頂推工藝在下承式梁拱組合橋施工中的應用

郁龍清

（深圳市南山區建筑工務署，廣東 深圳518052）

1 概 述

近年來，隨著現代城市景觀設計的發展，城市橋梁越來越重視藝術化、特色化。梁拱組合橋梁建成后，具有中國傳統拱橋的外觀特征，融傳統文化精華與現代美學精神為一體,極富魅力。因此，越來越受到廣大工程師重視。

某項目橋梁工程跨越河流，該河為流域內唯一的河流，河道長、河面寬，是區域內重要的防洪、景觀工程。項目橋梁與河堤平交，橋梁結構體系為1跨62 m 下承式簡支梁拱組合橋，橋梁斜交角30°。橋面全寬22 m，橫向布置為4 m（人行道）+1.5 m（緊急停車帶）+3.75 m（機動車道）+3.5 m（索區）+3.75 m（機動車道）+1.5 m（緊急停車帶）+4 m（人行道）=全寬22 m。主梁為等截面鋼箱梁，單箱五室，頂板寬22.0 m，底板寬16.0 m，懸臂翼緣寬3.0 m，道路設計中線處梁高1.4 m，底板水平，頂板雙向1.5%橫坡，橋面橫坡由鋼箱梁腹板高度進行調整。拱肋由雙拱組成，雙肢拱肋繞拱腳向外旋轉15°，在拱梁結合處匯合為單肢拱肋即拱腳。拱軸線為二次拋物線，矢高12.2 m，計算跨徑61 m，矢跨比為1/5，拱腳截面為2.0×0.8 m 矩形，雙肢拱肋截面為2-0.8 m×0.8 m，雙拱間設置5 道橫梁。吊桿16對，順橋向間距3.0 m，邊吊桿與次邊吊桿為2 根，梁拱連接；剩余吊桿由3 根呈Y 型布置。吊桿長度約2.7～5.5 m。吊桿與拱肋、鋼梁及連接板均采用耳板銷鉸式錨固。

根據以往工程實踐經驗：對于簡支梁拱組合梁橋，常用的施工方案有：少支架現場拼裝法、滿堂支架施工法，均需在河道中布置臨時支墩。本項目橋梁跨越河道為區域內的“母親河”，河道管理部門要求橋梁施工期間不得在河道中布置臨時支墩。結合場地周邊限制條件，經多方案反復比選后，施工方案確定采用頂推法。

2 頂推施工方案設計

2.1 總體方案

頂推法施工可采用鋼箱梁裸梁頂推或梁拱組合后整體頂推。當采用裸梁頂推法施工時，在裸梁就位后,在梁體上布置臨時墩，拼裝拱肋。受設計洪水位及橋梁兩側銜接道路限制，主梁結構高度最大僅為1.4 m，裸梁頂推就位后，主梁的應力、變形均超過規范允許值。因此采用梁拱組合后整體頂推。

2.2 導梁方案

在頂推架梁時，為保證梁在移動時的縱向抗傾覆穩定性，同時減少梁的懸伸長度從而降低梁應力，在梁的前端加拼的一段導梁。本項目導梁設計長度45 m，為頂推跨徑的0.725 倍。

頂推過程中傾覆力矩最大的工況為導梁最大懸臂狀態，該工況下最易發生傾覆，見圖1。

圖1 抗傾覆計算簡圖（單位：mm）

G1 為單層導梁自重，G2 為桁架導梁自重，G3 為鋼箱梁懸挑段自重，G4 為鋼箱梁在支撐架上的重量。

G1=500 kN，G2=800 kN，G3=2250 kN，G4=7050 kN，

抗傾覆驗算如下：

傾覆彎矩M傾=500×47.5+800×25+2250×7.5=60625 kN·m

抗傾覆彎矩M抗=7050×23.45=165322.5 kN·m

M抗/M傾=165322.5/60625=2.73，抗傾覆滿足要求。

2.3 臨時支撐措施

頂推過程中，主梁臨時支點隨施工過程不斷變化，梁、拱間連接構件受力也不斷變化。吊桿為柔性構件，只承受拉力，不能承受施工過程中可能出現的壓力。因此，頂推過程中需設置剛性臨時梁拱支撐，支撐結構采用DN630×12 mmQ345 鋼管，共設10對臨時支撐架（見圖2）。

圖2 梁拱臨時支撐現場照片

另外，為保證鋼箱梁在頂推滑移過程中的局部承壓安全性，對頂推位置的鋼箱梁腹板加厚，并增加加勁肋板進行加固。

2.4 頂推設備

頂推核心設備為步履式頂推設備，該設備是一種自平衡的頂推設備，不會對下部支架產生水平推力，通過組合千斤頂來實現上部結構的頂升、水平移位及側向糾偏等動作。

步履式頂推設備的工作原理是豎向頂升油缸頂起主梁，水平頂推油缸完成向前推移，落梁后擱置于臨時支墩上，千斤頂回油完成一個行程的頂推工作。

2.5 頂推施工驗算

采用Midas 和SAP2000 兩款有限元分析軟件對鋼箱梁及導梁進行施工階段計算。按照頂推施工步驟，每頂進5 m 劃分一個施工階段，整個施工過程（包含前導梁安拆，支撐體系轉化等）分為20 個施工階段。

根據計算：導梁最大正應力170 MPa；導梁最大豎向位移為0.246 m，發生在最大懸臂狀態；施工過程中梁體最大應力出現在梁與導梁相交的部分，局部應力為219 MPa。計算結果滿足規范要求，證明頂推施工中采用的導梁、梁拱臨時支撐方案合理。

2.6 頂推設備選用

根據表1 結果，可計算出頂推系統主要技術參數，其中水平千斤頂根據滑道摩擦系數及最大支點反力確定。全橋共計投入13 套頂推設備，布置在臨時支撐架的中心位置，負責鋼箱梁的起頂、縱向推移以及側向調整。

表1 各工況下支點反力表 單位：kN

頂推設備型號參數：

（1）額定頂升能力：4750 kN。

（2）頂升行程：200 mm。

（3）額定推移能力：1000 kN。

（4）推移行程：1000 mm。

（5）主結構外形尺寸：長3 m×寬0.7 m×高1.5 m。

（6）水平糾偏能力（±30 mm）。

（7）泵站配置：1 套泵站驅動6 套頂推設備。泵站額定壓力：25 MPa。泵站控制方式：變頻。泵站功率：60 kW。

3 頂推施工主要控制要點及措施

3.1 軸線控制

在鋼箱梁頂推過程中，包括鋼箱梁兩側頂推不同步在內的多種因素可能會造成橋梁軸線偏離理論位置，影響橋梁的水平線形。因此，為了控制鋼箱梁在頂推過程中的軸線始終處于允許范圍，導向糾偏十分重要。

在施工過程要保證頂推同步，頂推千斤頂施力分辨率要高，以保證各墩及墩兩側頂推點上施力大小一致。頂推過程中要對橋梁軸線偏位進行實時觀測，如發現有過大偏差，可通過調整頂推設備的側向調整液壓缸等措施實現糾偏。

3.2 同步頂推保證措施

在頂推過程中雖然不能保證摩擦力完全一致，但可通過千斤頂的同步來保證頂推力的一致以減小結構偏轉的不利情況發生。

當頂升千斤活塞伸出將主梁頂起后，頂推千斤活塞伸出將梁頂推前移，此過程需進行位移同步控制、壓力均衡控制、橫向調節控制。主控臺除了控制所有頂推千斤頂的統一動作之外，還必須保證所有頂推千斤頂每行程的同步。

其控制策略為：同一支撐架上的水平頂推千斤頂中以其中一臺頂為主動點，以一定速度伸缸，其余水平頂為隨動點并與其比較，每臺頂與其的位移量差控制在設定值以內，若某臺頂伸缸較快，則減小相應的比例閥的流量，反之，則增大相應比例閥的流量。

不同支撐架上水平頂推千斤頂的同步控制方式為：以某一支撐架上的其中一臺頂為主動點，其余支撐架的同一軸線上的頂與之比較，若某臺頂伸缸較快，則減小相應的比例閥的流量，反之，則增大相應比例閥的流量，從而實現所有水平頂推頂的同步。

同步精度控制：各支撐架之間控制在5 mm 之內，同支撐架兩側控制在1 mm 之內。頂推千斤頂縮缸則無需同步控制。

3.3 糾偏措施

鋼箱梁頂進時，測量人員要利用全站儀跟蹤監測各墩的偏位及梁體中心線位置。當中心線偏移時，應及時調整，以保證各墩頂的偏位均在要求范圍之內。若需要側向調整，則啟動側移液壓缸，側推滑移塊，將鋼箱梁的水平位置調整到允許范圍內，實現糾偏功能。

必須注意的是，糾偏一定要在頂推過程中進行，不得在靜止中進行。臨時墩頂的水平位移觀測非常重要，必須做到從施力開始到梁體開始移動連續觀測，一旦位移過大或者鋼箱梁出現“爬行" 現象，則應立即暫停，重新調整各頂升點的荷載分布。

3.4 累計誤差的控制

在鋼箱梁平移過程中，主控臺通過計算每個受力點水平頂推千斤頂移動的總位移，并用最大位移量減去最小位移量得出累計誤差，若累計誤差超出要求時則停止“自動”模式進入“手動”模式，單獨調節某一側油缸動作以糾正誤差。若通過全站儀監測到累計誤差超出要求時亦停止“自動”模式進入“手動”模式，單獨調節某一側油缸動作以糾正誤差。

4 結 語

本項目橋梁采用下承式梁拱組合結構, 拱肋設于中間, 很好地解決了橋面布置及梁體線形美觀的問題。施工中采用頂推工藝，施工中不占用河道，滿足了河道管理部門的要求。施工中通過設置10 對臨時支撐結構，保證在頂推過程中結構的內力、變形滿足相關規范要求。

本項目頂推重量達10600 kN，采用多點頂推方式，在每個支撐架上均設置滑動裝置和頂推裝置，將集中的頂推力分散到各個支撐架上，避免配置大型頂推設備，也能有效地控制頂推時梁體的偏移，同時，頂推時對橋梁下部結構的水平推力非常小，除在下部結構上設置預埋件安裝頂推設備外，不需要對下部結構進行其他的加固處理。