小曲線鋼梁頂推施工技術

李鑫

結合公司承擔的大廣擴能項目跨上猶江（40+75+40）m鋼梁頂推施工現場情況，主要從臨時支撐結構設計及拼裝設備選型、頂推作業、施工控制注意事項等方面加以闡述，對后續的臨時結構設計、頂推施工控制均有較好的指導作用。

一、前言

現階段上跨江海及既有交通或建筑物的橋梁施工方法多種多樣，但在水文地質條件復雜，紅線外無可利用施工區域，地面起伏差異大；設計為鋼梁或鋼混結合梁的橋跨施工中，采用頂推或拖拉的工藝已經比較普遍，但在復雜地形條件的臨時結構設置，頂推工藝選取，平豎曲線上的調整糾偏等方面存在一定的研究價值。

二、工程概況

江西大廣高速擴容工程A3標段位于贛州市，采用（40+75+40）m鋼混組合梁結構跨越上猶江。全橋主材為Q345D,主梁高3.75m，橋面寬33.50m，全截面由兩片槽型鋼梁組成，槽型鋼梁通過橫向聯系鋼板連接，各箱梁中心距8.25m，橫坡4%，板厚變化較多，橋跨位于R-1600m的平曲線上，縱向坡度4%，跨中處為變坡點；鋼梁結構單幅自重1204.0t，雙幅全重2408.0t。橋位處上猶江河道狹窄（寬度60m），兩岸陡峭，河流湍急，水深8m，河床裸露，基巖為花崗巖，橋下凈空26m。大里程段為5Km的山嶺高挖方，小里程側地面起伏大，場地平整和材料運輸較為不便，擬采取頂推工法施工。在鋼梁的小里程段丘嶺頂部平整作為拼裝頂推作業場所，引型鋼棧橋跨上猶江溝通兩岸；于江心跨中處設臨時支墩，根據鋼梁分節情況于兩岸分別設頂推支架、接收支架。總體平面布置如圖1所示。

圖1 鋼梁拼裝頂推平面圖 (單位：m)

三、總體施工工藝

選用臨時支撐法+循環步履頂推法進行安裝。根據結構分段的安裝位置，設置剛性臨時拼裝支架P1及頂推支架D1，邊跨設置頂推支架D2，中跨跨中設置Z1頂推支架，在拼裝場地按照設計立面線形及平面線形分四輪進行總裝，然后設置前導梁，使用循環三維頂推設備分4次頂推至設計位，現場安裝時，左右幅分開頂推安裝。

四、臨時結構及頂推設施

根據作用和位置的不同，需設置不同類型支架，主要支架類型分為拼裝支架P1型、頂推支架D1/D2型，臨時支墩支架Z1型等。

1.拼裝支架（P1）

臨時支架共設5處，結構由橫梁（分配梁）及臨時支架組成，橫梁（分配梁）采用熱軋H型鋼HM440×300×11×18制作，H型鋼腹板每隔1m布置一道筋板，臨時支架采用φ273×8mm鋼管，中間橫、斜撐采用角鋼L63×63×5連接成整體，主要用于常規梁段支撐。支架基礎采用（400×200×50）cm的C25混凝土條形擴大基礎，支架底部與混凝土連接部位采用預埋40×40×1.6cm鋼板焊接連接。

2.頂推平臺支架（D1/D2）

本橋頂推工作平臺共設置6處，采用2個格構柱形式連接成整體的拼裝胎架，基礎與P1支架基礎相同。格構柱截面的規格為2000mm（寬）×2500mm（長），由φ630×8mm的鋼管通過槽鋼[20a連接而成的鋼支墩，頂推頂上部設置雙排HN700×300×13×24作為分配梁。D1支架頂部橫橋向采用雙H588×300×12×20型鋼與鋼管焊接，頂推設備下方墊梁為3排H588×300×12×20型鋼與橫梁進行焊接固定。D2支架頂部雙排HN700×300×13×24橫橋向采用3H588×300×12×20型鋼與鋼管焊接，頂推設備下方墊梁為3排H588×300×12×20型鋼與橫梁進行焊接固定。

3.跨中支墩（Z1）

跨中支墩位于上猶江中，采用樁柱式結構，分左右兩幅獨立布置。樁柱采用φ1200×16圓鋼管，單幅縱向雙排布置，每排3根，縱向樁中心距4.0m，橫向樁中心距5.5m。管樁按摩擦樁設計，樁長16m，在河床入強風化巖層9m，管樁中灌注水下C30混凝土。施工水位以上鋼管柱之間設置縱、橫向連接系，連接系采用Ф426×10圓鋼管，焊接連接。柱頂設置橫梁、縱梁及分配梁體系，頂面鋪設花紋鋼板。橫梁、縱梁及分配梁采用加勁H型鋼和工字鋼。墩頂平臺橫向寬16.6m，縱向寬6m。所有鋼材均采用Q235B材質。施工時通過搭設的棧橋及作業平臺完成樁基及結構安全工作。

4.頂推設施

根據鋼梁的結構形式，并結合頂推施工的特點，鋼梁頂推系統主要分為頂推輔助結構措施和頂推設備兩大類，其中頂推輔助結構措施細分為：頂推工作平臺體系、臨時支墩體系、導梁三個部分。

（1）導梁

根據施工現場條件，頂推用臨時支墩縱橋向最大間距達45米，因此，鋼梁前端需設置導梁。本工程采用29m長的變截面工字型導梁,由與鋼梁連接處向端部逐漸減小，導梁與鋼梁連接處設有兩組縱梁（H700×300），其結構外形尺寸與箱梁保持一致，導梁根部通過橫向連接系統腹板進行焊接，兩組縱梁間通過橫梁連接形成整體。為便于導梁通過臨時支墩，導梁的兩組縱梁端部設計成臺階狀，以利于過墩時起頂。

（2）三維步履千斤頂

鋼梁頂推采用智能三維千斤頂調整系統，根據頂推用臨時支墩數量，全橋共計投入12個超高壓液壓三維千斤頂。頂推設備負責鋼梁的豎向起頂、縱向推移，同時自帶有頂推施工時的橫向限位功能。頂推設備所承受的力可以計算出單個最大重力為4660KN，約466噸,千斤頂頂升力466噸，實際選用600噸智能三維頂推千斤頂，其結構形式及技術參數如圖2所示。

圖2 頂推作業示意圖（頂升過程）

頂推工作原理是豎向千斤頂頂升鋼梁，水平千斤頂推動前移，落梁后擱置于調節墊塊上，千斤頂回油完成一個行程的頂推工作（單行程100mm×10min），頂推過程中是一個自平衡的動作過程。其操作步驟如下：

步驟一（頂升）：開啟頂升油缸，頂升鋼梁上升，直至鋼梁脫離臨時支撐墊塊。

步驟二（平推）：開啟頂推油缸，鋼梁與上部滑移結構整體前移，直至完成一個行程。

步驟三（下降）：開啟頂升油缸回縮，鋼梁與上部滑移結構下降，落在臨時支撐墊塊上，油缸脫離鋼梁。

步驟四（回縮）：開啟頂推油缸，帶動上部滑移結構回位至初始位置，并開始下一個行程。

五、吊裝設備選型

1.吊車選型

根據設計，最重節段為E節段，重56.7t，本工況為最不利工況。采用130t履帶吊吊裝，吊車工作半徑為9m（吊鉤及鋼絲繩計1噸），查130t吊車起重性能表：主臂全長22m，工作半徑9m時,額定起重量74，最大節段重量57噸，吊具及其他1噸，安全系數為：

2.鋼絲繩及卸扣選型

根據起吊重量選擇相對應的鋼絲繩、卸扣和吊耳。節段吊裝選用四繩起吊方式，節段吊點采用對稱布置，與鋼絲繩水平夾角≥60°。將起吊重量分為吊重≤40t鋼梁、吊重40～60t鋼梁兩種。經過驗算，主要選型如表1，驗算過程略。

表1 吊索具選型表

六、頂推安裝作業

1.頂推步驟

（1）施工準備，支架及頂推千斤頂安裝；

（2）利用130t履帶吊吊裝19號梁段A類梁，梁重36.5t； 吊裝14-18號梁段，其中最重為E類梁，梁重57噸；檢查驗收后安裝導梁；

（3）頂推前進36米，此D2達到頂推過程的極限受力狀態；繼續前進5米，調整縱向及平面線型，落于臨時支撐墊塊上固定；

（4）吊裝8-13號梁段，其中最重為I類梁，梁重30噸，焊接及無損檢測完成；前進41米；

（5）吊裝3-7號梁段，焊接及無損檢測完成；前進5米，跨中支架Z1達到頂推受力極限狀態，再前進15米；

（6）吊裝1-2號梁段，前進8米，切除第一段導梁；再前進9米，切除第二段導梁；最后前進28米，達到設計平面位置，橫向位置調節。

（7）逐步落梁，調整鋼梁立面線型，落梁至設計位置，完成體系轉換并固定牢固，拆除支架。

2.頂推過程控制

頂推系統使用前應按照操作流程進行調試與試驗，千斤頂、油表使用之前進行標定；根據工況，頂推總水平力按重量的5%，并與油壓表相驗證；頂推施工過程中對步履頂設備的縱向荷載和頂推荷載實時監控和記錄，嚴禁頂推點豎向荷載超設計荷載；每次頂推，必須對頂推的鋼梁中線進行測量；頂推時主控臺通過調整比例閥的流量，控制頂推千斤頂的統一動作和保證所有頂推千斤頂每行程的同步（（各排千斤頂精度在5mm內，同排千斤頂精度在1mm內））；本工程中安全不同步值取15mm，調節不同步值取10mm，即頂推點不同步值超出10mm時，停止作業，排查障礙后啟動系統單點單動，直至不同步值在10mm后恢復頂推。

頂推到最后梁段時要特別注意梁段是否到達設計位置，最后一次頂推采用點動小行程。

3.頂推糾偏

本鋼梁位于半徑2600m的圓弧上，利用設置在每節段的首、尾兩個控制點進行監測，每頂推300cm需逐一測量鋼梁中心與滑移軌跡偏移情況，當相鄰控制點相對軌跡偏移達5cm以上時，需要進行糾偏處理。鋼梁的糾偏通過移橋器側移油缸頂推實施，糾偏距離需綜合考慮首、尾控制點偏移情況，糾偏時各移橋器同時進行糾偏，不過各自偏移距離依據兩線形差異而定。

4.卸載落梁

卸載采用整體式卸載，卸載前需設置測量觀測人員、梁體監測人員、指揮人員等。

（1）卸載前需要完成全橋焊接并檢測合格，線形測量準確無誤；

（2）鋼箱梁頂推到位并預先安裝各橋墩支座及其上斜墊板。落梁高度控制在300mm范圍內；

（3）卸載步驟：①千斤頂上端安放鋼墊塊（2層×150mm），頂升千斤頂,安放換頂設施N2→②千斤頂頂升至梁體與N2脫離，切割N2上部150mm，安放墊板（20mm厚）→千斤頂回降至N2承載，拆除一層墊塊→重復頂升、切割N2、拆除下層墊塊→按50mm分級，重復切割N2，至鋼箱梁著落于斜墊板上方，精確調整梁體定位→頂推設施撤除。

七、注意事項

（1）鋼梁構件在運輸、倒運、安裝過程中，應采取合理保護措施，布設合理吊點，局部加強措施等，來減小自重變形，防止給安裝帶來不便；

（2）鋼梁現場安裝臨時支架的平面位置及調結構高度均按照設計線形增加施工預拱度；

（3）防護平臺應做好穩定性檢查，焊接合格后方可使用；

（4）吊裝作業吊車作業參數需要嚴格按照設計執行，并應核實地基承載力；嚴格指揮、必須確認周邊條件滿足吊裝要求時方可作業；

（5）頂推過程中應派專人檢查導梁及鋼梁變形和監測頂推力變化，如出現變形、開裂、頂力突變超限等情況，應立即停止頂推，查明原因，采取措施后方可恢復頂推；

（6）支架搭拆及頂推過程必須進行安全技術交底，設置必要的臨邊防護，并應統一的指揮系統；

（7）臨時支撐墊塊、導梁等應力較集中部位，需要加強焊接質量，防止焊接不良導致出現撕裂，發生危險；

（8）臨時支墩、拼裝平臺、導梁及鋼梁結構，在使用中需要對變形、沉降、焊縫等加強檢查監測；

（9）工人作業時需正確佩戴安全帶、救生衣、防滑鞋等水上、高空作業的個人防護用具。

八、結語

鋼梁的就位安裝采取的頂推施工的方法較多，但均與鋼梁體量及周圍條件密不可分；針對本工程兩岸陡峭、河流湍急、全線半徑小等條件，采用江中設臨時支墩、其他設頂推支架作為拼裝頂推平臺，設型鋼導梁、三維步履式千斤頂同步頂推糾偏的工藝，提高了施工的可靠性，降低了安拆難度和安全風險，最大程度規避了地形限制，減少了工程量，縮短施工時間，壓縮了工程成本。本文中對于臨時支撐及頂推工藝的介紹和應用，對于提高公司施工類似工程具有一定參考價值。