步履式橋梁頂推法施工技術的探討與應用實例

俞國際，褚金雷

（宏潤建設集團股份有限公司，上海市200235）

步履式橋梁頂推法施工技術的探討與應用實例

俞國際，褚金雷

（宏潤建設集團股份有限公司，上海市200235）

重點介紹了在江、河、湖、海上修建鋼結構和鋼筋混凝土結構大橋、長橋的頂推法施工工藝，橋梁頂推法施工發(fā)展歷史，以及頂推法施工工藝選用的優(yōu)缺點分析、施工原理和橋梁頂推程序的簡介，可降低企業(yè)機械設備、模板和支架材料投入成本，增加市場競爭力。

頂推法；施工原理；技術應用

0　引　言

隨著近代高強、輕質建筑材料與計算機技術的發(fā)展，使橋梁設計能力突飛猛進；為了在江、河、湖、海上修建深基礎、高橋墩的大跨徑橋梁，橋梁施工技術也在持續(xù)改進。一般橋梁上部結構現(xiàn)場施工采用滿堂支架法、少支架法、懸臂澆筑法等，預制結構采用自行式起重機械吊裝、架橋機安裝、門架法安裝等；在特殊環(huán)境下，結合周邊施工條件，也采用轉體施工法、頂推法等工藝。本文以橋梁頂推法為背景，介紹頂推施工的工藝改進。

1　頂推法施工優(yōu)點

（1）改變了水上橋梁施工習慣，把上部結構水上施工，改為岸邊施工，避免了許多水上臨時設施的投入和大型機械的使用，既節(jié)省了投資加快進度，縮短了工期，提高了質量，減少了對水環(huán)境和城市環(huán)境的污染，又增加了施工的安全度，也便于施工時交通的疏導。

（2）頂推法施工現(xiàn)場小而集中，把漫長的施工線均緊縮到預制-組拼-頂推這一段，它只需要少量的大型設備，少量工人來從事反復的工藝流程，再復雜的技術經過日夜操練很快就熟練而掌控，因此極易實行規(guī)范管理、人員的技術培訓、質量的管控。

（3）頂推法施工臺后的預制-組拼-頂推流水線小，易于搭棚蔽蓋，實行全天氣候施工，同時預制-組拼的梁在橋墩未完成前已開始。從而達到縮短工期的目的。由于作業(yè)線短，施工對交通的干擾可降低到最小。

（4）預應力鋼筋混凝土橋采用頂推法施工，其優(yōu)點更為顯著，可節(jié)省大量的模板、支架材料和由此產生的多次倒運，和支架基礎及支架預壓費，并可減少高空吊裝設備數(shù)量，減少沿途夜間噪音干擾，有利于創(chuàng)建文明施工環(huán)境。

（5）頂推法施工，是集中預制（加工）-組拼-頂推，這一多次循環(huán)作業(yè)，因此可采用定型化的鋼模板、各工序加工中可引入機械化，液壓自動化、和智能張拉等，這些都為提高橋梁施工現(xiàn)代化創(chuàng)造了有利的條件。

2　頂推法施工缺點

（1）頂推法施工，對滑板、滑道制造精度高。

（2）對各類箱梁制造、加工尺寸要求高，拼裝平臺、臨時墩的結構與地基基礎，要有足夠的強度和剛度，其沉陷值不允許超過規(guī)范要求。

（3）不是圓弧曲線的平曲線彎橋不能采用頂推法施工，同時平曲線或者豎曲線的曲率半徑不得小于150 m，同樣跨徑數(shù)太少不經濟而少采用。

（4）對頂推法施工的橋梁，其懸臂彎矩不能太大，尤其在預應力鋼筋混凝土連續(xù)梁橋施工時結構受力部位不斷交替變化。若懸臂彎矩太大需要增設負彎矩區(qū)的配筋或者配索，而增加投資。

3　橋梁頂推法的發(fā)展

（1）由于橋梁頂推法的諸多優(yōu)點，已被廣泛應用于鋼系桿拱橋（跨徑210 m）懸索橋、自錨式懸索橋、斜拉橋、變截面連續(xù)梁橋、彎橋，它更適合于峽谷深溝地形處的各類橋梁施工。

（2）其施工方法已由單點頂推，發(fā)展到多點頂推；由拖拉式牽引法改進到契進式頂推，后又改進到步履式頂推法，（杭州九堡大橋、蘭州深安黃河大橋就采用此法）。

（3）拖拉式牽引法自動化程度不高，可視為半自動化，還需要大量人工操作，同時對支撐墩產生較大的水平反力，梁體受力大，而且遠需要設置滑道，使梁體在上滑移。采用楔進式頂推法或步履式頂推法，其裝置完全是集成化、自動化，把頂-推-降-縮完全集于一個操作平臺。進行多循環(huán)頂推不但速度快而且對墩的水平推力也很小而不計（由于滑動摩擦力小而且在設備內部平衡，所以對墩頂不產生水平力）。

（4）根據(jù)頂推原理和橋梁具體情況，由原來雙千斤頂多點頂推，發(fā)展有單頂點的多點頂推，和三頂點的多點頂推，同時頂推設備完全具備三維功能，可對箱體隨時進行橫糾偏微調。

4　步履式頂推法施工原理

（1）橋梁頂推法施工即采用特制的頂推動力裝置，推動梁體在專用的臨時設施、滑動裝置上移動，最后將梁體推移到設計預定的位置。

這是頂推最基本的設想，這當中要先梁體頂推、抬高、橫移的動力產生動力的設備；梁體是一個長、高、寬、重的特大構件，要使它動，就需設多個支承點來抬托它，移動它，而這些支承必須要同步對梁體進行抬托、移動才行。因此它必須有垂直千斤頂，縱向水平千斤頂，橫向水平千斤頂，以及與此相匹配的電氣化、液壓泵站、自動液化控制、操作臺和計算機系統(tǒng)。

（2）可編程序控制器PLC

在多點頂推施工中，多有臺千斤頂（豎直、水平）要達到均勻同步運行，必需采用自動計算機系統(tǒng)進行操控，這就是PLC可編程序控制器，它是由液壓系統(tǒng)（泵站液壓千斤頂），檢測傳感器系統(tǒng)、計算器控制系統(tǒng)組成，以檢測梁體的位移值（頂推距離）和力（每個千斤頂受力的重量）以調整泵站輸入個千斤頂?shù)挠蛪褐祦碚{整其頂推速度和位移量使各點頂推點達到同步推進，其控制同步頂升的流程，見圖1。

（3）橋梁頂推的程序

目前橋頂推采用步履式頂推設備居多，它是集頂升—平移（縱向）—橫向移于一體，實現(xiàn)橋梁豎向、順橋向、橫向的移動和微調糾偏，和保證橋梁坡度線型。因此步履式頂推設備把三種功能的千斤頂集中組合在一個支撐架上（尺寸2.3 m× 5.9 m）放于橋頂橫軸線上（上下游各一臺）梁底板受力部位。當控制臺指示啟動設備進行頂推時，步履式預頂升設備各千斤頂只按頂-推-降-縮（或者頂-推-落-回）四個步驟循環(huán)反復從而把梁推頂?shù)皆O計位置，最后頂起梁體，安裝支座落梁就位。

圖1　可編程序控制器PLC示意圖

（4）頂推時梁體懸臂受力在不斷交替變化，但必須控制最不利狀態(tài)，使內力值不能太大，否則必須加強而不經濟，為使梁體能最大限度地外懸以求得跨越更大的孔徑，因此常采取增設導梁和臨時支墩的辦法使能跨越更大的跨徑，使再大的跨徑也能采用頂推法施工水上橋梁。根據(jù)經驗一般鋼結構箱梁不用導梁和臨時支墩可跨60 m，超過60 m就不經濟了，就得采用導梁或導梁+臨時支墩的辦法，一般導梁長度按欲要跨越橋跨的60%左右的長度設計鋼導道，超大跨橋梁可設一個或多個臨時支墩，其間距根據(jù)實際情況（橋墩受力情況，河床地質情況，梁體結構承載力情況而定）杭州九堡大橋導梁長45 m，深安黃河大橋前導梁長45 m，后導梁長35 m，世界上最長的導梁達105 m。

5　橋梁頂推法實例

蘭州深安黃河大橋采用下承式蝶形鋼拱疊合梁橋，跨徑156 m，橋面寬36.5 m，梁高3.5 m，采用“V”型主墩，圓端形承臺，Φ2000鉆孔灌注樁基礎。

為了減少施工對河道的影響，結合結構特點和現(xiàn)場條件，擬定主橋鋼結構采用頂推滑移法施工。計劃在北岸進行整體鋼結構的拼裝焊接，再通過頂推墩及步履式頂升滑移裝置，由北向南，進行整體鋼結構頂推滑移，就位落梁成橋。

綜合考慮所處環(huán)境和結構受力等因素，該施工過程共布置9組18個臨時墩。其中，河中布置L8、L9兩組臨時墩，加上位于主線承臺PM17外側的臨時墩L7，這3組臨時墩采用樁基礎，岸上的L1～L6臨時墩采用擴大基礎。支架具體高度，根據(jù)橋面鋼結構和拼裝地面基礎之間高度而定。每座支架立柱均由4根800×14～16 mm鋼管和其它200～300×10 mm鋼管、20～30 mm厚鋼板組成支架格構、方箱梁墊和頂推托架結構，見圖2、圖3。

圖2　頂推總體立面布置圖（單位：mm）

圖3　頂推總體平面布置圖（單位：mm）

由于在黃河中設置有L8、L9兩組4個臨時頂推墩，每個頂推墩均由鉆孔灌注樁基礎及鋼管格構柱組成。因此需先搭設施工棧橋，以便進行水中鉆孔灌注樁的施工。

由于臨時墩承受水平載荷的能力有限，只能采用多點分散頂推方法，在每個臨時墩和臨時墩上布置頂推設備，這樣頂推反作用力與摩擦力相互抵消，在正常運行時，臨時墩所受水平載荷很小。

根據(jù)蘭州深安黃河大橋施工特點，設計了一套頂推設備，集頂升、平移、橫向調整于一體，實現(xiàn)橋體的豎向、順橋向、橫橋向的移動或調整，從而保證橋體的坡度、全橋線型。該套頂推設備主要由一套帶頂升油缸、頂推油缸、橫向調整油缸的機械結構系統(tǒng)，利用液壓泵站的驅動來實現(xiàn)頂推。

該方案利用“頂”“推”的兩個步驟交替進行，先將整體鋼箱橋面托起；向前推送；之后將橋體置于臨時墩上；頂推油缸縮缸到底，繼續(xù)實現(xiàn)下一個循環(huán)。通過往復頂推步驟的循環(huán)，最終將主橋送到預定的位置。

優(yōu)缺點：

（1）因為摩擦全部是在頂推裝置內部進行的，臨時墩不受水平載荷；

（2）頂推裝置分布在各臨時墩上，形成多點推進，保證了箱梁的前進方向；

（3）即便有少量偏斜，通過兩側支撐油缸也可以做靈活的糾偏工作；

（4）橫向調整油缸保證橋體水平移動，不會產生偏移；

（5）整套設備集頂升、平移、橫向調整于一體，成本低。

綜合比較，我們采取多點分散頂推方式，來實現(xiàn)蘭州深安黃河大橋主橋滑移施工。

該頂推機械結構的頂升油缸安裝于下部結構內，支撐面在臨時墩上，下部結構和上部結構之間通過安裝聚四氟乙烯板和不銹鋼板進行滑動，滑動時頂升油缸和下部結構相對于臨時墩不動，見圖4。

圖4　頂推機械結構示意圖

6　結語

步履式橋梁頂推法施工技術是大跨度橋梁施工的一種先進施工方法，用相對較少的資源投入，取得了較大的經濟、社會、環(huán)境效益，為今后橋梁工程的施工，提供了很好的示范價值和可靠的實踐依據(jù)。

U445.4

B

1009-7716（2016）04-0129-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.04.040

2016-01-05

俞國際（1973-），男，浙江寧波人，高級工程師，從事大型跨江橋梁工程施工技術管理工作。