九堡大橋步履式平移頂推與傳統拖拉式施工對比分析

孫玉祥，舒大勇，楊紹斌，周光強，何勇

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 400042）

1 工程簡介

杭州九堡大橋（錢江八橋）屬于錢塘江上規劃建設的十座大橋之一，位于彭埠大橋（原錢江二橋）下游5 km，下沙大橋（原錢江六橋）上游8 km處。九堡大橋北岸橋位位于江干區七堡六號丁壩以東，與規劃東湖路相連，南岸橋位位于錢塘江南大堤GPS24-2控制點，與蕭山錢江科技城的科園大道相連。橋位處江面寬1.7 km。主橋上部結構為3×210m三孔連續結合梁－鋼拱組合體系拱橋。主拱肋外傾12°，立面矢高43.784m。副拱肋軸線為空間曲線，立面矢高33m。主拱采用矩形截面，寬2.2m，高3.2m；副拱采用方形截面，邊長1.5m，主副拱肋之間的橫向連桿采用圓鋼管，間距8.5m。拱橋主梁為等截面鋼－混凝土結合梁結構。全高4.5m，全寬37.7m。在主橋橋跨中間僅設置1座臨時墩，頂推跨度達到94m；三跨整體頂推重量約15000 t，頂推距離約1000m。采用自主研發的“步履式平移頂推裝置”（專利號ZL 200920230240.5）整體頂推施工，主橋于2010年11月8日頂推到位。見圖1、圖2。

圖1 鋼拱梁結構示意圖

圖2 使用中的步履式平移頂推裝置

2 設計性能的比較

方案一為步履式平移頂推施工，方案二為拖拉式施工，進行對比分析。

方案一集頂升、平移、橫向糾偏于一體，采用總控與分控相結合的計算機控制方式，有效保證了各個頂推設備的頂推同步性；采用液壓千斤頂，可有效監測各個頂推墩的支反力，如頂推過程出現支反力過大，可以實時調整，遇意外情況，也可以及時檢查；由于滑動面不在主梁底部，可有效保證頂推結構與主體結構的接觸，改善主體結構受力，對主體結構幾乎零損傷。步履式頂推裝置自成一體，可以適應不同橋型不同線形變化的頂推施工要求，采用全液壓系統驅動，整機體積小、重量輕，控制比較平穩，液壓保護齊全，有可靠的安全性。

方案二采用穿心千斤頂，頂推同步性較難達到，易出現“蛙跳”現象；頂推過程中各個臨時墩的頂推力較難觀測控制；如頂推過程中出現較大支反力，幾乎無法調整，這對主體結構受力較為不利；由于滑動面在主梁底部，對主梁底面的損傷較大。

綜合比較，方案一無論從施工控制調整，還是從改善主體結構的受力狀況，都明顯優于方案二，無疑也將大大提高施工進度，兩種方案設計性能比較結果列于表1。

表1 兩種方案設計性能比較

3 施工靈活性的比較

通過施工過程中的敏感性分析可以看出：

1）單跨升溫20℃結構的順橋向變形為8.3 cm；兩跨升溫20℃結構的順橋向變形為14.0 cm；三跨升溫20℃結構的順橋向變形為20.9 cm。

2）風荷載作用下的側向變形較大，最大達到10.8 cm。主拱弱軸彎應力在橫向風載作用下為20MPa左右。

無論變形還是應力，溫度和風荷載對主體結構的影響均較大，在頂推過程中如何有效地規避這些不利情況的發生對頂推的順利完成較為重要。

方案一結構不僅可以向前頂推，而且可以向后頂推，這就可規避在頂推不利工況下遇大風的情況；對于溫度荷載的影響，必要時可采用“頂升”方式使其為自由長度，達到完全釋放溫度應力的目的，且不影響后續拱梁的拼裝。

方案二對溫度荷載和風荷載等引起的附加荷載無法有效克服，規避風險的能力較差。

4 偏位調節能力的比較

方案一采用橫向主動調節液壓限位裝置，控制平穩，有效地減少了頂推過程中的橫向偏位，頂推過程中調節次數少；而采用方案二，橫向偏位主要為被動調節設備，調節效果較差，橫向偏位控制能力低，需調節次數也較多。

44 Prevalence and risk factors of chronic kidney disease in high-risk population in Minhang District of Shanghai

5 對支座沉降的自適應能力的比較

通過頂推過程施工敏感性分析結果可以看出，支座的不均勻沉降對主體結構的受力影響較大，沉降3 cm，主梁最大應力將增加33.8MPa，支反力增加121 t，對結構受力極為不利，支座沉降的施工敏感性分析結果如表2所示。

表2 支座沉降的施工敏感性分析

方案一采用三相調位系統進行頂推，頂推過程可以控制各個頂推墩的支反力，通過頂升高度不一致來實現頂推墩之間內力的分配調節，因而對不均勻沉降的適應能力較強；而采用方案二，支座的標高隨支座的沉降而改變，無法完成自適應調節的過程，對主體結構受力較為不利。

6 主體結構受力比較

方案二對橫向偏位的調節能力較差，故考慮方案二主梁與滑移面橫向偏位10 cm（根據以往施工經驗，實際很有可能超過10 cm）進行計算，方案一考慮5 cm的橫向偏位（實際均控制在1 cm以內），從計算比較分析結果可以看出，在考慮偏位的影響下，采用方案二計算的的結果比方案一大50%，去除局部應力集中點后，結構最大應力達到428MPa，方案一為323MPa。由此可見，在考慮橫向偏位的情況下采用方案二基本不可行，必須增加主體結構的材料用量。

通過頂推過程采用有限元分析進行仿真分析，頂推施工中軸線偏位誤差必須控制在±10mm。此要求采用拖拉式頂推根本無法實現，而采用步履式平移頂推方法可以實現。

7 頂推墩受力情況的比較

通過頂推過程的分析計算看出，頂推過程中頂推墩支反力變化較大，變化幅度1000 t以上，且各個頂推墩的頂推力均不相同，考慮最大懸臂工況和導梁上墩工況，如采用方案二，考慮10%的摩擦系數，頂推墩需要的水平力達到120 t，這對頂推墩的縱向剛度要求太高，對頂推墩很不利，且必須重新驗算結構墩受力是否滿足要求，如不滿足必須采取加強措施；而方案一為自平衡式頂推，頂推墩水平力只需要考慮啟動時的摩擦力，經過設備前期的頂推模擬實驗以及實際過程的頂推監控，這個啟動力最大在50 t以下，這將大大改善頂推墩的受力。見圖3。

圖3 頂推過程頂推墩支反力變化示意圖

另外從橫向偏位調節來看，方案二采用被動調節，因此需要的橫向調節力也較大，對頂推墩的橫向剛度同樣要求較高，與縱向類似，橫向剛度的要求也對結構墩提出了更高的要求，必須重新驗算結構墩受力是否滿足要求，如不滿足需采取加強措施。

8 結論

1）采用方案一在使用性能上明顯優于方案二；

2）從加快施工進度及實時監測控制的角度來看，方案一也存在著較大優勢；

3）采用方案一的避險能力要遠遠高于方案二；

4）從工程造價來看，采用方案一的設備投入高于方案二，但采用方案一將大大減小主體結構用鋼量，綜合造價方案一優于方案二；

5）從永久結構的受力情況來看，采用方案一對主體結構施工幾乎是零損傷，而方案二對底板的損傷較大，考慮偏位影響的情況下，主體結構頂推過程受力無法滿足要求，這將增加主體結構的材料用量，進一步增加工程造價。

因此，采用方案一無論從技術、經濟還是安全性能方面都優于方案二。杭州九堡大橋采用“步履式平移頂推裝置”頂推到位后，軸線和高程誤差≤10mm，確保了九堡大橋頂推施工質量和施工工期，獲得了國內外專家的高度贊揚。新型步履式平移頂推施工的成功運用，必將為我國復雜地形地區的大跨度橋梁的建設提供技術儲備，在今后的西部地區及市政橋梁建設中將會有巨大的市場潛力。

[1] JTGF80/1—2004，公路工程質量檢驗評定標準[S].

[2] 陳義鑫.橋涵[M].北京：人民交通出版社，2010.