准间距为3m。

在纵梁内侧腹板及底板间焊接小块横向加劲板，中纵梁加劲板厚度20mm，单侧布置，间距300mm，如图6所示。边纵梁加劲板厚度20mm，双侧布置，间距500mm，如图7所示。

图6 中纵梁顶推补强示意图

图7 边纵梁顶推补强示意图

3.4 主梁拼装

钢箱主梁采用履带吊进行拼装。利用150t履带吊吊装导梁及主纵梁，按照由远及近的原则安装横梁，同步分块安装对应的桥面板。横梁及桥面板安装完成后，站在边纵梁外侧吊装悬挑单元件。完成主梁焊接及涂装后，进入下一步工序。

图8 主梁拼装图

3.5 主跨顶推施工

在顶推前进行试顶推，确认顶推设备系统运转正常后进行正式顶推。顶推工作时，竖向千斤顶顶起钢箱主梁至保护墩脱空，水平长行程千斤顶推动竖向千斤顶，带动钢箱主梁在滑座上向前滑移，滑移一个行程后，竖向千斤顶下落至脱空，钢箱主梁支撑于保护墩上，此时水平长行程千斤顶将竖向千斤顶向后拖回至滑道端部，完成一个循环的顶推工作。同理，需要对钢箱主梁进行横向纠偏时，通过竖向千斤顶与横向纠偏千斤顶配合，带动钢箱主梁在滑座上横向滑移。步履式顶推及横向纠偏是一个自平衡的滑移过程。步履式顶推施工过程中，每一个行程的顶推作业，需要通过临时保护墩作为系统的转换支撑。

图9 主跨顶推施工示意图

3.6 下吊点锚板过墩施工技术

顶推施工时，纵梁为桥面系支撑部位。边拱吊杆下吊点锚板位于边纵梁底板中部，横向最大宽度900mm，纵向最大长度760mm，最大高度300mm。锚板两侧边缘至腹板距离均为250mm。边纵梁下顶推系统横向布置两台步履顶、两组保护墩，抄垫宽度400mm，中间净宽1000mm，可保证顶推过程中下吊点锚板顺利通过。

图10 边拱下吊点过墩示意图

下吊点锚板顶推经过墩顶时，测量复核桥面系与顶推支架横向相对位置，若横向偏差大于10mm，通过步履顶对钢梁进行横向临时纠偏，确保结构纵轴线位于设计位置。锚板顶推通过墩顶时，时刻关注锚板侧壁与顶推系统抄垫装置的间隙，若间隙小于1cm或持续减小，顶推间隙利用步履顶对钢梁整体横向纠偏。

3.7 导梁上墩施工技术

当导梁前段到达下一个顶推平台时，需要通过上墩操作，保证顶推结构经历最大悬臂状态后，导梁前端能够顺利落至顶推系统上，且支点高度达到理论标高。经计算，导梁前端最大下挠出现在前端上拼装支架2的最大悬臂工况，此时导梁前端最大挠度为370mm。

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所选顶推设备最大竖向顶升行程200mm，根据每次导梁上墩工况导梁前端下挠值，提前将步履顶上部抄垫高度降低至导梁前端，从而顺利通过，同时在步履顶后方设置临时保护墩，待导梁顶推至步履顶上方，通过导梁前端竖向起落梁，增加步履顶及临时保护墩上部抄垫高度，将导梁前端标高调整至设计值。此时导梁前端已形成有效支撑，可进行后续顶推施工。导梁前端到达原设计固定保护墩上方时，拆除临时保护墩，利用步履顶及固定保护墩进行顶推作业。

图11 导梁上墩步骤示意图

3.8 落梁施工技术

两幅桥面系先后顶推就位，此时全桥由顶推支架1～5支承，将钢梁落至设计标高。首先拆除前端导梁，同步利用50t汽车吊桥面安装9#墩中横梁。然后顶推平台2、顶推平台3支点同步落梁，顶推平台4、顶推平台5再同步落梁，最后顶推平台1落梁，落梁过程中同步调整纵向及横向偏差。

顶推就位后，各支点高于设计标高30mm。利用墩顶步履顶及保护墩交替支承，降低抄垫高度，将钢梁落至设计标高，调整各支点纵横向偏差，转换全桥支承体系。

图12 整体落梁工序示意图

4 结论

合肥市广德路钢桥为（50+135+45）m三跨连续无推力拱桥，主跨135m跨越南淝河。钢箱主梁采用顶推法施工，采用步履式顶推设备配置同步顶推控制装置，满足了远距离顶推控制要求，通过纵梁腹板补强、左右幅交替顶推施工、导梁上墩施工、交替落梁施工等技术，有效地提高了施工效率和工程经济效益，为实现涉航道多点同步顶推施工创造了先决条件。