跨中無輔助墩鋼箱梁頂推施工技術在浦儀公路中的應用

劉國昌

(南京市公共工程建設中心，江蘇 南京 210019)

1 工程概況

浦儀公路八卦洲樞紐主線左、右幅以及B、C、D、E匝道跨線橋采用等截面鋼箱梁上跨寧洛高速，其中主線為單箱三室結構，單幅箱梁全寬16.4 m，梁高2.3 m，跨徑(32+52+32)m，匝道為單箱雙室結構，B、C、D、E匝道跨徑分別為(28+45+28)m、(35+45+38)m、(31.5+52+31.5)m、(30+52+30)m，鋼箱梁總重4 821.5 t。寧洛高速交通量大，無法封閉施工，高速兩側場地充足，為最大限度減小對既有高速通行影響，本項目采用跨中不設臨時墩的頂推法施工，頂推段鋼箱梁在寧洛高速北側拼裝就位，安裝導梁并通過頂推裝置施工至設計位置，最后原位拼裝剩余鋼箱梁。

鋼箱梁制作采用場內加工并陸運至現場，結合設計圖紙和公路運輸限制，工廠制作時將鋼箱梁進行劃分，節段長度控制在20 m以內，橫向寬度控制在4.5 m以內，單個塊體重量控制在50 t以內。

2 施工方案

主線鋼箱梁圓曲率較大，近似直線，采取楔進式頂推方式；匝道鋼箱梁由于曲率半徑較小，頂推過程中需不斷調整鋼箱梁位置，故采用步履式頂推。步履式頂推由于設備自身豎向調整高度為300 mm，而匝道縱向高程相差較多，本工程設計了可以調整豎向高度的支架，支架頂層設置調整梁。

為減少頂推段重量和頂推距離，本工程每聯鋼箱梁選擇中跨3個節段及相鄰2個節段利用履帶吊在支架上拼裝成整體后進行頂推，由于需要安裝導梁及受場地限制，第一輪將4個節段及導梁拼裝完成后先進行一次頂推，然后將第5個節段接上，而后整體頂推就位，頂推到位后拆除導梁，最后將剩余節段安裝到位。鋼箱梁吊裝按照分段吊裝，整體頂推的原則，先進行中跨鋼梁頂推，后進行兩側邊跨鋼梁吊裝。

施工前設計對鋼箱梁頂推工況進行受力分析計算，提出中腹板每250 mm設豎向加勁肋，當隔板間距大于2 m時在隔板中間設置豎向加勁肋的加固設計，通過對鋼箱梁局部加強，確保了頂推過程中鋼箱梁的受力和變形在容許范圍內。

3 頂推施工步驟(以主線鋼箱梁為例)

(1)場地硬化，搭設拼裝支架；

(2)鋪設滑道，安裝滑靴；

(3)吊裝JD3-JD6節段各塊體；

(4)安裝導梁和頂推設備；

(5)進行第一輪頂推，直至導梁完全懸空；

(6)暫停頂推，吊裝JD7塊體，同時完成JD4-JD7對應護欄安裝；

(7)頂推段鋼梁全部安裝完成，再次進行頂推，直至導梁落在對面預設的滑靴上；

(8)繼續頂推，前端導梁向前推進，后端滑靴落空后及時替換，并增加前端導梁滑靴；

(9)繼續頂推，第一節導梁頂出滑道，拆除第一節導梁，第二節導梁頂出滑道后拆除第二節導梁；

(10)繼續頂推，鋼箱梁梁體抵達對面滑道后，拆除全部導梁并繼續頂推，直至到達設計位置，拆除滑道，落梁；

(11)吊裝剩余鋼箱梁節段。

4 頂推方案設計

4.1 頂推支架及平臺

鋼箱梁支架采用C30鋼筋混凝土擴大基礎，其上設478×8鋼管作立柱，立柱間通過L100×10角鋼連接，主線立柱上方設置HN700×300H型鋼橫向分配梁，分配梁上設置縱向通長雙拼HN700×300H型鋼作為滑道，匝道立柱上方安裝雙拼HN800×300H型鋼橫梁和5拼HN700×300H型鋼縱梁，橫梁與鋼立柱柱頂樁帽之間采用焊接方式連接。支架分頂推滑移支架、兼做吊裝和頂推支架、鋼梁吊裝支架。擴大基礎及支架體系都要有足夠的強度、剛度和整體穩定性。

4.2 導梁設計

導梁的作用是減小鋼箱梁懸臂長度，減小傾覆力矩，同時對鋼箱梁進行導向[1]。導梁為組合斷面工字鋼梁，長36 m，重54 t，由3段12 m組成，三段導梁分別由H900×300型鋼、H800×300型鋼、H700×300型鋼組成。導梁根部高度2 600 mm，前端梁高1 800 mm。導梁抗風計算、面外穩定性計算、焊縫計算均滿足要求。

4.3 頂推力計算

鋼箱梁在滑移過程中，頂推器所產生的推力和摩擦力F達到平衡[2]。頂推摩擦力F=鋼箱梁及導梁自重產生的豎向反力×1.05×1.2×0.1(1.05為動荷載系數，1.2為摩擦力的不均勻系數，MGE板與不銹鋼板間摩擦系數<0.05，取0.1)。本工程中滑移最大重量為800 t(含導梁和配重)，則滑移所需的最大頂推力為：F=800×1.05×1.2×0.1=105.6 t。匝道鋼箱梁及導梁總重約500 t，按四個點同時受力考慮，每個點頂升力需大于125 t。

4.4 頂推軌道、頂推裝置

主線滑道上鋪設不銹鋼板，其上采用MGE板作為滑靴。匝道鋼梁采用整體多點頂推方式，每組臨時墩上對稱布設兩套頂推裝置，按四個點同時受力考慮，考慮頂推系統可以倒換，共需6臺頂推裝置。步履式頂推設備采用三向頂推設備，即豎向、縱向、橫向均可滑移，通過電腦控制和液壓驅動來實現組合和順序動作，以滿足施工要求。

4.5 鋼箱梁吊裝拼接施工

胎架檢測合格→吊裝粗定位→依次組裝塊體→匹配件連接→精調到位→馬平塊體、節段間環縫部位→縱縫、環縫焊接→無損檢測→返修→量配嵌補段→U肋、板肋嵌補段組焊→無損檢測→頂板U肋高強螺栓連接→安裝護欄→頂推作業部位的補涂裝。主線鋼箱梁單塊體最大重量為48.2 t，匝道鋼箱梁單塊體最大重量為42 t，結合各節段吊裝重量與吊裝半徑，采用150 t履帶吊作為主要吊裝設備。150 t履帶吊采用30 m長主臂、12 m吊裝半徑，起重能力65.6 t，滿足吊裝要求。鋼箱梁節段吊裝采用4點吊裝，吊耳按設計要求布置在有隔板的頂板上。

4.6 導梁安裝

(1)導梁采用現場拼裝，使用高強螺栓連接導梁主體各個構件，拼裝完成后，對各節段拼縫進行焊接加固。

(2)整體導梁吊裝，連接轉接梁，安裝高強螺栓。

(3)焊接導梁與轉接梁拼縫，考慮兩片導梁受荷不均勻性，焊縫為等強熔透焊。

(4)導梁與鋼箱梁間采用型鋼焊接加固。施工時計算結果導梁抗風驗算及面外穩定性驗算滿足要求。

4.7 頂推支點加固

(1)主線鋼箱梁采用楔進式頂推施工，鋼箱梁滑移支點相對固定，均布置在隔板和中腹板交接處，此處結構較強，為確保結構安全，在每個支點處增設四塊500×500×20加勁板。

(2)匝道步履式頂推支點加強：匝道頂推支點隨鋼梁前進不斷變化，需要在頂推支點位置增設箱內加強。

4.8 頂推施工

楔進式頂推時，兩套頂推裝置對稱布置于鋼箱梁底部頂推工作平臺上，該頂推系統的特點：能較好的控制墩位的水平力，有效控制支點反力，但液壓驅動及電腦控制同步性要求較高，對楔塊、滑道等制作精度要求高。

頂推過程中，導梁支點和鋼箱梁支點發生變化，通過Midas建立結構模型，按照施工步驟對頂推全過程中鋼箱梁和導梁結構受力進行計算，應力驗算均滿足要求。

4.9 落梁

通過頂推設備將鋼箱梁平面位置精確調位，調位過程中保證鋼箱梁底部高出永久支座50 mm；將鋼箱梁臨時擱置在頂推設備前后的承重支座上，檢查各墩頂永久支座和鋼箱梁的位置是否準確；利用頂推設備將鋼箱梁頂高20 mm，拆除承重支座上的墊板，將鋼箱梁下放到永久支座上，施工鋼箱梁和永久支座之間的連接，完成落梁及體系轉換工序。

4.10 施工監控

為保證頂推施工安全，使成橋內力和線形符合設計要求，以及頂推施工質量能達到要求，對施工全過程進行有效的監測與控制[3]。

監控計算主要內容：(1)鋼箱梁及導梁頂推全過程受力分析及應變情況；(2)施工不利情況受力驗算；(3)施工臨時設施復核驗算。

施工監控的主要內容：(1)監測鋼箱梁各節段控制點高程，控制橋梁成橋線形；(2)監測鋼箱梁關鍵截面應力變化情況；(3)監測頂推過程中鋼箱梁主要截面溫度場變化；(4)施工期監控結構安全性。

5 頂推施工主要控制措施

(1)頂推施工平臺檢查：①地基及處理；②鋼構件結構尺寸及焊縫是否滿足設計標準；③承重支座與油缸支座底部是否同下部結構現場臨時焊接牢固，頂推千斤頂提升所墊墊塊是否與鋼管支架焊接為整體；④支架及操作平臺頂部標高是否滿足要求，避免影響支撐和平臺處墊高。

(2)頂推設備安裝及調試：①確保設備前方有足夠的行程空間，調試并檢查設備(至少使設備運行一個工作行程)，確保設備各項功能工作正常；②設備縱向中心與箱梁腹板位置相對應，確保設備和箱梁局部受力良好；③設備頂部設置橡膠墊，確保與箱梁接觸位置受力均勻和增大摩擦力；④調試電腦和液壓驅動，確保設備能同步協調動作。

(3)人員配置：①現場至少配備一名總負責人員，負責協調工作和下達指令；②每臺頂推設備配備操作人員及監測人員各一名，負責各頂推點的操作和檢查設備的受力位置和墊塊高度，同時便于協調；③施工中安排專人負責檢查導梁端部及箱梁尾部，重點核查其位置，避免因導梁的干涉導致箱梁后部頂推過多；④各頂推點安排人員調整墊塊高度。

(4)現場測量及調整：頂推過程中選擇第三方對鋼箱梁的位置進行實時監控，當偏差較大時暫停頂推，調整鋼箱梁平面位置，確保滿足要求，主要控制點如下：①箱梁橫向位置偏差不得超過30 mm；②頂推時箱梁縱向坡度按理論坡度線控制；③單行程頂推完成后箱梁落于承重支座時，箱梁底部與墩頂支座間保留一定間隙，以便調整位置；④現場測量需準確及時，當超過偏差允許范圍時立即調整，以免累積誤差較大后難以調整。

(5)設備同步性控制：頂推施工過程中應注意控制設備的同步性，以免造成各頂推點受力不均導致鋼箱梁偏離設計位置，重點關注以下幾點：①橫向頂推設備之間油壓盡量一致，各頂推設備每次工作時的行程一致，通過PID控制程序自動調節或手動調節；②頂推時保持箱梁縱向和橫向方位與設計一致，便于現場觀察和后續調整，如發生偏移，立即停止頂推并調整方位，待方位誤差滿足要求后，重新進行頂推；③應保證反力油缸受力一致，同時與鋼箱梁底部良好接觸，避免壓差較大，導致受力不均。

(6)施工過程檢查：頂推施工過程中，應加強設備及關鍵位置檢查，重點檢查：①各頂推設備使用和受力狀態是否滿足要求；②確定每個施工步驟均達到設計目標和狀態；③檢查頂推設備、反力油缸以及承重支座受力中心是否對應箱梁腹板或橫隔板，以保證梁體局部受力良好，以免箱梁造成破壞；④實時測量并及時調整頂推設備的頂升高度；⑤保持支架調節墊高處墊塊高度一致，以防梁體受力不均偏移；⑥編制施工關鍵位置標準化、規范化的檢查項目和內容，按要求檢查并做好記錄。

6 步履式多點頂推

6.1 線型控制

為確保線型準確，在頂推過程中對鋼箱梁的軸線進行跟蹤復核測量，發現偏位較大時(50 mm以上)立即停止縱向頂推，開啟千斤頂糾偏系統進行單獨糾偏的工作。

鋼箱梁頂面線型控制方法為：拼裝前預先檢查拼裝胎架預拱度是否滿足要求，并在拼裝完成后的鋼箱梁頂部標示出縱向中線，在頂推過程中，采用全站儀測放出頂推設備上方鋼箱梁的理論中軸線，將測放出的點與鋼箱梁通長標示的中心線進行比對，通過將該差值反饋至步履式頂推電控系統中進行頂推過程中鋼箱梁的軸線糾偏。在頂推施工過程中，嚴格按照第三方監控單位提供的線型控制數據進行測量控制，并配合監控單位做好頂推過程中各階段的梁段線型復測。

6.2 防傾覆措施

針對橫斷面不等高的曲線段鋼箱梁，外弧側腹板的高度比內弧側腹板高，重心偏移易發生傾覆，因此在頂推過程中需做好鋼箱梁的防傾覆控制。具體措施如下：(1)嚴格控制頂推速度，明確鋼箱梁每分鐘縱橋前行速度不超過15 cm；(2)頂推行進過程中，限定鋼箱梁的底板脫離下部支墊不超過50 mm，以降低頂推過程中的脫空高度；(3)鋼箱梁在頂推過程中，根據頂推時的最不利狀態驗算縱向最大懸挑長度，確保后方力矩遠大于前方力矩，最終縱橋向穩定；(4)當鋼箱梁頂推至擱置在橫橋向最大跨兩側的支墩處時，此時的橫向穩定性為最不利狀態。確保該階段內鋼箱梁的重心始終位于頂推點6個支點連線的內部，單個步履式千斤頂上的荷載最大值均在核載范圍內。

7 結束語

隨著近幾年我國交通工程建設的快速發展，鋼箱梁頂推法因其跨越跨徑較大、對所跨越的道路交通影響小優點，在越來越多的高速公路、城市干線、鐵路、航道等工程中得到廣泛應用，取得了良好的社會效益。但鋼箱梁頂推法施工方案較復雜，施工投入大，風險較高，專業性強，對施工技術水平和現場管控要求比較高，需在實踐中不斷總結提高，提升經濟效益，實現社會效益與經濟效益的統一。