跨既有高速大跨度鋼箱梁頂推施工技術

張超　鄭舜元

摘要 為解決跨既有高速鋼箱梁頂推施工中因橋梁跨度大、施工條件受限、受力情況復雜等技術難點，文章以204國道跨鹽靖高速公路大橋的大跨徑鋼箱梁頂推施工為例，通過采用步履式多點頂推系統、設置導梁及頂推支架，結合有限元模擬方法，確保了施工過程中鋼箱梁結構的安全性和穩定性，可為今后類似鋼箱梁的頂推施工提供參考。

關鍵詞 鹽靖高速；鋼箱梁；頂推；施工技術

中圖分類號 U445.462文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）12-0073-03

0 引言

隨著鋼結構技術的不斷進步，鋼箱梁因其出色的跨越能力和施工速度，在橋梁建設中應用廣泛[1]。頂推法施工，作為一種立體橋梁建設的優秀方法，因其不影響橋下既有交通和通航而備受青睞[2]。頂推工法呈現多元增長態勢，“步履式多點自平衡的頂推”正逐步替代“千斤頂直接頂推主梁”[3]。

跨越既有高速公路的大跨徑鋼箱梁橋，在保障高速公路正常行車的情況下，對頂推支架、施工工藝、施工安全的要求較高。

該文以204國道跨鹽靖高速公路大橋為例，針對鋼箱梁頂推施工過程中存在的橋梁跨度大、施工條件受限、受力情況復雜等技術難點，提出了合理的解決方案。

1 工程概況

主橋鋼箱梁跨越鹽靖高速，其設計采用三跨連續的鋼箱梁結構。在主橋路線中心線位置，跨徑的布置為（42+70+42）m，主橋寬度為18 m、梁高為3.0 m，如圖1所示，單幅主梁重約1 833 t。

2 工程難點分析

結合設計圖紙、周邊環境以及現場施工條件等特點，該項目主要存在以下幾方面的施工難點：

（1）鋼箱梁跨度大、噸位重，如何合理劃分鋼箱梁節段、確保拼接質量以及順利運輸和安裝是一大難點。

（2）頂推工況復雜，需上跨鹽靖高速公路，施工現場交通流量大、車速快，這給施工帶來了極大的安全隱患。因此，如何選擇合理的頂推施工流程是該工程的關鍵。

（3）鋼箱梁內部縱隔板與橫梁導致受力情況復雜，如何確保橋梁的幾何和受力狀態滿足設計標準，以及有效控制結構應力，也是一個技術難點。

3 方案設計

3.1 方案概述

針對大跨徑和大截面鋼構橋的頂推施工，由于其最大懸臂長度達到43 m，為確保高速公路不封路，可以采用多點步履式頂推系統施工，如圖2所示。施工工藝采用36 m導梁連續頂推方案，主跨加邊跨連續頂推。千斤頂在橋墩上頂推到墩位后，再利用豎向千斤頂將梁體落至永久墩。

步履頂推系統主要由水平千斤頂、豎向千斤頂、滑座、橫向糾偏頂、液壓泵站和控制系統組成。頂推時由豎向千斤頂先頂起鋼梁，然后由水平千斤頂推動豎向千斤頂和鋼梁前進。完成一個行程后，豎向千斤頂將下降復位，鋼梁再次落墩。隨后，水平千斤頂將豎向千斤頂拉回原位，完成一個頂推循環。系統通過豎向和橫向糾偏頂的配合，實現鋼梁的精確頂推和橫向調整[4]。

3.2 安全性驗算

為保證頂推施工期間鋼箱梁的整體結構安全，該文采用Midas/Civil對鋼箱梁頂推施工過程進行仿真分析。根據設計圖紙上的相關參數，對鋼箱梁各構件采用梁單元進行模擬；通過邊界條件模擬頂推支架的支撐作用，并按自重及風荷載等荷載組合進行整體建模，然后根據施工步驟劃分計算工況，逐個工況進行計算分析。

鋼箱梁頂推最不利工況組合應力及剪應力如圖3～4所示。

由圖3和圖4可知，最不利工況下（前端懸挑43 m時），最大正應力為38.83 MPa，最大剪應力為37.92 MPa；在鋼箱梁的頂推過程中，結構受力趨勢符合理論分析，計算結果均滿足相關規范要求[5]。

4 臨時結構設計

4.1 導梁設計

導梁是大跨度鋼箱梁頂推施工中必不可少的結構，能起到減小主梁頂推長度、引導主梁頂推搭設的重要作用[6]。該工程頂推跨度最大為43 m，鋼梁前端設置20 m導梁，導梁采用工字型變截面結構，截面高由2.8 m變為1 m，如圖5所示。

4.2 頂推支架設計

頂推支架是實現鋼箱梁頂推施工的關鍵結構，需充分考慮施工過程中的各種工況，包括豎向承載力、水平推力、抗傾覆能力等。支架的形式和構造應滿足強度、剛度和穩定性要求[7]。頂推支架布置如圖6所示，支架立柱采用Φ529×8 mm鋼管，管頂采用三拼HN700×300型鋼作縱梁、雙拼HN700×300型鋼作橫梁，支架鋼管連接系均采用[20槽鋼。各構件均采用焊接連接，底部采用混凝土基礎。

在安全驗算時，通過提取主橋有限元模型中各頂推施工工況支點的最大反力，并加載至頂推支架上，即可對頂推支架的強度、剛度和穩定性進行驗算，計算結果顯示均滿足相關規范要求。

5 結語

跨既有高速鋼箱梁的施工多存在鋼箱梁橋梁跨度大、施工條件受限、受力情況復雜等技術問題，應因地制宜、綜合考慮，選擇合適的施工方案。

該工程通過有限元軟件仿真分析，采用多點步履式頂推系統施工，合理設計導梁、頂推支架等技術方案，成功解決了上述難題，保證了鋼箱梁施工的安全順利完成，確保了工程總體施工進度，可為今后類似工程施工提供借鑒和參考。

參考文獻

[1]潘春華. 大跨徑鋼箱梁頂推施工關鍵技術[J]. 中文科技期刊數據庫（全文版）工程技術， 2021（6）： 2.

[2]張小欣. 跨既有高速橋梁大跨徑鋼箱梁步履式頂推施工關鍵技術[J]. 上海公路， 2023（3）： 85-92.

[3]王學強. 大跨徑鋼箱梁頂推施工關鍵技術[J]. 科學技術創新， 2023（6）： 145-148.

[4]山東省地方標準鋼箱梁頂推施工技術規程： DB 37/T 1389—2009[S]. 北京：人民交通出版社， 2009.

[5]公路鋼結構橋梁設計規范： JTG D64—2015[S]. 北京：人民交通出版股份有限公司， 2015.

[6]冀偉， 邵天彥. 多跨連續梁橋頂推施工雙導梁的優化分析[J]. 浙江大學學報（工學版）， 2021（7）： 1289-1298.

[7]劉瑞， 姜榮劍， 韓亨通. 上跨高速公路鋼箱梁頂推施工支架設計與檢算[J]. 石家莊鐵路職業技術學院學報， 2023（4）： 10-14.