雙邊箱斜拉橋鋼梁步履式頂推施工關鍵技術分析

黃景新 （中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230023）

1 引言

近年來，我國一直在大力推進交通基礎設施的建設，促進了公路交通事業的迅速發展。隨著橋梁技術的不斷進步，鋼結構橋梁由于其自重輕、結構強度高等優勢，被越來越廣泛地應用在大跨度橋梁上。

頂推法施工是通過設置鋼導梁和臨時墩、滑道、水平千斤頂施力裝置，將梁段連接在一起，采用滑道及千斤頂施力裝置將梁段移動至指定部位的一種施工方法。由于其不需要支架和大型機械、工程質量容易控制、占用場地少、不受季節影響等，被越來越廣泛地應用在大跨度橋梁上。金寨南路橋主橋為非對稱鋼-混梁獨塔雙索面斜拉橋，采用頂推法施工，通過有限元軟件進行數值模擬得到頂推過程中鋼箱梁、導梁的內力和變形指標，結合施工過程，監測鋼梁內力和變形最大值出現的施工工序，有效保障了施工安全。

2 工程概況

金寨南路橋主橋平面位于直線上，跨徑布置為（32+65+160）m，主跨為160m，跨越通航水域。主橋結構形式為非對稱鋼-混梁獨塔雙索面斜拉橋，橋梁分幅布置，單幅標準橫斷面寬度30.0m，間距3.1m，橋全寬63.1m。主塔采用C50 現澆混凝土，塔柱采用矩形截面塔，塔高112m，橋梁結構如圖1 所示。

圖1 主橋總體布置圖

主橋主梁采用鋼-混混合梁，其中主跨采用鋼箱梁、邊跨采用混凝土梁。主跨鋼箱梁全長148m（含鋼混結合段），鋼箱梁橫斷面采用雙邊箱形截面，鋼箱梁全寬30m，鋼箱梁頂板頂至水平底板頂的高度為3.3m，通過整體旋轉形成2%的橋面橫坡。全橋共13 個節段，共分為A、B、C、JH 四種梁段，橫隔板標準間距為3m。其中A 梁段為標準段，長度12.00m；JH 段為鋼混結合段，長度9.55m；B 梁段為過渡段，長度12.00m；C 梁段為支撐段，長度8.00m。主跨鋼箱梁階段劃分如圖2所示。

圖2 主橋總體布置圖

鋼箱梁標準節段為12m，由橋面板、T 型橫梁、隔板、底板、腹板、錨頭單元等構件焊接而成，鋼箱梁標準節段構造圖如圖3所示。

圖3 鋼箱梁標準節段構造圖

圖4 主橋頂推方案示意圖

3 頂推方案

本工程鋼箱梁架設施工遵循“先梁后索”“塔梁同步”的順序，采用“頂推法”架設。北岸鋼混結合段先行采用汽車吊現場進行安裝就位。其余梁段待南岸頂推支架施工驗收完成后，采用履帶吊站在南岸拼裝平臺逐步拼裝鋼箱梁，鋼箱梁拼裝完成后安裝前端導梁，利用承重支架頂部布置的步履式千斤頂頂推鋼箱梁就位。再通過三維千斤頂調整鋼箱梁線形，與北岸先行施工的鋼混結合段鋼箱梁進行焊接連接，然后再整體進行斜拉索施工，完成斜拉索最終張拉后，拆除底部的承重支架，完成全橋施工。

4 支架及導梁設置

根據總體施工布署，結合現場勘測，考慮到老橋橋墩位置影響，鋼箱梁臨時施工支架采用左右幅交錯布置形式，共設置8 組支架，編號分別為1#～8#。其中，2#、4#、5#、6#支架為頂推支架，1#、3#支架為頂推拼裝支架，7#、8#支架為北岸鋼混結合段拼裝支架。頂推支架布置如圖5所示。

圖5 支架布置圖

圖6 導梁結構示意圖

圖7 導梁布置圖

考慮到河道通航尺寸，根據施工部署及鋼箱梁頂推施工計算分析，為滿足頂推過程中主梁強度和剛度的要求，保證臨時支架受力的合理性。導梁主梁采用Q355B 材質變截面工字型截面，端部從1.0m 高度過渡到與鋼梁高度（3.3m）等高尺寸，長度為29m。主梁間距與主橋鋼箱梁內腹板、導梁上下翼緣板和腹板分別與鋼箱梁的頂底板、底板及內腹板焊接連接。導梁主梁頂底板厚度為25mm，腹板厚度為16mm。導梁之間橫向聯系采用桁架連接，桁架上弦桿平面設置單層交叉斜撐，保證鋼導梁的空間整體性，滿足受力要求。

5 頂推系統布置

項目采用步履式頂升推進系統，該系統主要由步履頂推設備、液壓泵站、液壓控制系統三大部分構成。系統采用1臺泵驅動2 套步履式頂推裝置，速度最高約4.5m/h。系統配置壓力傳感器、位移傳感器用來檢測每個支撐點的受力及位移情況。

根據施工方案，左右兩幅鋼梁分別交替頂推。為滿足頂推施工需要，計劃每幅布置4組頂推設備，每組設備包括2臺步履式千斤頂，全橋共布置16 臺頂推設備，考慮橋面系為縱橫梁結構體系，頂推設備布置于每幅鋼梁內腹板下方，全橋頂推系統布置如圖8所示。

圖8 全橋頂推系統布置圖

6 頂推計算分析

鋼箱梁采用從南岸向北岸頂推架設方案。利用履帶吊在北岸拼裝支架上安裝鋼箱梁及導梁，利用頂推支架上布置的三維千斤頂進行鋼箱梁同步頂推作業。鋼箱梁頂推至D9節段后，利用南岸0#塊上的汽車吊逐步拆除鋼箱梁前端的導梁，繼續頂推鋼箱梁就位。就位后利用頂推支架上的三維千斤頂調整鋼箱梁縱橫向位置及橫坡，實現鋼箱梁與鋼混結合段的對接及成橋狀態的調整。隨后安裝支座，再按照由短到長的順序安裝斜拉索，利用拉索張拉調整鋼箱梁線形至設計成橋狀態。根據頂推方案及支架、導梁設置，對頂推方案進行計算工況劃分，頂推過程中計算共劃分54 個工況，工況劃分信息如表1所示。

表1 頂推施工工況劃分信息表

采用有限元結構計算軟件MIDAS CIVIL 2020 進行建模，主梁采用梁格法進行建模，導梁及主梁均采用梁單元，如圖9、圖10所示，邊界條件根據頂推工況進行設置。主梁構件材質為Q345qD，導梁材質為Q355B。頂推計算時只考慮恒載及風荷載。恒載由程序自動計算，風荷載橫橋向進行施加。

圖9 鋼箱梁模型

圖10 導梁模型

根據橋梁頂推工藝，對各個頂推工況中的鋼梁及導梁的受力進行分析，形成計算結果包絡圖如圖11、圖12 所示，鋼梁各工況的豎向位移包絡圖如圖13所示。

圖11 鋼梁應力包絡圖（單位：MPa）

圖12 導梁應力包絡圖（單位：MPa）

圖13 豎向位移包絡圖（單位：mm）

由計算結果可知，鋼梁應力最大的工況為工況32，鋼梁A7 拼裝完畢并向前頂推3m，此時結構懸臂長度為43m，導梁端部未落在保護墩上，為懸臂最大的情況，此工況下鋼箱梁最大組合應力值為52MPa＜270MPa，滿足鋼箱梁強度要求，工況示意圖如圖14所示。

圖14 鋼梁應力最大工況示意圖（工況32）（單位：mm）

導梁應力最大的工況為工況38，鋼梁A8 拼裝完畢并向前頂推6m，此時導梁結構懸臂長度為15m，7#支架未進行支撐，此工況下導梁最大組合應力值為122MPa＜270MPa，滿足導梁強度要求，工況示意圖如圖15所示。

圖15 導梁應力最大工況示意圖（工況38）（單位：mm）

鋼梁豎向位移最大的工況為工況14，鋼梁A3 拼裝完畢且向前頂推8m，此時結構懸臂長度為42.5m，導梁未落在5#支架上，鋼箱梁最大豎向位移94mm，工況示意圖如圖16所示。

圖16 鋼梁應力最大工況示意圖（工況14）（單位：mm）

根據有限元計算結果對頂推各個最不利工況結果進行匯總，頂推最不利工況結果匯總如表2所示。

表2 頂推最不利工況結果匯總

通過整體數值分析可知，在頂推的各個階段，鋼箱梁、導梁應力與變形最大的工況均為導梁即將落在下個支架之前。當導梁落在支架之后，鋼箱梁、導梁應力與鋼梁變形會明顯減小。因此導梁能夠有效減少鋼箱梁的懸伸長度從而降低頂推過程中的應力，同時導梁可采用變剛度截面以減少自重。

在鋼箱梁頂推施工過程中應對導梁落架的階段工況進行重點關注，配合做好監測工作，將監測數據與理論數據進行對比，若出現超限需及時進行分析，確保頂推施工能夠高效、安全地進行。

7 結語

隨著大跨度橋梁的不斷涌現，在橋梁施工過程中，越來越多的鋼箱梁采用頂推法進行施工。本文結合引江濟淮工程金寨南路橋（32+65+160）m 斜拉梁主橋鋼箱梁頂推過程，通過有限元數值模擬得到頂推過程中各階段的鋼箱梁及導梁的內力和變形指標，在施工過程中通過加強監測內力和變形最大值出現的施工工序，并與理論計算進行對比，安全高效地完成了金寨南路橋主橋雙邊鋼箱梁的頂推施工，為類似工程提供豐富經驗及借鑒價值。