鋼箱梁頂推技術在路橋施工中的應用

謝宇尚

（佛山市建盈發展有限公司，廣東 佛山 528000）

0 引言

鋼箱梁頂推施工是公路橋梁鋼箱梁施工中的重要技術，通過提前拼裝與吊裝鋼箱梁，再利用頂推技術將各段鋼箱梁安裝至規定位置，可大幅度提高該環節的施工效率[1]。鋼箱梁施工中的頂推結構設計與執行效果決定著鋼箱梁的安裝質量，因此施工單位需掌握好頂推施工技術的使用要點及適用范圍，合理設計施工方案，進而保證公路橋梁鋼箱梁施工的有序進行。

1 工程概述

佛山市龍翔大橋及其引道工程項目通過龍高路、南九復線，建設新大橋順德水道，并直接接入佛山一環，在南海、高明以及禪城等多個區域之間形成一條環形的通道，選取其中龍畔互通式立體交FZ1#輔道橋第五聯中的鋼箱梁施工進行分析。

首先，該段采用40m 裝配式預應力混凝土小箱梁+68m 簡支鋼箱梁+40m 裝配式預應力小箱梁。裝配過程采用頂推設備一次推移到位，故不采用臨時墩作為支撐。

其次，從鋼箱梁搭載的實際情況來看，考慮到該段橋梁的跨度為68m，施工計劃采取上部結構為等高雙箱單室鋼箱梁進行組裝，并對鋼箱梁的使用規格參數進行嚴格規劃，部分參數設計如表1 所示。

表1 鋼箱梁參數設計（單位：mm）

最后，施工共設有五段主梁節段、三段導梁節段，導梁之間設計為栓接方式，并設置41#作為頂推點向42#方向頂推，頂推長度控制為101m。

2 鋼箱梁頂推施工難點

2.1 鋼箱梁結構設計復雜

在一些大跨度橋梁的鋼箱梁安裝施工中，由于鋼箱梁組裝的結構較為復雜，導致施工中無法精準把控鋼箱梁梁重、頂推受力、頂推高度等容易引發安裝誤差的因素，致使頂推施工技術應用受阻[2]。而在龍翔大橋的鋼箱梁頂推施工中，因結構設計復雜造成的施工難點有以下幾個方面：

首先，由于鋼箱梁的主梁線形設計復雜，在搭設支架的過程中施工人員必須根據主梁的線形變化確定支架與鋼箱梁的接觸位置及支撐點，使該工序需要花費大量時間來計算支架設計參數。

其次，鋼箱梁施工需分段進行，每一段鋼箱梁又由多個梁段拼裝組成，導致在施工過程中已經頂推完成的梁段與待拼裝的梁段需要進行高精度連接，要求施工人員精準把控頂推設備位置、垂直度及鋼箱梁頂推高程等參數。

最后，考慮到鋼材重量問題，如果頂推過程中滑道荷載能力不足，或者支點布置不合理，會導致頂推過程中軌跡出現偏移，可能導致鋼梁傾覆。

2.2 頂推操作不合理

鋼箱梁的頂推是借助頂推設備的同步控制，在自動適應標高變化的基礎上，利用設備實現平面與豎向的位移。在此過程中，如果頂推控制方法與操作不合理，會造成鋼箱梁位移困難、位移偏差等問題[3]。第一，多個頂推點設備的同步性不足，導致鋼箱梁在位移過程中支點受力不均，進而導致鋼箱梁存在與支座脫空的隱患。第二，在鋼箱梁緩慢放置到登頂支座的過程中，如果鋼箱梁頂推點的數量不足，會導致鋼箱梁支撐困難，且頂推設備在支撐收油過程中的下降速率過快會引發鋼箱梁安裝位置偏移的問題。

2.3 工況變化復雜

在鋼箱梁頂推施工過程中，施工人員需要進行多項計算和監控工作，包括施工方案的計算論證、鋼箱梁結構設計與安裝的優化、頂推線形設計，以及登頂支座和頂推支點標高參數確定等。然而，當工況發生變化時，一些施工設計需要根據臨時變更的施工方案進行實時調整，可能導致頂推施工作業無法順利進行[4]。

舉例來說，在鋼箱梁導梁吊裝期間，如果實際梁重超過施工方案中設計的導梁自重，預先計劃的頂推設備便無法按照原有要求對鋼箱梁進行位移頂推，這意味著頂推的距離和高度很可能無法與預設的軌跡相吻合，需要重新架設支架和頂推設備等施工設備，會影響鋼箱梁安裝施工的正常進行。

3 鋼箱梁頂推技術在路橋施工中的應用要點

3.1 優化頂推系統的布置設計

優化鋼箱梁頂推系統的布置設計可以提高其在頂推施工中的適配度，從而優化鋼箱梁的最終組裝和連接效果。因此，在施工設計的早期階段，施工單位應對頂推系統的布置進行測試和檢驗，以避免施工過程中出現施工變更或圖紙施工不可行的問題。以龍翔大橋的頂推系統布置方法為例進行說明。

第一，由于該橋段的跨度為68m，因此頂推施工中不采取臨時墩支設的方式輔助施工。施工單位預先準備了步履式頂推設備、導梁、臨時支架和拱架等施工構件，并采用一跨頂推到位的頂推施工方法，極大地提高了頂推作業的施工效率。

第二，施工單位在完善頂推系統結構設計的基礎上，利用計算模型判斷系統結構在各種工況下的受力情況是否合理。只有在各結構受力穩定之后才能正式進行頂推作業。例如，在主鋼梁的模型設計計算中，施工單位確定了主鋼梁的最大組合應力為240MPa，最大剪應力為120MPa。其中采用的部分計算公式如式（1）所示（主鋼梁組合應力計算）。利用關鍵的結構設計計算來驗證鋼箱梁頂推模型的設計是否合理，可以防止設計遺漏導致施工方案變更的情況，從而確保鋼箱梁施工順利進行。

式（1）中：σc表示主鋼梁最大組合應力；σb表示彎曲應力；V表示剪力；Q表示梁截面中心至切線的距離；A表示梁截面面積；b表示梁截面寬度。

3.2 鋼箱梁吊裝施工要點

首先，在該項目吊裝條件的控制方面，施工單位先對施工區域內的土地進行硬化處理，確保其符合《公路工程地質勘察規范》（JTG C20—2011）的質量要求。根據鋼箱梁頂推施工需求，建設臨時平臺和滑軌，以輔助頂推作業的實施，吊裝前施工條件。

其次，在吊裝順序控制方面，采用主臂長度為32m、作業半徑為25m、起重極限值為40t 的吊裝設備，逐一吊裝鋼箱梁的各個段落。吊裝順序為“左側第二段吊裝—中間段吊裝—兩側懸臂段吊裝”，在各段焊接完成之后正式銜接頂推滑移施工，這樣的吊裝順序能夠有效防止吊裝期間鋼箱梁出現偏移。同時，以導梁為基準點，能夠嚴格控制各吊裝點的位置關系。

最后，在吊裝位移和高差控制方面，施工單位使用檢測儀全程監控梁段中線位置，確保各段中線位置的偏移量控制在50mm 以內，高差控制在20mm 以內。對于存在超標偏差的鋼箱梁進行糾偏處理，然后重新進行吊裝并銜接頂推施工。

3.3 鋼箱梁頂推要點

在龍翔大橋鋼箱梁頂推施工中，施工人員采取了以下控制措施：

第一，在空載試運行中，調整頂推參數，觀察控制系統的響應情況以及頂推軌跡是否合理。在此過程中，控制鋼箱梁頂推平移450mm、垂直位移180mm，最終測算得出頂推的同步誤差能夠控制在2mm 以內，表明頂推系統正常運行，沒有異常情況。

第二，在頂推糾偏方面，采用專業的糾偏檢測裝置分析鋼箱梁頂推過程中的軸線是否存在偏移情況，并根據實際的檢測結果制訂糾偏措施。在龍翔大橋施工案例中，采用八套頂推設備同步施工的方式控制頂推位移，并在墩頂支座安裝1～2 個檢測軸線開關，安裝效果如圖1 所示。如果在鋼箱梁頂推平移過程中，檢測軸線開關未能識別到鋼箱梁截面，則表示頂推偏差超出標準，此時應當采取“回推+檢查+繼續頂推”的方式進行橫向糾偏，以提高鋼箱梁頂推施工精度。

圖1 控制頂推位移監測

3.4 頂推質量評估與檢測

逐一完成鋼箱梁頂推施工后，施工單位需針對已推進并組裝完成的鋼箱梁質量進行評估，確保質量達標再進行后續施工工序。而龍翔大橋的鋼箱梁頂推施工中，施工單位主要圍繞鋼箱梁偏移情況、垂直度、梁體連接穩定性、焊縫質量及表面缺陷等進行檢查，這些檢查方法適用于各類路橋鋼箱梁頂推施工的質量評估。以案例中的梁體連接穩定性檢查為例，施工人員采用扭矩扳手及其他工具對連接點的螺栓進行緊固力檢查，確認檢查結果符合《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650—2020）標準要求，且未發現螺栓緊固力低于標準的連接點。此外，檢驗中采用的靜載試驗法有顯著的應用價值，該檢驗方法能夠利用應變片、力傳感器等測量設備測算得出鋼箱梁連接點的應力圖像，從而判定連接點的受力狀態及實際性能。

4 鋼箱梁頂推施工技術

4.1 采用BIM 技術檢驗鋼箱梁標準節段施工情況

在一些主橋梁線形設計較為復雜的情況下，如果未能采用定點監控的方式記錄頂推過程的位移、撓度、加載等情況，可能導致頂推完成的鋼箱梁節段存在不明顯的偏移。針對該問題，施工過程中應采用標準的監控技術分析鋼箱梁橫斷面的布置情況。以BIM 技術為代表的模型監測技術適用于檢查鋼箱梁標準節段的頂推情況，能夠獲取較為精準的工況數據。

圖2 所示為基于BIM 建模獲得的鋼箱梁截面圖，能夠精準地反饋鋼箱梁頂推的偏移與誤差情況。龍翔大橋施工案例中的導梁共分為4 個節段，每一節段都可以采用BIM 技術獲取橫斷面圖，并進行鋼箱梁頂推布局位置的對比，以檢查是否存在偏移情況。

圖2 鋼箱梁模型截面圖（單位：mm）

4.2 合理選擇頂推設備

在鋼箱梁頂推施工中，施工單位必須根據需要選擇適合現場作業的頂推設備，并提高施工器械與設備的使用效率。例如，在龍翔大橋的鋼箱梁頂推施工中，施工單位采用了步履式頂推設備進行頂推作業。該設備由計算機操作臺統一進行頂推管理，并通過液壓泵站控制位移傳感器進行作業，適用于對精度要求較高的頂推施工，其操作流程如圖3 所示。

圖3 步履式頂推設備操作流程

此外，液壓式爬行器等裝置也可用于控制鋼箱梁的頂推滑移。該裝置利用夾緊裝置控制液壓缸的抽動實現位移控制，且有較強的穩定性，能使鋼箱梁的前托結構在頂推過程中按照設定的軌跡移動。

4.3 滑道與導向裝置結構設計

為了確保鋼箱梁頂推不偏離預定軌跡，在龍翔大橋施工設計中，采取了以下措施：

第一，在滑道設計方面，采用滑道梁和滑板組合方式，控制每段滑道的有效長度為2000mm，寬度為300mm，超過限位標準約30%，以防止在頂推過程中梁體脫離滑道。

第二，在導向裝置的設計中，采用橫向限位器來固定鋼箱梁滑行時的導向輪，以增強頂推過程中的橫向定位限制力，防止偏移。

5 結語

總的來說，頂推施工技術在路橋鋼箱梁施工中有顯著的應用價值。結合頂推技術打造全新的鋼箱梁建設施工模式，有利于大幅度提高現階段路橋工程的施工效率及鋼箱梁施工階段的成本效益。未來，路橋工程施工單位應著眼于優化頂推施工技術的使用要點及工藝流程設計，并參考相關分析中的施工技術與方法，不斷提升頂推施工技術水平，進而提升公路橋梁整體施工質量。