大跨鋼筋混凝土框架橋斜角頂進施工技術

摘 要：威乳高速公路的下穿桃威鐵路的鋼筋混凝土框架橋采用頂進法施工，框架橋斜交正頂，斜交角度大，頂進時方向難控制；箱體總高達9.3m，頂進過程中箱體容易扎頭前傾而下沉；針對以上難點所做的主要技術方案為：采用以3組P50-25鋼軌9扣軌梁和H40型鋼縱橫梁的方法加固線路后進行卸載、移梁、頂進施工；采用正頂斜進整體頂進的方案確保箱體頂進中的方向控制，并通過試驗研究分析計算制定出一套防止箱體前傾扎頭的頂進施工方案，確保頂進施工的安全進行。

關鍵詞：大跨 鋼筋混凝土 框架橋 斜角頂進 施工技術

中圖分類號： U445 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0100-05

隨著威海市經濟的飛速發展，公路建設也與之同步進行，國家重點公路威?！珵鹾＞€威?！鄭u支線威海至乳山段與桃威地方鐵路DK104+614處交叉，為滿足高速公路暢通、快捷、安全的要求，在公路與鐵路相交處修建兩孔框架橋下穿立交橋。

1 工程概況

該框架橋凈孔2～16m，斜長48.18m，總高9.3m，總重6750t。既有橋為2～20m低高度簡支梁橋，凈高6.5m，路面至軌頂8.4m，本橋公鐵斜交54度。

該框架橋處于山間河流沖積地帶，微地貌發育，地形起伏大，地層由上至下分別為雜填土、中砂、殘積土、強風化花崗巖、弱風化花崗巖。

主要工程數量：預制鋼筋砼箱橋2639 m3，頂程20.7m；最大頂力82000KN；布設300t頂鎬48臺，頂進挖運土8058m3。M10漿砌片石516.3 m3，C15砼基礎303m3，爆破拆除鋼筋砼866m3，漿砌片石460 m3。

2 施工方案

公鐵斜交角度54度，由于設計上的限制，不能大于45度，本橋設計角度40度，與軸線偏14度，為解決14度的偏差此橋加寬了橋面，設計兩橋相錯9.84m，本橋難點是斜交正頂，斜交角度大，頂進時因框架兩側土壤側壓力合力不在一條直線上，在平面上形成逆時針阻力偶，容易偏向，在頂進過程中通過試驗測得的摩擦系數隨時調整兩側頂力，以形成反力偶平衡之。來控制頂進的方向，頂進時最困難時小角側14臺全部開動，大角側僅開6臺，方能保證橋的方向按照正常進行。在發生偏移后，輔以在框橋兩側及前側的挖土的超挖情況來及時糾偏箱體。兩孔箱體采用線外預制一次頂進就位法施工，線路加固采用縱橫梁卸載法施工。老橋采用吊車吊梁，爆破拆除墩臺身，既有鋼筋混凝土梁梁下及外側搭設萬能桿件支點作為線路支墩。線路采用3組P50鋼軌9扣軌梁加固，分兩次要點吊出2孔鋼筋混凝土梁，吊出鋼筋混凝土梁處采用枕木垛和縱橫向H型鋼將線路將線路扣軌梁與萬能桿件支墩間填滿，恢復線路維持行車。利用萬能桿件支墩作為橫抬梁前支點，橫抬梁后支點搭設在箱橋上，橫抬梁在橋臺處邊拆除橋臺耳墻邊穿入H型鋼，在箱橋頂進前端橋臺外側搭設萬能桿件和枕木垛前支點，以便于箱橋頂進。邊頂進，邊拆除既有橋墩及橋臺，直至箱橋頂進就位。箱橋頂進就位后，施工翼墻及箱橋兩側回填土。

3 頂進技術分析

3.1 頂力計算

根據頂力計算公式：

式中：P-頂力，KN；

μ-頂力系數，一般為1.2～1.5；

N-箱體重力，KN。

經計算所得最大頂力為82000KN。

3.2 頂進中的測量工作

（1）為了準確掌握箱體頂進的方向和高程，在箱體后方設觀測站以觀測箱體頂進時中線和水平偏差。為避免因后背變形而影響觀測儀器的穩定，觀測站應遠離后背稍遠。觀測站內設經緯儀和水準儀各一臺，設2個縱向觀測站，在框構頂面四角設水平觀測點，每頂進一鎬均進行標高觀測記錄，并標注在頂進曲線圖上，以便及時糾偏。

（2）后背變形的觀測是在后背的一側設置一個側向觀測站，內設經緯儀一臺，在后背兩端設立標尺進行觀測。頂程控制見附表一。

4 施工工藝

4.1 開挖工作坑

根據設計圖和現場情況，工作坑設在桃威鐵路路基右側。工作坑采用人工配合機械開挖，機械開挖至基礎面以上0.3m時，采用人工開挖，避免機械超挖，而引起回填造成基底土質不勻，錨梁采用人工開挖，工作坑開挖完成后立即進行滑床板混凝土灌注，防止雨水灌入，對于遇水浸泡的滑床板底面要進行加深或換填改良處理。工作坑開挖時盡量接近線路以減少頂程，但應加強施工安全控制，工作坑上口靠線路既有路基一側以不影響既有路基穩定為準進行開挖，工作坑靠線路一側的邊坡1：1.5，兩側邊坡1：0.75，后背盡量垂直開挖，坡度不大于1： 0.33。工作坑前端比箱體長2.2m，兩側各加寬2.2m，后端與后背梁相接。

4.2 滑板施工

本橋滑床板采用鋼筋混凝土，滑板自下向上的施工順序為：夯實地基，綁扎鋼筋，澆筑C25砼，掛線找平壓光攤鋪3mm機油石臘層，攤鋪 1mm厚滑石粉層，平鋪塑料編織袋，找平壓光。

4.3 箱體預制

為減少頂進阻力，支模時在框架橋箱體前端2m范圍內的外?？上蛲夥艑?cm，或使前端保持正誤差，尾部為負誤差，形成倒楔形，預制箱體時，在箱體前端做成船頭坡，以便頂進時將高出箱底的土壤壓入箱底，增加其承載力，防止扎頭，船頭坡的具體尺寸為長50cm，高5cm，坡度為1：10?，F澆混凝土前，要做好定位測量工作，使箱體中線、工作底板中線、頂進橋位中線三者均在一條直線上。分底板、側墻、頂板3階段澆筑混凝土，為保證混凝土抗滲、早強、在混凝土中摻入早強、減水劑。為防止路基邊墻坍塌，在邊墻前端加鋼刃腳。箱身及底板鋼筋焊接時，在施焊地點鋪設一塊約0.5m的石棉板，以免燒壞潤滑隔離層。箱身側面涂刷瀝青外，為減少頂進阻力，還要涂刷石臘油。

在預制橋涵箱體前，先計算出所需頂鎬的噸位和數量，按照沿箱體底板橫向均勻、對稱布置頂鎬的原則確定頂鎬的位置。預制箱體時，在箱體底板端部頂鎬位置預埋5mm厚的鋼板，加強局部強度，以免頂進中破壞箱體。并注意箱體的頂進方向，保證鋼板平面與橋涵軸線垂直，有利于頂進施工，達到“斜做正頂”的目的。因為降低了頂鎬位置，減小了對刃角處向下力矩，可防止在頂進過程中扎頭。同時，利用橋涵箱體底板傳力，對箱體頂進過程中的損害較小，不僅節約投資，而且施工簡便，易于操作，有利于保證施工質量。

4.4 頂進施工

4.4.1頂進設備

頂程25m，計算最大頂力為82000KN。人工配合機械挖運土，48臺300T頂鎬頂進。

⑴頂鎬：由于箱橋斜交，為抵消逆時針阻力偶，在箱橋小角的一側布置14臺，另一側布置10臺，通過計算用增減使用頂鎬的方法抵消偏距影響。

⑵傳力柱配0.1m，0.2m，0.4m，0.8m，1.0m，2.0m，4.0m，8.0m。

⑶控制臺及油泵：設兩個控制臺，每個箱橋一個，每個控制臺電機為30kw兩臺，油泵配套。

4.4.2 頂進作業

本橋頂進施工中，每鎬頂程80cm，列車限速35km/h。在頂進過程中，箱身的軸線和高程進行觀測，并詳細做好記錄，發現偏差及時通知頂進指揮人員采取措施，糾正偏差。

因為桃威鐵路為地方鐵路，所以在頂進框架時，向威海地方鐵路局要點進行。

4.4.3恢復線路

頂進施工完畢，修完擋土墻后，拆除線路加固裝置，線路可恢復正常，并會同當地工務部門共同檢查線路情況，合格后辦理慢行撤銷手續。

5 關鍵施工技術

5.1 潤滑隔離層設置

潤滑隔離層采用潤滑層+塑料編織袋。共作法為：滑板頂面干燥后，先澆一層柴油（夏季施工），然后澆一層3mm厚石臘油，待石臘油凝固膈，再撒一層0.5-1.0mm厚的滑石粉作為潤滑層，最后鋪一層整塊塑料編織袋作為隔離層。如塑料編織袋有接茬，應在接縫處壓茬至少0.2m，并使其接茬口朝頂進方向。從使用效果來看，塑料編織袋覆膜較油氈層經濟，操作快捷，較塑料薄膜結實，實用效果好，可推廣應用。潤滑層平整度控制，可在底板長度方向每米掛一道高程鐵絲，每澆完一格用木板刮平，鐵絲拆后留下的痕跡用噴燈烤烙平整。

5.2 后背

后背是框架橋頂進中借以抗衡頂進反力的臨時建筑物，要有足夠的強度、剛度和穩定性，本框架橋為大型框架橋，需要的頂力大，安全性要求高。根據現場條件，采用鋼軌樁式后背。鋼軌采用P50舊軌，單排布置，樁長10m。在開挖工作坑前，將鋼軌樁按每延米12根插打到設計位置，與天然土層密貼后，夯實土方，其夯壓密度要求達到98%以上。為防止后背在千斤頂的作用下，鋼軌柱前傾，在鋼軌樁上部以鋼筋焊聯牢固，后背上方砌石后填土，并分層壓實。為使頂力均勻地傳遞一鋼軌樁及后背土層上，后背梁與工作坑滑板設計成整體，同時澆筑混凝土。鋼軌樁與后背梁之間直接接觸，為拆除方便可放置一層油氈隔離層。由于后背在山坡，一個硬，4個軟，為保證4個后背的穩定性，把4個后背用豎向混凝土梁連為一體。實際應用表明，后背在施工中變形小，安全穩定，適用性好。

5.3 線路加固

（1）加固準備。

施工前與電務、信號等相關部門聯系要點，在相關部門的配合下將對頂進施工有影響的通信、信號電纜接長處理，并將電纜用槽鋼防護。

（2）線路加固、移出混凝土梁。

既有橋上線路1股，直線，坡度i=+0.006，鋼筋混凝土橋枕。

首先線路慢行35km/m，將既有線鋼筋混凝土橋枕抽換為木枕，分兩次要點360分鐘，吊梁，兩臺吊車，一臺100T，一臺160T，抬梁轉至另一側放下。萬能桿件上放P603扣扣軌梁兩道，其上搭設枕木垛4層，上放縱向H40型鋼分配梁4片，拉入橫向H40型鋼，吊上P509扣扣軌梁2道，隔二扣一扣上扣軌卡子，恢復線路，將移出鋼筋混凝土梁破碎外運。

扣軌梁支墩采用6個2m×6m×4m萬能桿件臨時支墩，上部設4片40H型鋼分配梁。萬能桿件每個立桿采用4根1H及2H桿，平桿采用4H桿，斜桿采用5H桿，上下設支撐靴及3扣P60扣軌梁。萬能桿件支墩底部采用C20混凝土基礎。。

（3）線路橫抬梁加固、拆除既有橋墩臺、箱橋頂進。

穿入線路加固H型鋼，利用萬能桿件支墩作為橫抬梁前支點，橫抬梁后支點搭設在箱橋上，橫抬梁前支點在橋臺處邊拆除橋臺耳墻邊穿入H型鋼，在箱橋頂進前端橋墩臺外側搭設萬能桿件支點上放枕木垛和4片H型鋼分配梁，穿入橫向H型鋼架空線路，箱橋頂進。邊頂進，邊拆除既有橋墩、橋臺及萬能桿件前支點，直至箱橋頂進就位。既有橋墩、橋臺采用爆破拆除，挖掘機挖除，翻斗車外運。

采用3組P50-25鋼軌9扣軌梁和H40型鋼縱橫梁加固線路法。

施工方法及施工順序如下：

為保證1#箱體外側在頂進時砌筑擋墻時的線路安全，路基上增加扣軌梁挖孔樁支點。線路慢行后在路基上按施工方案要求進行挖孔樁施工，施工時，利用防護圈擋住石碴，然后挖一米護一米直挖到設計標高，再用C15混凝土灌注，設6根挖孔樁，桃村側4棵，兩根13m，兩根6m，威海側兩根大角側13m，小角側6m。挖孔樁沿公路方向間距6.4m， 挖孔樁直徑采用Ф2.0m，樁身直徑采用Ф1.6m，主筋Ф16，箍筋Ф8，箍筋間距20cm，挖孔樁護壁厚20cm，上口內徑1.6m，下口內徑1.7m，每節高1m，護壁內置Ф8的立筋和螺旋筋，鋼筋間距均為20cm。

在開挖挖孔樁前，封鎖線路180分鐘，在挖孔樁部位拉入長度10m，11扣P50扣軌軌束梁（既有線每根鋼軌下一組）對線路進行加固，扣軌梁與木枕之間用Φ22U型螺栓及鋼扣板每隔2根軌枕聯結一道，使軌道框架聯系牢固。2組9扣P50扣軌軌束梁（既有線每根鋼軌下一組）支點一端落在箱橋上，中部落在挖孔樁上，另一端支點延伸至線路外側，以供箱體頂進時之用。在挖孔樁上順公路方向設3片40H型鋼橫抬線下9扣P50扣軌軌束梁。

線路卸載加固采用縱橫抬梁法，線路慢行35Km/h，把線路上的鋼筋混凝土枕換成木枕后，搭設萬能桿件支墩，吊出既有鋼筋混凝土梁，采用枕木和縱橫向H型鋼及2組P50鋼軌9扣軌梁與萬能桿件支墩間填滿，恢復線路維持行車。然后加密（在點施工時可隔二抽一）穿入H40型鋼：把H40型鋼吊放到箱頂上排好，利用卷揚機把H40型鋼順頂進方向一根一根穿入扣軌梁底下，H40型鋼密排，與扣軌空隙處用木板墊牢。H40型鋼隨頂隨往前穿。H型鋼采用400mm×400mm，長度18m長，順線路方向55cm，垂直箱橋方向42cm，共計88根。

5.4 箱橋頂進

本橋公鐵斜交角度54度，由于設計上的限制，不能大于45度，本橋設計角度40度，與軸線偏14度，為解決14度的偏差此橋加寬了橋面，設計兩橋相錯9.84m，本橋難點是斜交正頂，斜交角度大，最困難時小角側14臺全部開動，大角側僅開6臺，方能保證橋的方向按照正常進行。

分析：頂進時因框架兩側土壤側壓力合力不在一條直線上，在平面上形成逆時針阻力偶，容易偏向，故需加強方向控制，隨時調整兩側頂力，以形成反力偶平衡之。該力偶值的大小和計算土壤側壓力時對摩擦系數取值的準確性與否、該框橋斜交角度的大小如何及框橋兩側及前側的挖土的超欠挖情況有關，很難準確計算，只能在實踐中解決。但有一點可以肯定，其力偶值的大小與這三種因素的數值大小均成正比。

6 本框架橋的頂進施工過程及工程檢測

本框架橋于先進行試頂，2日后正式頂進，4日后頂進就位。每日安排進行兩班作業，每班作業12小時，其中出土8小時，頂進4小時；每次頂進5鎬，每鎬頂進80cm，正常施工每日頂進4m。頂進至11.25m時，測量扎頭達105mm，澆筑一道地梁調整，地梁尺寸3.0m×1.0m×43m；地梁砼為C35，采用硫鋁酸鹽水泥配制，12小時砼抗壓強度達到18Mpa，24小時砼抗壓強度達到設計強度。

頂進就位后檢測軸線偏位：前端120mm，后端30mm；高程：左前-91mm，右前-105mm，左后-50mm，右后-60mm。經過檢測，滿足了頂進就位后軸線偏位±200mm，高程+50，-200mm的規定要求。

7 保證措施

7.1 框架橋施工期間行車安全措施

頂進框架橋施工期間鐵路線路不中斷交通，保障施工過程中行車安全是施工控制的重要工作。

（1）在既有線上的一切施工，嚴格按規定設置防護標志和配置防護人員，采取可靠的通訊聯絡工具，隨時與車站或遠方防護人員保持聯系.要點封鎖或慢行施工時，嚴格執行既有線施工審批制度，按規定的時間預先提出申請計劃，報運輸部門批準。施工前一天通過車站向調度室提出施工申請，施工當天再按計劃通過車站向調度要點，經批準后，按規定設好防護，組織施工，確保在批準時間內完成。如因特殊情況不能按時開通線路，須提前及時通報有關單位，要求行車調度人員延長時間。封鎖線路施工結束后必須以施工負責人檢查核實無誤才可報告要點施工完成，按正常手續辦理消點。

（2）每日作業前嚴格按鐵路部門《技術規范》規定設置施工防護和限速標志牌，配齊通信聯絡設備。每日作業完成后，要清理現場機具、設備，檢查線路狀況，確認無事故隱患后，及時撤除防護。

（3）施工中嚴格管理，分工明確，責任到人。施工員、防護員、駐站聯絡是必須經過崗前培訓，合格后持證上崗。

（4）現場準備了工字鋼、木枕、編織袋等物資，以備線路局部塌方時應急處理。

7.2 安全保證措施

（1）每次開鎬前及交班時都應檢查油泵等液壓系統有無故障，挖土是否符合要求，頂鐵位置是否正常，后背有無變形等情況。頂進過程中，測量人員應經常檢查框架的中線高程情況，以便及時進行調整糾正。同時在高壓頂進時，兩側絕對不準站人，操作人員位于工作坑兩頭，以策安全。

（2）預防頂鐵外崩措施：頂鐵外崩主要功能是因為由于頂力偏斜產生偏心荷載所致。產生偏心荷載的原因是單行縱頂鐵安裝不直，或安裝長度超過規定，接頭多，受力歪斜；涵體強度不勻，后背土質不均，受力不均等。預防措施為加強頂進前的準備和檢查工作，在高壓頂進過程中一旦發現未列計劃力表指針突然上升，即有崩鐵征兆，要立即停止頂進回退千斤頂，查明原因。主要檢查單行縱頂鐵的安裝長度和后背的變形情況。

（3）預防后背破壞的措施：頂進過程中若發現涵體不前進，而后背壓縮，或縱向頂鐵向上隆起或向下“啃”枕木，這都是后背破壞的征兆，要立即停止頂進，回油查明原因。主要檢查后背安裝是否符合要求，對不均勻土要挖除換填。如后背已破壞應拆除，重新施作后背，防止造成崩鐵或后背破壞擴大現象，從而造成更大損失。

7.3 質量保證措施

（1）本框構橋交角大，箱體寬，高度大，底板短，頂進難度大，施工中采取底板吃土0.35m頂進，扎頭超過50mm，即做特殊處理糾偏。防止扎頭的措施如前所述主要有：在工作坑滑板上預留3‰上坡；在箱體前端滑板下設置船頭坡，造成一個向上的趨向；挖土時，開挖面保持在箱謝底面以上8-10cm，利用船頭坡將高出的部分土壤壓入箱底調整；或者增加箱身后端的平衡重，改變箱身前端土壤受力狀態以達到“糾正扎頭”的目的。如果出現抬頭時，可使底刃腳前端超挖略低于底板并逐漸調整，如因挖土不夠寬時，吃土量過大而抬高框構箱體時，可在兩側適當超挖來調整。

（2）方向控制：設固定觀測站，用經緯儀觀測框構前后中線點，每頂一鎬都要記錄觀測值，并標注在頂進曲線圖上，并書面通知頂進負責人。出現編差可增減一側頂力；或者在一側刃腳前超挖，另一側不挖土或少挖土調整。

（3）水平觀測：在框架頂面四角設水平觀測點，每頂一鎬都要進行測量，并將測量結果標注在頂進曲線圖上，并書面通知頂進負責人，以便及時通過挖土糾編。

8 效益分析

頂進框架橋在施工過程中需要精心組織，嚴格控制，具有一定的施工難度。但在公路下穿鐵路交叉時，采用此工藝可以不中斷鐵路交通，是一種比較理想的施工方法。目前我國公路建設蓬勃發展，與現有鐵路線交叉不可避免，本文通過對威乳高速公路K25+005框構橋頂進工藝和安全生產的施工監控進行總結，在今后類似工程施工控制中能起到一定的參考作用。本工程按照設計的要求比較順利地完成了頂進施工任務， 施工中保證了桃威鐵路的行車以及各種管線、管網的安全，取得了良好的社會效益，箱身結構在頂進過程中無破損，框架就位誤差滿足規范要求， 頂進框架橋施工經驗表明其工藝安全、高效、經濟，適用于大孔徑斜交框架橋施工，取得了良好的經濟效益。

參考文獻

[1]周水興，何兆益，鄒毅松 等編著.路橋施工計算手冊[M].人民交通出版社

[2]交通部第一公路工程總公司，主編.橋涵[M].人民交通出版社.

[3]《公路橋涵施工技術規范》JTJ041-2000.