超宽钢箱梁整体顶推施工技术研究

李秉海 戴 笠 曾鹏罡 王云峰

中国建筑第五工程局有限公司 湖南 长沙 410000

庞大且有序的交通系统，是城市经济脉络的重要体现，这一方面有助于强化人和人的联系，另一方面对社会、经济和文化交流也具有推动作用，目前国内各城市地表交通逐渐饱和，各工程商开始研究跨线桥梁施工[1]。起元大桥，属于长征文化公园于都段配套市政项目，其桥梁共计515.9m，宽度共计40m，设计为双向六车道。主桥桥型为Y型连续刚构一拱组合体系桥，两侧设置南北2座引桥，其中南引桥连接东桥路，北引桥则通于立交单喇叭。本文主要针对该项目中的超宽钢箱梁顶推施工技术展开研究。

1 超宽钢箱梁概况

主跨钢箱梁长度为136.8m，为全焊等宽单箱三室简支钢箱梁结构。截面外形对应边跨混凝土截面，超宽钢箱梁顶宽共计40000mm，其中中室梁高3500mm，室宽4000mm；边室宽13050mm，悬臂板长5000mm。钢箱梁底板、中板、顶板板厚分别为14mm、20mm、12mm，边腹板厚度20mm，端横梁附近顶板板厚加厚至32mm，底板板厚加厚至20mm。钢箱梁每3000mm 设一道横隔梁，一般横隔梁厚度14mm，吊索横隔梁在吊索锚固箱室内厚度为20mm。钢箱梁端部设上牛腿构造接边跨混凝土下牛腿，横隔梁厚度20mm。箱梁端部3500mm范围设铁砂混凝土压重，单侧铁砂混凝土不少于200m3。超宽钢梁桥面板构造选择正交异性板，索梁锚固区的具体位置在箱梁中室，选择钢锚梁构造，锚固区腹板、加劲肋版、端承板以及锚梁板共同组成钢锚梁。

2 超宽钢箱梁整体顶推施工技术

2.1 工艺流程图

该项目中的超宽钢箱梁选择步履式多点顶推，顺着桥梁轴线的方向，对顶推支墩进行有效设置，顶推支墩上需要布置千斤顶，以辅助顶推施工。超宽钢箱梁顶推工艺流程如图1所示。

图1 顶推施工工艺流程图

图2 后导梁吊装立面图

图3 顶推施工中钢箱梁顶推至桥位的平面示意图

2.2 顶推操作工艺

2.2.1 前导梁安装

根据顶推跨度的布置形式设置前后导梁，钢箱梁顶推过程中前后悬臂的最大长度均比较大，减少主梁在顶推过程中的悬臂长度，降低悬臂状态下的负弯矩峰值，减小梁体的变形量，本项目为设置了前后双导梁结构进行顶推。前端导梁总长为跨径的2/3，40*2/3=26.7m，导梁设计长度取27m，导梁材质为Q355B，连接系采用φ203*7mm钢管和φ127*6mm，材质为Q235B，后导梁总长为15m，导梁材质为Q355B，连接系采用φ203*7mm钢管和φ127*6mm，材质为Q235B，先安装前导梁，然后向前顶推10m后，再安装后导梁。

2.2.2 顶推设备安装

在顶推墩墩顶垫梁上安装小顶推单元，每2个小顶推单元布置1台液压泵站和1套PLC分控制系统，PLC集成主控制系统布置在栈桥处附近。

2.2.3 顶推设备调试

安装顶推设备后，调试与系统相连接的电路、油路等，确保自动或手动模式下，能够根据设定运行模式运行执行单元。联机调试过程中，将泵站打开，并设置手动运行，主控台操作面板中有效控制执行元件缩缸、伸缸等动作，严格检查其动作正确与否，同时调节装置检测元件，确保检测装置处于正常状态。系统手动试机后，更改为自动运行模式，对系统千斤顶动作同步性、协调性等进行检查，若不符合要求，需要查找相关原因，解决问题，等到系统动作协调后，就说明顶推设备调试合格[2]。

2.2.4 顶推正式施工

第一，采用手动模式试顶推，对传感器、油泵、纠偏顶、压力表等异常与否进行严密检查。启动竖向千斤顶将梁体顶起至工作高度，并监测梁体及临时墩变形及应力，确认无安全隐患后正式顶推。

第二，将各墩顶推设备启动，从顶升系统中配备的压力传感器所检测的压力值，向支反力值转换，再从该值换算值将压力加给顶推油缸，借助所设定的压力，顶推油缸提供顶推力，通过控制临时墩两侧顶推油缸，实现同步顶推，此处需要对顶升支撑油缸支反力进行实时检测，不仅要确保顶推油缸推力精确性，而且还要在一个行程推进后，顶推油缸能够缩回到下一行程起点，进而开始下一行程顶推工作。

第三，滑移启动手动操作顶推系统牵引主梁后，开始切换到自动运行模式，自动连续顶推主梁。自动顶推时，需要实时记录顶推时的油压值。为防止顶推时箱梁发生横向偏移，在系统结构控制环节会集成中轴线监控系统，该系统在顶推时会实时监控超宽刚相连中轴线，并对千斤顶进行及时调整，确保其处于特定误差范围。此外，顶推期间，有效调整各墩支撑油缸，调整该点中钢箱梁标高至规定标高，再重复钢箱梁顶推操作，该情况下要确保顶推油缸位移同步[3]。

2.2.5 顶推施工步骤

初始状态：顶推前试顶检查设备运行状态，在顶推前，要做好顶推施工人员安全技术交底工作，在配置施工人员方面，主要为：指挥员1人，助理2人，安全员2人，测量人员2人，顶推施工人员若干，顶推基准面高程为133.846m。

2.3 顶推施工控制

2.3.1 顶推施工中观测项目

为保证钢箱梁成桥后，能够与所设计应力状态、线型要求等相符合，需要动静态等工况下对拼装顶推所受日照、风力以及温度等影响施工的因素进行分析，寻找影响顶推施工的不利状态，详细观测最大变形值，内容包括：（1）观测垫梁中钢箱梁底板接触情况，检测分析钢箱梁中不利于底板与腹板受力的状态内力；（2）超宽钢箱梁阶段起吊与运输就位后出现变形状态；（3）由于日照不均、温度影响以及焊接累积误差等导致纵向长度发生改变，风力影响顶推，主纵梁平面点标高与横向部位发生改变。

2.3.2 同步顶推保证措施

尽管在顶推时无法确保摩擦力保持一致，然而，可借助千斤顶同步确保位移一致，以降低不利于结构偏移情况的出现概率。在顶升千斤活塞顶起超宽箱梁后，会实现梁顶推前移，该工艺过程需要压力均衡控制、位移同步控制以及横向调节控制[4]。主控台一方面要控制桥墩顶推千斤顶动作保持统一，另一方面还要确保顶推千斤顶同步进行，具体控制方法为：相同桥墩水平顶推千斤顶主动点为1#顶，设定特定伸缸速度，其它水平定点当作随动点，且和1#顶作对比，每台顶和1#顶位移量差进行设定值的有效控制，如果哪台顶伸缸速度比较快，那么需要降低其比例阀流量，如果速度比较慢，则需要增加其比例阀流量。如果是不同桥墩，同步控制器水平顶推千斤顶措施为：主动点设定为1#顶，其他项和1#顶相比较，如果哪台顶伸缸的速度比较快，那么需要降低其比例阀流量，如果速度比较慢，则需要增加其比例阀流量，保证水平顶推同步性。顶推过程中，各墩同步精度应控制在5mm内，且同墩两侧应该控制在1mm内。

因为每台顶推千斤顶都会设置用来进行荷载变化监控的压力变送器，借助主控台面板与现场控制器，对每台顶压力最大值、相同桥墩若干顶压力差进行设定，计算机对每台顶载荷变化进行监控，精准协调系统载荷分配。若某台顶载荷压力最大值在设定值以上，系统就会默认停机，同时发出报警信号。

2.3.3 竖向顶升控制

在竖向顶升千斤顶的活塞向外伸出后会顶起箱梁，主控台在该过程中一方面需要控制集群顶升千斤顶动作，另一方面还要借助垫梁与箱梁中所安装的位移传感器，对顶升高度进行检测，确保两侧的顶升千斤顶能够保持同步状态。具体控制策略是以一侧作为基准，控制两侧的位移差在特定范围，如果跟随侧顶升存在较大的高度，那么就需要减少这一侧比例阀流量，如果顶升高度小，则需要增加流量，该过程需控制同步精度在4mm内。

因为每个受力点都会安装压力传感器，主要用于对各受力点荷载进行监控，借助主控台面板或现场控制器，对各受力点压力最大值、桥墩受力点压差最大值进行设定，通过计算机监测受力点载荷变化，使系统载荷分配得到精准协调。若某受力点载荷上升至所设压力最高值，桥墩受力点压差最大值大于设定值，那么系统就会自动停机，同时发出报警信号[5]。

2.3.4 平衡度控制

因各桥墩垫梁都安装有倾角传感器，主要用来检测X、Y轴方向箱梁倾斜角度，所以，通过设定各倾角传感器最大倾斜角度，就能够对箱梁平衡度进行有效控制。如果某个倾角传感器倾斜角度大于设定值，那么系统就会停机报警。

2.3.5 纠偏方案

顶推施工前，在钢箱梁腹板内侧100mm提前画出轨迹线，以此为千斤顶顶推中心轨迹线，与千斤顶中心比对进行初步判断。在顶推过程中，完成单次顶推动作后，使用测量仪器进行轴线进行精测。当横桥向偏位量超过30mm时，及时给主控室进行报点，采用千斤顶同步进行钢梁调位作业。

钢箱梁梁顶采用全站仪进行高程测量，在梁底腹板处贴反光片采用全站仪进行梁底高程测量，通过比对梁底、梁顶高程观察钢箱梁的变化。

2.3.6 防中线偏差措施

（1）确保同步顶推：每次顶推前，应仔细检查中央控制系统和各墩位处顶推设备的性能，顶推过程中通过顶推位移和顶推力进行双控，以顶推位移为主，确保钢梁左右侧前行位移量协调统一。

（2）监测措施：在钢梁前端和尾端顶面设中线偏移监测点，顶推过程中连续观测。钢梁吊至拼装平台后，在钢梁底面离滑道中心线1m（外侧）处用红油漆笔作里程标线，标线间距1m，同时在滑道外侧用油漆笔画出刻度，精确到厘米，这样顶推过程 中位于各滑道旁的操作人员能直观的观察两侧进尺是否同步。

2.3.7 累计误差的控制

箱梁平移时，主控制台对各受力点水平顶推位移进行计算，通过位移量最大值与位移量最小值的差，计算出累计误差，如果累计误差大于设定值，就要暂停自动模式，切换为手动模式，同时单独调节油缸动作，使误差得到纠正[6]。

2.3.8 顶推到位控制

为防止顶推到位时，出现顶推过头现象，须采取如下措施：（1）在顶推端头设置限位支架，作为顶推到位的依据和限位措施。（2）在顶推到位前1m处，停止连续顶推作业，使用点动操作，每次向前顶推20cm，并进行观测。（3）控制顶推到位时机，防止温差导致梁段移位。

2.3.9 顶推施工质量检验标准

钢箱梁顶推施工允许偏差如下表：

表1 钢箱梁顶推施工允许偏差值

3 结语

综上所述，超宽桥梁是国内城市交通系统的一个关键组成部分，该类桥梁在社会经济发展进程中发挥着重要角色，超宽桥梁施工技术是施工人员的重要工作内容，顶推施工是极为经典的一项桥梁施工技术，在市政桥梁施工中发挥着关键作用。本文以起元大桥项目超宽钢箱梁顶推施工为对象，与实际相结合，展开施工模拟，结果显示，该顶推施工技术具有安全可靠性，且切实可行，对现场施工具有参考价值。