自錨式懸索橋上部頂推施工技術要點

張乙彬 張君翼

摘要 以某自錨式懸索橋為依托，對該橋梁上部鋼箱梁多點連續頂推施工難點及技術要點進行了分析探討，對鋼箱梁吊運、拼接、多點頂推牽引、頂推線形控制等工藝進行了研究，還對頂推平臺、鋼導梁、臨時墩等大型臨時結構設計及施工控制進行探索。結果表明，該自錨式懸索橋全橋縱向鋼箱梁連續五段曲線線形控制效果良好，所形成的成套技術成果對于類似工程具有借鑒參考價值。

關鍵詞 自錨式;懸索橋;上部;鋼箱梁;頂推施工

中圖分類號 U448.25 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0120-03

0 引言

隨著我國鋼結構橋梁建設規模的擴大，施工技術標準越來越高，施工難度也不斷增大，常規吊裝施工已經無法適用施工作業面及施工場地狹小方面的要求。這種情況下，頂推滑移技術應運而生，該技術能克服施工條件的限制，充分利用現有條件保證大型鋼箱梁施工過程順利進行。頂推滑移施工的核心是滑移法的應用，即通過滑移作用減少裝置摩擦力，并利用鋼箱梁結構自重及慣性或其他機械實現滑移，使鋼箱梁停留在指定位置并固定安裝。該工藝充分利用力學原理，可降低常規吊裝施工難度，節省機械設備及人工資源耗用量，提升工效。

1 工程概況

某自錨式懸索橋主梁采用分離式流線型正交異形橋面板扁平鋼箱梁形式，頂底板寬度分別為2×21 m和2×15.4 m，設計寬度5 m的鋼桁梁布置在中央分隔帶內，內腹板內緣梁高3.5 m，頂板處設置2%的橫坡。鋼箱梁內增設兩道縱腹板，構成單箱三室斷面形式，采用三跨連續半漂浮支承體系，主纜錨固區鋼桁梁連續布置。該自錨式懸索橋鋼箱梁標準階段設計長度為9.0 m，主纜錨固區和塔梁支承區部分特殊梁段中B1～H梁段通過頂推法施工，需要直接將錨固端橫梁和A梁節段運輸至拼裝平臺進行現場拼裝。考慮到該橋梁結構寬度大，必須分幅進行頂推施工，沿著橫橋向各個梁段再分成三部分，兩幅鋼主梁頂推至設計位置后再將鋼橫梁焊接處理。

2 施工難點

招投標節段，綜合考慮橋梁所在流域水文條件、鋼箱梁預制場地及運輸情況、施工技術水平、工期控制、體系轉換的技術可行性、施工風險，決定對該自錨式懸索橋上部鋼箱梁結構的頂推施工實施多點連續頂推[1]。因受到河道水位、水流流速、流量及河水漲落等情況的影響，很難通過常規水路運輸鋼箱梁至設計安裝位置。經過多方論證后，最終確定通過搭設臨時施工棧橋、再轉運的方式將鋼箱梁運輸至設計吊裝區域。由于運輸過程復雜、路線長、鋼箱梁結構自重大，故運輸施工對棧橋結構穩定性要求較高，考慮到50 t的運梁平車重量和110 t的梁段自重，棧橋設計荷載不得低于160 t。該橋梁建設所在流域強涌潮河段，水文條件復雜，為向橋梁上部鋼箱梁頂推施工提供便利條件。

懸索橋上部鋼箱梁按照分幅、多點連續的頂推施工工藝進行，勢必會造成單幅鋼箱梁截面重心持續向與橋梁相鄰的道路中心線側偏斜，無形中增大了中線限位難度。為此項目組進行了可調節水平偏位橫向限位技術的研究與開發，將頂推施工期間鋼箱梁橫向線形偏差嚴格控制在5 mm以內[2]。并且鋼箱梁頂推曲線為五段連續線形設置，復雜性較大，對豎向預拱度等項目存在較大的施工控制難度。為此項目組還設計出可調底座，可較好調整支點豎向標高，并能保證軌道梁和鋼箱梁密接，為鋼箱梁頂推施工質量控制提供了保證。

3 頂推施工關鍵技術

3.1 箱梁預制

待完成預制場地開挖后，根據設計圖紙，進行1#～8#臨時墩基礎和墩身澆筑，并確保結構尺寸和預埋件安裝的準確性。

預制箱梁時必須按照60 cm的橫縱向間距搭設滿堂腳手架，為保證梁底平整度，使用了優質竹膠板底模板，并在底模板下鋪厚度5 cm的跳板，跳板下再按照60 cm×60 cm間距鋪長400 cm、寬15 cm、高12 cm的方木。為達到應對支架非彈性變形的工程目的，確保梁底平整度，還應進行支架預壓。箱梁預制前預埋導梁段和后錨裝置，在此基礎上進行箱梁鋼筋的綁扎施工以及澆筑混凝土。

9#～10#臨時墩分別位于1#、2#永久墩和2#、3#永久墩中間，9#～10#臨時墩為鋼管墩設計，主要起到支撐1#～3#墩間串聯桁架梁并控制桁架梁跨度的作用。臨時墩立柱鋼管壁厚10 mm、外徑299 mm，立柱橫橋向和縱橋向間距分別為1.5 m和4.0 m。9#～10#臨時墩均采用尺寸為5.5 m×2.5 m×2.0 m的擴大基礎，9#和10#臨時墩墩高分別為10.5 m和19.5 m。墩身采用鋼管立柱設計，以4根φ299×10 mm的鋼管為立柱。臨時墩柱腳和預埋件基礎牢固焊接，臨時墩上部則和墩身桁架梁鋼管焊接，增強結構穩定性。

3.2 施工設備選型

該橋梁應用頂推法施工的B1～H梁段單幅橋重量為4 724.5 t，結合《公路橋涵施工技術規范》（JTJ041—2020）具體要求，單幅橋梁水平千斤頂頂推力最大可達365 t，故在每個臨時墩和索塔橫梁上分別設置2臺安全系數3.6的ZLD100型自動連續頂推千斤頂。施工時，使用型號為ZLD100的具備自動持續頂推功能的泵站系統，此系統主要由與之配套設置的連續千斤頂、泵站、主控制臺和電路構成。

拼裝好的鋼箱梁底板上設置拉錨器，并預留螺栓孔，全部鋼絞線從索塔橫梁上千斤頂和鋼箱梁上拉錨器之間穿入，借助錨具錨固于拉錨器，再通過M30高強螺栓拉錨器和鋼箱梁連接;采用人工方式將鋼絞線收緊，并保證鋼絞線松緊程度完全一致，以便于頂推過程中千斤頂拉力均勻。所用鋼絞線直徑φ15.24 mm、強度等級1 860 MPa，為消除牽引期間扭轉應力的不利影響，鋼絞線按照左右旋結構設置。待結束頂推施工后，將拉錨器拆除，再通過特制螺栓填充孔洞。對于梁段數量較多的情形，為減少臨時墩所承受的水平力，必須針對鋼導梁到達并支撐的墩展開張拉牽引。在開始初始階段的頂推施工后，先通過兩組千斤頂向鋼箱梁施加頂推力，待頂推至邊跨臨時墩時再由全部千斤頂繼續向鋼箱梁結構施加頂推力，可實現多點頂推施工。

頂推施工時導梁各截面受力從根部開始逐漸減小，鋼導梁根部位于臨時墩頂時對應根部最大剪力工況，此時剪力值為1 623 kN。為應對頂推過程中鋼導梁剪力變動，應將鋼導梁第四節段從上至下上翹15 cm，便于鋼導梁和下一跨臨時墩墩頂軌道梁順利搭接。

3.3 布置臨時墩滑道

滑道應當布置在各臨時墩、頂推平臺頂和索塔橫梁處，滑道為兩條平行設計，設置間距7.9 m，并以鋼箱梁縱向隔板中心為滑道中心。30 mm厚的滑道鋼板應和墩頂預埋件滿焊連接，并將一層2 mm厚的不銹鋼板包裹在滑道鋼板外側，其上再鋪設抗壓強度至少為30 MPa的長40 cm、寬30 cm、高3 cm的四氟乙烯滑塊，滑塊和不銹鋼板之間涂抹硅脂油。頂推平臺上滑道使用三根H700×300型鋼按照69.8 m的長度通長設置;索塔橫梁及各臨時墩頂滑道則采用5.3 m長、1.2 m寬、0.916 m高的焊接式鋼箱軌道梁結構，軌道梁頂焊接表面粗糙度不超出5 μm的不銹鋼板，并在滑道進出口處分別設置圓弧段。

為確保鋼箱梁底板和滑板接觸面摩擦系數符合設計要求，應在各滑道分別配置8塊滑板材料，其中6塊為承壓滑移滑板，2塊為輪換滑塊。安裝滑道時必須嚴格按照設計頂標高進行精度控制，平整度偏差不得超出1 mm;滑道底設置豎向起頂裝置，一旦出現臨時墩沉降等緊急情況，則應將滑道臨時起頂至設計位置。

3.4 頂推系統調試

待將頂推系統安裝完成后，為保證系統穩定、安全，必須實施空載試驗，分別進行前進、停止、回退、停止等頂推操作，檢查頂推系統運行的穩定性。液壓系統空運轉往復至少五次，檢查系統是否面臨停滯、突進、沖擊等問題。應用降壓法具體進行負載試驗，并將活塞桿伸出長度嚴格控制在系統設計張拉行程的2/3以內，待將試驗壓力升高至公稱油壓后迅速關閉系統截止閥，測量此時所對應的油缸油壓壓降，將300 s內的油壓壓降值嚴格控制在1 N/m2以內。結束頂推系統調試后調節溢流閥，嚴格控制壓力的情況下進行鋼絞線穿束，穿束完成后再恢復壓力。

3.5 連續頂推施工

標準梁段在分級調壓、集中控制、差值限定的原則下，展開多點千斤頂連續頂推施工。施工時鋼箱梁放置在軌道梁上，并在聚四氟乙烯橡膠滑板增設在鋼箱梁和軌道梁之間，并在橡膠滑板下均勻涂抹硅脂油以減小摩擦;千斤頂運行后，借助拉錨器以及與之相配套的拉索等組合結構，按照設計要求施加預應力，從而在這一過程的帶動梁體向前移動。頂推平臺滑道分別設置在各節段鋼箱梁前后端;同時根據頂推線形在橡膠滑板上布設鋼楔塊，以進行鋼箱梁頂推線形位置調節。

鋼箱梁連續頂推過程中，還應結合工況支點反力進行摩擦力估算，保證估算結果和油壓表數值的匹配性。對梁體中線偏移及墩頂橫縱向位移展開觀測，以允許偏位為最大偏位，按照設計要求進行千斤頂拉力重新調整后再恢復頂推。考慮到該懸索橋臨時墩均設置水平預應力對拉索，故頂推過程中墩頂水平縱向位移并不大。

3.6 鋼箱梁線形控制

鋼箱梁頂推施工過程中必須加強線形控制，保證施工技術切實可行的基礎上還應加強過程觀測。考慮到該自錨式懸索橋單幅鋼箱梁截面重心向道路中心線側偏斜，故中線限位存在較大難度，為此項目組自主設計出水平偏位全自動調節的橫向限位技術，可將橫向線形偏差控制5 mm以內。該自錨式懸索橋鋼箱梁頂推線形復雜，屬于五段連續曲線，存在較大的施工控制難度，頂推梁段豎向預拱度最大和最小值分別為236.8 mm和?5.4 mm。為此，項目組還設計出可調節支座，以便能根據鋼箱梁頂推施工實際進行支點豎向標高的調整，在此基礎上，將兩塊橡膠墊塊增設在軌道梁兩端，通過較好地適應變形，確保軌道梁和鋼箱梁密接。

頂推施工平臺上所設置的鋼箱梁，其拼接施工過程中線形調整通常借助事先安裝于鋼箱梁和滑板之間的鋼楔結構以及橫向限位器、支墩頂豎向千斤頂、可調支座實現。

3.6.1 中線限位

考慮到該自錨式懸索橋單幅鋼箱梁截面重心向道路中心線側偏斜，故應將項目組所研制的可調偏位限位裝置設置在靠近道路中心線側的臨時墩上，橫向限位裝置中的鋼絞線和鋼結構分別抵抗鋼箱梁頂推施工期間所產生的縱向推力和橫向推力[3];滑槽內導向輪橫向限位則通過千斤頂進行調整和糾偏。為滿足限位要求，必須橫向限位裝置和臨時墩分配梁牢固焊接，導向鋼輪安裝在上部，鋼箱梁前端110 m范圍內設置中線限位裝置。

3.6.2 標高限位

考慮到該懸索橋鋼箱梁頂推線形為五段連續曲線，必須在頂推施工期間借助豎向千斤頂和可調支座調整臨時墩支承標高和反力，每次調整1～3個臨時墩位，臨時墩支承標高調整范圍嚴格控制在?70～90 mm，并保證軌道梁始終與鋼箱梁緊密貼合。為適應結構變形，將按照設計尺寸預制的橡膠墊塊墊設在軌道梁兩端。為進行標高調整，還應在單幅橋各臨時墩軌道梁兩端下方增設4臺豎向千斤頂，待將鋼箱梁豎向標高調整至設計位置后安放可調支座，并從側面抽出千斤頂。按照這種設計，由橡膠墊塊、鋼墊塊和鋼楔所組成的可調支座的調節范圍能達到?15～25 cm，設置情況具體見圖1。

3.6.3 頂推限位

該自錨式懸索橋上部鋼箱梁頂推施工時很容易發生中線偏位，必須采取有效措施加以控制。鋼箱梁拼裝好后還應及時在其前端導梁、索塔橫梁等處安裝側限，保證鋼箱梁頂推期間能沿著既定軌道前行;此后，應依次在各臨時墩上安裝側限，避免頂推施工期間鋼箱梁中線跑位。一旦在頂推施工過程中發生中線偏差，則必須在鋼箱梁頂面增設測量點，同時地面既定位置增設全站儀，隨著頂推進程進行中線偏差的跟蹤測量;同時，按照偏差值大小將中線偏差相反方向的側限放松，頂推時增大另一側側限，確保頂推過程中逐步將鋼箱梁調整到位[4]。頂推期間偏位調整屬于經常性工作，較小的偏位通過千斤頂即可糾正，而較大偏位只能暫停頂推，采取有效措施糾偏后再恢復頂推。

該自錨式鋼箱梁頂推曲線線形五段連續，故單幅橋頂推時主要通過可調支座和支點處豎向千斤頂調整臨時墩頂標高，為滿足設計頂推線形，必須將墩頂標高調整范圍控制?70～90 mm。待鋼箱梁頂推到位后，必須選擇氣溫相對穩定的環境進行一次線形復測，以防止因過大溫差及外界荷載而影響墩頂標高控制效果。

4 結論

該工程實踐表明，自錨式懸索橋上部鋼箱梁頂推施工過程中，通過變截面鋼管樁的使用、通過鋼絞線連接臨時墩以抵抗水平推力等措施的應用，既使結構安全性和使用壽命顯著提升，又節省臨時結構鋼材至少800 t，按照工程所在地鋼材市場價格換算，施工成本降低600萬元左右，工期提前15 d，帶來了顯著的經濟效益和社會效益。此外，該懸索橋鋼箱梁頂推曲線線形為五段連續，施工期間為保證軌道梁與頂推線形的適應性，有效控制鋼箱梁底板應力，軌道梁下方增設橡膠墊塊，該措施技術簡單，成本節省，頂推線形控制效果較好，值得推廣應用。

參考文獻

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[2]盧元剛. 自錨式懸索橋主索鞍座構造設計及計算分析[J]. 工程與建設， 2021（5）： 935-937.

[3]黃宗光， 羅天. 單主纜懸索橋主梁在頂推施工中的局部受力特征[J]. 公路交通技術， 2021（4）： 83-88.

[4]賴敏芝， 周偉， 羅明. 懸索橋施工期間主索鞍頂推優化方案研究[J]. 中外公路， 2021（3）： 122-125.