跨既有高速大跨度钢箱梁顶推施工技术

张超　郑舜元

摘要 为解决跨既有高速钢箱梁顶推施工中因桥梁跨度大、施工条件受限、受力情况复杂等技术难点，文章以204国道跨盐靖高速公路大桥的大跨径钢箱梁顶推施工为例，通过采用步履式多点顶推系统、设置导梁及顶推支架，结合有限元模拟方法，确保了施工过程中钢箱梁结构的安全性和稳定性，可为今后类似钢箱梁的顶推施工提供参考。

关键词 盐靖高速；钢箱梁；顶推；施工技术

中图分类号 U445.462文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）12-0073-03

0 引言

随着钢结构技术的不断进步，钢箱梁因其出色的跨越能力和施工速度，在桥梁建设中应用广泛[1]。顶推法施工，作为一种立体桥梁建设的优秀方法，因其不影响桥下既有交通和通航而备受青睐[2]。顶推工法呈现多元增长态势，“步履式多点自平衡的顶推”正逐步替代“千斤顶直接顶推主梁”[3]。

跨越既有高速公路的大跨径钢箱梁桥，在保障高速公路正常行车的情况下，对顶推支架、施工工艺、施工安全的要求较高。

该文以204国道跨盐靖高速公路大桥为例，针对钢箱梁顶推施工过程中存在的桥梁跨度大、施工条件受限、受力情况复杂等技术难点，提出了合理的解决方案。

1 工程概况

主桥钢箱梁跨越盐靖高速，其设计采用三跨连续的钢箱梁结构。在主桥路线中心线位置，跨径的布置为（42+70+42）m，主桥宽度为18 m、梁高为3.0 m，如图1所示，单幅主梁重约1 833 t。

2 工程难点分析

结合设计图纸、周边环境以及现场施工条件等特点，该项目主要存在以下几方面的施工难点：

（1）钢箱梁跨度大、吨位重，如何合理划分钢箱梁节段、确保拼接质量以及顺利运输和安装是一大难点。

（2）顶推工况复杂，需上跨盐靖高速公路，施工现场交通流量大、车速快，这给施工带来了极大的安全隐患。因此，如何选择合理的顶推施工流程是该工程的关键。

（3）钢箱梁内部纵隔板与横梁导致受力情况复杂，如何确保桥梁的几何和受力状态满足设计标准，以及有效控制结构应力，也是一个技术难点。

3 方案设计

3.1 方案概述

针对大跨径和大截面钢构桥的顶推施工，由于其最大悬臂长度达到43 m，为确保高速公路不封路，可以采用多点步履式顶推系统施工，如图2所示。施工工艺采用36 m导梁连续顶推方案，主跨加边跨连续顶推。千斤顶在桥墩上顶推到墩位后，再利用竖向千斤顶将梁体落至永久墩。

步履顶推系统主要由水平千斤顶、竖向千斤顶、滑座、横向纠偏顶、液压泵站和控制系统组成。顶推时由竖向千斤顶先顶起钢梁，然后由水平千斤顶推动竖向千斤顶和钢梁前进。完成一个行程后，竖向千斤顶将下降复位，钢梁再次落墩。随后，水平千斤顶将竖向千斤顶拉回原位，完成一个顶推循环。系统通过竖向和横向纠偏顶的配合，实现钢梁的精确顶推和横向调整[4]。

3.2 安全性验算

为保证顶推施工期间钢箱梁的整体结构安全，该文采用Midas/Civil对钢箱梁顶推施工过程进行仿真分析。根据设计图纸上的相关参数，对钢箱梁各构件采用梁单元进行模拟；通过边界条件模拟顶推支架的支撑作用，并按自重及风荷载等荷载组合进行整体建模，然后根据施工步骤划分计算工况，逐个工况进行计算分析。

钢箱梁顶推最不利工况组合应力及剪应力如图3～4所示。

由图3和图4可知，最不利工况下（前端悬挑43 m时），最大正应力为38.83 MPa，最大剪应力为37.92 MPa；在钢箱梁的顶推过程中，结构受力趋势符合理论分析，计算结果均满足相关规范要求[5]。

4 临时结构设计

4.1 导梁设计

导梁是大跨度钢箱梁顶推施工中必不可少的结构，能起到减小主梁顶推长度、引导主梁顶推搭设的重要作用[6]。该工程顶推跨度最大为43 m，钢梁前端设置20 m导梁，导梁采用工字型变截面结构，截面高由2.8 m变为1 m，如图5所示。

4.2 顶推支架设计

顶推支架是实现钢箱梁顶推施工的关键结构，需充分考虑施工过程中的各种工况，包括竖向承载力、水平推力、抗倾覆能力等。支架的形式和构造应满足强度、刚度和稳定性要求[7]。顶推支架布置如图6所示，支架立柱采用Φ529×8 mm钢管，管顶采用三拼HN700×300型钢作纵梁、双拼HN700×300型钢作横梁，支架钢管连接系均采用[20槽钢。各构件均采用焊接连接，底部采用混凝土基础。

在安全验算时，通过提取主桥有限元模型中各顶推施工工况支点的最大反力，并加载至顶推支架上，即可对顶推支架的强度、刚度和稳定性进行验算，计算结果显示均满足相关规范要求。

5 结语

跨既有高速钢箱梁的施工多存在钢箱梁桥梁跨度大、施工条件受限、受力情况复杂等技术问题，应因地制宜、综合考虑，选择合适的施工方案。

该工程通过有限元软件仿真分析，采用多点步履式顶推系统施工，合理设计导梁、顶推支架等技术方案，成功解决了上述难题，保证了钢箱梁施工的安全顺利完成，确保了工程总体施工进度，可为今后类似工程施工提供借鉴和参考。

参考文献

[1]潘春华. 大跨径钢箱梁顶推施工关键技术[J]. 中文科技期刊数据库（全文版）工程技术， 2021（6）： 2.

[2]张小欣. 跨既有高速桥梁大跨径钢箱梁步履式顶推施工关键技术[J]. 上海公路， 2023（3）： 85-92.

[3]王学强. 大跨径钢箱梁顶推施工关键技术[J]. 科学技术创新， 2023（6）： 145-148.

[4]山东省地方标准钢箱梁顶推施工技术规程： DB 37/T 1389—2009[S]. 北京：人民交通出版社， 2009.

[5]公路钢结构桥梁设计规范： JTG D64—2015[S]. 北京：人民交通出版股份有限公司， 2015.

[6]冀伟， 邵天彦. 多跨连续梁桥顶推施工双导梁的优化分析[J]. 浙江大学学报（工学版）， 2021（7）： 1289-1298.

[7]刘瑞， 姜荣剑， 韩亨通. 上跨高速公路钢箱梁顶推施工支架设计与检算[J]. 石家庄铁路职业技术学院学报， 2023（4）： 10-14.