鋼混組合梁上跨高速公路頂推法施工技術應用

王鵬

（中鐵十七局集團第一工程有限公司，山東青島 266400）

隨著國家基礎設施建設的飛速發展，橋梁工程所處的地理環境錯綜復雜，對施工工藝也有了更高的要求，在確保質量的前提下，能高效快速安全完成施工，并與周邊環境相協調是工程施工所追求的目標，本文就橋梁建設中，跨越繁忙高速公路大跨度鋼混梁頂推法施工技術應用進行研究。

1 工程背景介紹

1.1 線路位置關系

一新建大橋的第15#～18#墩之間為（42+70+42）m 鋼混組合梁上跨高速公路；線路平面位于曲線半徑R=500m 的左偏圓曲線上，橋面橫坡為3%；縱斷面位于半徑R=10500m 的凸型豎曲線上。主橋與高速公路斜交，交角為38°，如圖1 所示。

圖1 線路交叉位置關系

1.2 主梁結構形式

縱向主梁為2 根方形結構的鋼板加肋板組合，主梁中心距為7.2m，主梁高度為2.8m，采用Q355C 及Q420D 鋼材。

主梁間設端支點橫梁、中支點橫梁及普通橫梁，截面為工字型截面加肋板結構，如圖2 所示。

圖2 鋼混梁端支點橫斷面圖

2 方案比選

2.1 高速公路現狀

主橋上跨高速主線，高速為填方路基，雙向六車道，總寬34.5m，中間設3m 寬中央分隔帶，兩側設3m 寬應急車道及0.75m 寬路肩。

2.2 原設計施工方案

主橋跨高速公路上方70m 主跨原計劃采用雙門洞式支架原位吊裝方案，沿高速公路走向設置支墩，以保證半幅至少單車道通行。但是該方案存在一些難以把控的問題：①在高速公路主車道上設置門洞支墩對高速行車造成較大安全隱患。②第二車道的門洞支墩設置會導致高速行駛車輛在第二車道變道時存在不確定性（向第一或第三車道變道），極易發生交通事故。③雙門洞支墩搭設時間以及在高速上設立的時間過長（約3 個月）。因此，需對施工方案進行優化調整，如圖3、圖4 所示。

圖3 雙門洞支墩設置平面圖

圖4 雙門洞支墩設置剖面圖

2.3 頂推施工優勢

經調查研究，相比雙門洞支架原位吊裝方案，頂推法施工鋼混梁具有以下優勢。

（1）設備簡單，施工平穩，噪聲低，施工質量好。

（2）現場人員固定集中，有利于安全施工，所受的環境影響較小，只需要占據高速公路第三車道或應急車道，并提前進行隔離防護，人和車無須進入車道中間，也無須采用大型的吊裝機械，且高速公路中央不設支墩，從而減少了人和設備在道路上施工的安全隱患。

（3）便于施工管理，改善施工條件，避免高空作業及高空墜物對高速公路行車造成安全隱患。

（4）跨越高速段施工周期短、影響小，大大緩解了交通組織方面的壓力，減輕了設備管理單位、執法及養護部門的安全顧慮。

（5）采用頂推方案節省了雙門洞支架的鋼材及防護棚架面板的費用，增加了頂推費用，經測算節約12.4 萬元，具有良好的經濟性。

3 頂推工藝技術

3.1 頂推工藝

主跨采用托舉步履式頂推設備和多點同步自平衡頂推施工技術，該設備利用“頂”“推”“降”“縮”四個步驟依次進行，每個循環分四個步驟：第一步將滑塊停于起始位置，千斤頂將梁體同步頂伸；第二步水平千斤頂提供水平力克服摩擦力，梁體向前頂進一個行程0.4~0.5m；第三步豎向千斤頂回降將梁體落在支橋墩上，使梁體脫離滑塊；第四步水平千斤頂縮回至起始位置。此時，梁體已經前移0.3~0.5m，完成一個單循環頂推，依次進行下個循環直至梁體就位。在梁體前移10m 時，每0.3m 均會進行一次仿真分析，施工過程中全程仿真分析顯示各支墩理論支反力，并采用可控油壓調節支反作用力，各墩上的支反作用力更接近于仿真分析中調整后的理論支反作用力，如圖5 所示。

圖5 頂推設備

3.2 支架設置

3.2.1 支架形式

支架采用格構柱形式，立柱采用圓管D480×10，椎條采用16#槽鋼；分配梁采用雙拼I36 工字鋼，調節頂管采用φ140×10；支架基礎：高速公路上方在路面上打孔安裝高強膨脹螺栓，完工后用自流平支座砂漿填塞，以減少對高速上方的施工干擾；其他部位支架根據地基試驗資料確定條形基礎尺寸，提前預埋聯結鋼板，如圖6 所示。

圖6 格構柱支架形式

3.2.2 支架布置原則

在每個梁段聯結處均設置1 組格構式支架，靠近高速位置局部加密；普通段支墩設置與線路垂直，高速路面上支墩設置與行車方向平行，如圖7 所示。

圖7 高速路面支墩布置

3.2.3 頂推法梁體節段設計

鋼箱梁縱向、橫向分段必須符合設計和相關規范要求，橫向環縫底板與腹板為高強螺栓連接，面板為現場焊接。由于頂板、底板制作需考慮平面曲線，工廠在制造中橫向小箱梁構件及中間橫梁時，如果縱向為弧形，下料會浪費大量的材料，而且給焊接操作帶來難度。為避免這些問題，小箱梁劃分單元構件時，直線連接縱橫向分段交點，采用以直代曲的方式，使中間的小箱梁構件單元均為直線形，所有的縱向焊縫均為直線。

結合大型鋼箱梁制造的經驗，本橋鋼箱梁制造擬采用“鋼板→板單元→塊體單元（或部件）→鋼箱梁總拼→橋位連接”的方式生產，即在鋼結構車間內生產零件、構件單元及部件，在總拼場地（廠房）組焊鋼箱梁、多段連續匹配預拼裝，橋位將梁段逐節吊裝、步履頂推連接成整體。

鋼混組合梁主梁設計劃分為17 個節段，長度分別為10m、9m 及6m，根據現場實際情況對主梁節段進行優化調整，優化為8 個節段，長度分別為18m、19m 及21m。調整依據：①減少支架數量，格構式支架穩定性強，可承受較大荷載。②在設計基礎上減少主梁節段數量，增加節段長度有利于線性控制。③減少節段組裝時的焊接工作量，易于控制箱體焊接扭曲變形，如圖8 所示。

圖8 梁體節段調整

3.2.4 導梁設計

導梁是在頂推過程中的臨時構件，其主要功能：①可以降低主梁的最大懸臂長度。②可以降低主梁前端在頂推施工過程中產生的內應力。③可以增加頂推跨徑。④避免拼裝時梁體傾覆，是頂推施工過程中最為重要的臨時性裝置。

根據經驗分析有以下結論：

（1）導梁的長度與頂推跨徑比α=0.63～0.71；

（2）導梁與主梁自重集度比β=0.08～0.12；

（3）導、主梁合理剛度比 γ=0.1～0.2。

導梁長度設計長28m，頂推施工由2 列導梁及橫向聯系組成，導梁主結構為變截面鋼板，橫向間距與主梁間距一致，導梁根部與主梁截面等高2.8m，階梯變化至0.8m。兩導梁間設桁架式橫向連接，以增加其剛度及穩定性，如圖9 所示。

圖9 頂推導梁

3.2.5 頂推步序

鋼梁頂推采用托舉步履式頂推設備和多點同步自平衡頂推工藝，頂推設備具有水平、豎向及橫向三向千斤頂系統，協同完成梁體頂推、升降工作，對外產生的不平衡水平力也很小，并具有豎向調整、橫向糾偏等功能，且頂推設備無須設置縱向軌道，利用拼裝平臺設施頂推支墩即可。頂推段80m，兩端邊跨原位吊裝；簡易步序如下：

第一步：準備工作，支架、步履式設備、拼裝、導梁。

第二步：導梁向前5.7m，前端到達支架上時（高速支架）

第三步：前端懸挑36m，到達支架上導梁受力（高速支架）。

第四步：頂推到位，拆除導梁落梁。

3.2.6 頂推糾偏

步履機自成一個整體，通過電腦操控，能夠實現頂升、頂推順橋方向前移，同時還可以進行橫橋向的調整，在頂推過程中對鋼梁可隨時進行位置糾偏。梁體在頂推過程中會由于單個行程前移為直線，每個行程會偏差3mm，同時加上操控上的精度問題可能會產生位置跑偏，于是在頂推的行走過程中采用了主糾偏方法和輔助糾偏的方法來解決梁體跑偏問題。主糾偏方法主要通過微調滑塊的辦法，將滑塊在各個行程進行細微調節，從而讓鋼梁保持在走行弧形軌道上，讓梁體自行按照預定線路行走。梁體位置偏移后，可通過計算結果，適當將滑塊往反方向偏移，在后續的行程中及時糾偏過來。通過滑塊左右移動方向，滑道左右移動后，使頂推千斤頂與梁體夾角變化，從而實現糾偏，如圖10所示。

圖10 糾偏工作原理

4 結語

通過托舉步履式頂推設備和多點同步自平衡頂推施工工藝的應用，克服了在繁忙高速公路上安裝大跨度鋼混梁的難題。較常見的雙門洞支架吊裝施工工藝，頂推施工更為安全，施工效率有了大幅提高，同時也減少了對高速公路運營的影響。對于處在跨越正在運營的鐵路、公路以及其他不利施工條件下，采取常規支架吊裝施工較為困難的橋梁施工，采取頂推施工方法更為有利。希望通過該文，能為遇到類似問題的同行，在選取合適的施工方案方面提供一些參考。