小半径大坡度连续钢箱梁顶推施工分析

廖应先，达　勇

(1.湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙　410004；2.湖南省湘筑工程有限公司，湖南 长沙　410004)



小半径大坡度连续钢箱梁顶推施工分析

廖应先1，达勇2

(1.湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙410004；2.湖南省湘筑工程有限公司，湖南 长沙410004)

以某匝道桥顶推项目为依托，分析了桥梁曲率半径对顶推过程中钢箱梁横向和纵向抗倾覆稳定性以及桥梁纵坡变化对顶推力的影响，并提出了大纵坡桥梁顶推防滑移的安全措施。结果表明：曲率半径对悬臂状态下钢箱梁纵向抗倾覆稳定系数的影响很小，在400 m半径以上时，钢箱梁横向抗倾覆稳定系数的变化不大。但在小于400 m的小半径情况下，随着钢箱梁半径的减小，其横向抗倾覆稳定系数随之显著下降，而且半径越小，下降的速度越快。顶推力随桥梁纵坡的增大而线性减小，且顶推力减小的幅度大，纵坡对顶推力的影响明显。当梁体纵坡较大、摩擦系数较小时，可能出现梁体不需施加顶推力即可自动向下滑移，需采取相应安全措施。

；曲线桥；大纵坡；钢箱梁；顶推施工

0　引言

就梁体形式而言，最能发挥顶推法优势的是等高直线正交梁桥，但是顶推法也适用于变高度梁和曲线梁，广州北站立交桥其变高度梁在采用顶推法施工时，在梁底用楔形垫块垫平，将变高度改为等高度，对于平面圆曲线弯梁桥(如山西平顺公路桥、甘肃内谗柳高速公路上的太平沟大桥)和竖向圆曲线弯桥(如广深公路中堂桥)，也都采用顶推法施工作了成功的尝试[1]。国内还使用顶推法架设了一些斜桥，并进行了一定的研究，如抚顺石油一厂安全通道高架桥(38.6 m+32.1 m+38.5 m+38.5 m)，桥梁轴线与铁路斜交角为61°的顶推多跨PC连续梁桥；上海成都路高架跨铁路桥(16.0 m+16.5 m+30.5 m+11.25 m)，与铁路斜交角为75°，桥面纵坡为2.18%的连续梁坡桥；张家界澧水大桥，大桥跨径布置为8×50 m，斜交角70°的双向纵坡PC连续箱梁桥[2]。

在顶推施工的研究工作方面，变高度梁或竖向曲线梁、斜交梁桥的顶推施工因其技术难度较大，国内已作了相对较多的研究工作。在曲线梁桥的顶推施工研究方面也做了一些工作，如1989年3月结合“预应力混凝土弯桥设计和施工技术研究”课题而修建的一座试验桥——山西省平顺预应力混凝土连续弯桥，该桥采用顶推施工法架设，对截面设计、梁段划分、导梁设计、预制平台的布设、曲梁顶推力的计算以及施工监控分别作了分析、介绍，并对直梁桥与曲线梁桥采用顶推施工法的不同点作了分析，取得了一定的曲线桥采用顶推施工的经验[3]。但因其技术难度不如竖向曲线梁、斜交梁桥的顶推施工，反而研究得较少，而弯、坡桥(尤其是小半径、大纵坡连续梁桥)的顶推施工及其施工监控技术的研究就更加缺乏。

另一方面，随着我国交通事业的快速推进，高等级道路的网格化发展，各类立交工程也应运而生，其中有不少是在既有道路的基础上修建立交桥，这就产生了不少跨线的匝道桥，这类匝道桥大都具有弯、坡的特点。而针对这类跨线桥的建设，顶推施工技术有着其独特的优势：对既有道路的交通影响小；对施工场地的要求低：机具设备简便及节约劳力等[4]。因此，弯、坡梁桥的顶推施工将会得到更为广泛的应用。因而有必要对弯、坡的顶推施工技术展开研究。

1　工程概况

某匝道桥跨越既有的内环快速公路，内环快速公路为城市主干道，交通量巨大，经综合考虑，F匝道跨越内环高速部分采用顶推施工。F匝道梁体(31 m+39 m+30 m)采用等高钢箱梁设计，其平面曲线半径R=300 m，竖向位于5.3%的纵坡段上，桥面设单向1.5%的横坡。钢箱梁采用斜腹式单箱单室断面，顶板宽为6.8 m，底板宽3.0 m，支座处底宽4.0 m；梁高(含18 cm混凝土垫层)为2.0 m；钢箱梁总长100 m，总重约为300 t。根据运输条件和现场吊装情况要求，100 m的钢箱梁共被分为3 m至4.5 m不等的25个节段进行加工。

由于本桥钢箱梁顶推重量轻，顶推跨径小，故在顶推时采用简便的单点、单向的拖拉式顶推。顶推采用穿心式的ZLD-100连续顶推千斤顶，由于该型号千斤顶布置了2台油缸并交替工作，可速度均匀地连续顶推，避免了顶推中的“爬行现象”。穿心式千斤顶通过工具锚夹住多根Φ15.24传力钢绞线，钢梁底板下焊接锚扣点，通过耳板、插销、工具锚与传力钢绞线连接，当千斤顶开始顶推作业时，钢绞线拖拉钢梁移位；当耳板完成工作位置后，将其割除，钢绞线换下一个耳板锚固并继续进行顶推施工，如此循环往复，直至将钢箱梁顶推到预定位置。桥梁顶推施工搭设临时支承体系，尽量不使永久墩在顶推过程中受力。同时，由于场地的限制，采用逐段焊接、逐段顶推的方式施工。

2　曲率对顶推过程中钢箱梁的抗倾覆稳定性的影响

在顶推过程中，钢箱梁处于悬臂状态时，由于梁体曲率的影响，会使悬臂部分梁体逐渐偏离倾覆轴，从而影响梁体的抗倾覆稳定性。因此有必要研究曲率对钢箱梁顶推过程中的抗倾覆稳定性的影响。

施工过程中梁体的抗倾覆稳定性研究不用考虑车道荷载的作用，一般只需考虑梁体自重对倾覆的影响。计算时，将梁体自重荷载简化为顶板面上的均布荷载，由于箱梁截面的中间部分荷载密度大于两翼缘部分，因而这种简化趋于保守，对于抗倾覆稳定性的计算是有利的，是可取的。通过以上简化，在计算时可用顶板的面积来代表荷载。抗倾覆稳定性可用稳定系数来表示，抗倾覆稳定系数可用公式：抗倾覆稳定系数=抗倾覆力矩/倾覆力矩，来计算。

同时，为了使计算贴合实际，取立交F匝道顶推的最大悬臂状态(24.5 m)进行分析，保持钢箱梁轴线长度为100 m，桥宽为6.8 m，各临时墩的位置也保持轴线距离不变，进而分别研究100、200、300、400、500、600、1 000 m曲率半径的钢箱梁的抗倾覆稳定系数。图1是由此计算出的横向抗倾覆稳定系数。图2为纵向抗倾覆稳定系数。

图1　横向抗倾覆稳定系数

图2　纵向抗倾覆稳定系数

由图1可见，在其他条件不变，顶推悬臂下的钢箱梁横向抗倾覆稳定系数在曲率半径为400 m以上的情况下变化不大，会随着半径的增大而小幅地增加，但在梁体接近直梁时，横向稳定系数又会小幅地减小。而在小于400 m的小半径的情况下，钢箱梁横向抗倾覆稳定系数则显著下降，而且半径越小，下降的速度越快，且横向稳定系数下降的幅度也较大，100 m的横向稳定系数不到300 m的一半。

由图2可知，在其他条件不变，顶推悬臂下的钢箱梁纵向抗倾覆稳定系数较为稳定，在300 m半径以上的系数几乎呈一条水平直线，在小半径的情况下纵向稳定系数会有所下降，但下降的幅度也不大。

由以上的计算分析可见，在小半径的情况下曲率会对桥梁顶推悬臂状态下的抗倾覆稳定性产生大幅的影响，但这主要体现在对横向抗倾覆稳定性的影响上，对纵向抗倾覆稳定性的影响不大。且在400 m半径以上对横向抗倾覆稳定性的影响也会大幅减少。

3　纵坡对顶推力的影响

单点顶推的力学原理可用下式表示：

内部控制的目标有多种，包括保证企业经营管理合法合规，资产安全，财务报告及相关信息真实完整，提高经营效率和效果，促进企业实现发展战略，[3]但是其根本目标都是促进经济发展。例如，对于规模较小的中小型企业来说，设立审计委员会及要求所有不相容职务相分离会带来巨大的成本，而带来的收益也是有限的。所以应当结合企业的需求和实际情况，不能盲目规范。

1) 在上述条件下，顶推力随桥梁纵坡的增大而减小，且呈良好的线性关系。

2) 纵坡对顶推力大小的影响幅度较大，在5.3%的纵坡下的顶推力不足没有纵坡的顶推力(顶推力系数为0.1)的一半，由此可见纵坡对顶推力产生了明显的影响。

图3　摩擦力系数为1时顶推力系数

而根据聚四氟乙烯材料的特性可知，其静摩擦系数小于动摩擦系数，摩擦系数随所受荷载的增加而减小，而材料本身的摩擦系数在0.04左右，加上顶推时要在滑道上加铺光滑的不锈钢钢板以及涂抹硅脂进一步减小摩擦系数，但同时考虑到施工中使用的四氟滑板平整度不佳以及表层的污垢等影响因素，取滑道的最大摩擦系数为0.05并重新计算，则纵坡与顶推力的关系如图4所示。

图4　摩擦力系数为0.05时顶推力系数

因此，在大纵坡桥梁由上往下的顶推施工中，必须考虑纵坡对顶推力的影响。同时，冲击振动、强风吹袭等其它影响因素，也可能使在钢箱梁顶推的悬臂状态下产生滑移，因此必须采取相应的防滑移措施：

1) 取消硅脂的涂抹，甚至可考虑一些增大摩擦的措施，如在不锈钢钢板上撒干粉末等。但在采取这些措施前，需对临时支承体系的受力重新进行验算并保证留有足够安全系数。

2) 在顶推前，在钢箱梁前部焊接制动装置，如图5所示，顶推时再去除。

图5　顶推前防止下滑的钢板

图6　尾部制动倒链葫芦锚扣装置

3) 除在钢箱梁后部焊接节段外，整个顶推施工过程中，都需在钢箱梁尾部设置制动倒链葫芦锚扣装置，如图6所示。每次顶推前都需检查倒链葫芦的工作性能，顶推过程中需安排专人操作倒链葫芦，不能使连接的钢绞线出现明显的松弛。

表1 顶推力为0时纵坡对应的摩擦系数纵坡/%摩擦系数纵坡/%摩擦系数00.00000040.03996810.01000050.04993820.01999660.05989230.02998770.069829

表2 顶推力为0时摩擦系数对应的纵坡值摩擦系数纵坡/%摩擦系数纵坡/%0.011.0000.066.0110.022.0000.077.0170.033.0010.088.0260.044.0030.099.0370.055.0060.1010.500

4　结论

1) 根据顶推力公式推断，在梁体重力及顶推的摩擦系数恒定的情况下，顶推力随桥梁纵坡的增大而线性减小，且顶推力减小的幅度大，纵坡对顶推力的影响明显。

2) 顶推施工中，当梁体纵坡较大、摩擦系数较小时，可能出现纵坡下钢箱梁重力的水平分量大于其受到的摩擦力情况，即梁体不需施加顶推力即可自动向下滑移。对此需采取相应的安全措施，如增大摩擦系数、焊接制动装置及在梁体尾部设置制动倒链葫芦装置等。

3) 根据顶推力公式的计算，制作了顶推力为0时(即梁体滑移的临界状态)摩擦系数与纵坡间的对应关系表，便于有关人员查阅。

4) 在设定其他条件不变的情况下，研究了钢箱梁的曲率半径对其顶推悬臂状态下的抗倾覆稳定性的影响。曲率半径对悬臂状态下钢箱梁纵向抗倾覆稳定系数的影响很小，只有在300 m以下的小半径情况下，纵向稳定系数才有小幅的下降。在400 m半径以上时，钢箱梁横向抗倾覆稳定系数的变化不大；而在小于400 m的小半径的情况下，钢箱梁横向抗倾覆稳定系数则显著下降，而且半径越小，下降的速度越快，且横向稳定系数下降的幅度也较大，100 m的横向稳定系数不到300 m的一半。

[1]李慧敏.钢箱梁顶推施工安全性分析[D].北京：北京交通大学，2014.

[2]徐金华.大纵坡竖曲线混凝土斜连续梁桥顶推受力分析及关键技术研究[D].长沙：长沙理工大学，2012.

[3]杨春来.斜连续梁桥桥墩高度和刚度对顶推施工的影响分析[J].交通标准化，2009，13(4)：36-38.

[4]巫正伟.浅析等高梁预拱度的设置对其顶推力的影响[J].建筑工程技术与设计，2015，54(6)：1479.

[5]曹景，刘志才，冯希训.箱形截面直线桥及曲线桥抗倾覆稳定性分析[J].桥梁建设，2014，31(3)：69-74.

[6]白玉堂，胡云耀.Y形墩刚构桥合龙顶推力设计探讨[J].中外公路，2015，28(3)：185-187.

[7]王昊，杨小玲.顶推斜拉桥连续粱预应力施工[J].湖南交通科技，1996，22(1)：45-60.

2016-04-27

廖应先(1976-)，女，工程师，主要从事公路与桥梁工程管理工作。

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