浅析顶推法施工在下穿框架桥中的运用

蔡清祥

摘要：本文结合项目实际施工经验，浅析顶推法施工在下穿高速公路、上跨地铁桥梁工程中的运用，解决了边通车边施工、在中断交通的前提下完成立面交叉桥梁下穿施工，为节约工程成本、保畅通、缩短建设周期提供保障。

关键词：明挖；预制；框架桥；大吨位；千斤顶；顶推

引言：

随着社会经济高速的发展，交通流量剧增，原有的道路渐渐不能满足现有车辆通行的需求，平面交叉、立面交叉难以避免，甚至地上地下三四层才能满足要求；在公路工程建设施工中，顶推法施工技术已经逐渐被广泛地运用到具体的施工中，顶推法施工技术成为桥梁施工中值得研究的技术题材。本文结合项目实际地上平面交叉地方路、立面交叉下穿广州机场高速、地下有广州地铁3号与9号线，利用顶推法完成大吨位下穿框架桥桥梁的施工，它就是以后背墙及插销为顶推抗力、以千斤顶为动力，以顶铁和顶柱为传递顶力，以滑道为行走轨迹、以限位插销为导向装置，对预制好的箱体纵向推进至设计要求的位置。

一、工程概况

迎宾大道延长线二期工程位于广州市白云区，基本走向为东西走向，是花都迎宾大道延长线的东延线。该工程距广州新白云机场约1.5KM，西起机场高速东侧，东至白云区方华路，下穿机场高速，地下有广州地铁3号与9号线。

道路全长1.271公里，规划路幅60米，为双向6车道。第一部分（K0+000-K0+790）与机场高速公路立交，该立交设计为分苜蓿叶互通立交；第二部分（K0+790-K1+271.867）为地面道路，双向6车道。

结构设计：地道桥结构（闭口段）长度77.5米，采用单箱双室框架结构，断面全宽38.45米，左、右室净宽分别为17.5米和17.75米，顶、底板、侧墙厚均为1.1米，中隔墙厚1米。结构在迎宾大道方向分为两段，中间设一道变形缝。

为减少对机场高速正常通行影响以及地铁部门的安全要求，本次框架式地道桥施工采用先预制后明挖顶推施工工艺，地道桥结构在机场高速两侧各分两节段预制，每节段约6000t。施工时利用机场高速中央分隔带（11m宽）改造成三车道的临时行车便道后开挖一侧就位基坑，将预制好的地道桥沿着纵断面方向顶进到位，恢复交通后再进行另一侧施工。

二、施工前顶推模拟试验及相关参数的确定

1、顶推模拟试验目的

为了地道桥顶进施工更顺利的进行，正式施工前进行了顶推模拟试验，试验目的是确定滑道在不同压力下的摩擦系数；测定不同工况的摩擦系数：静止→滑动摩擦系数；二次启动摩擦系数，最终确定工法工艺的选择。

2、顶推模拟试验结果

1）润滑隔离层类型为石蜡+薄膜：初次启动力为18.0Mpa，摩擦系数为：0.26，二次启动力平均值为10.0 Mpa，摩擦系数为：0.145，行走时动力代表值取10.0 Mpa，摩擦系数为：0.145。

2）润滑隔离层类型为1.2mm镀锌铁皮+1.5mm厚四氟板：初次启动力为12.0Mpa，摩擦系数为：0.22，二次启动力平均值为8.0 Mpa，摩擦系数为：0.145，行走时动力代表值取6.0 Mpa，摩擦系数为：0.11。

3、滑道选择

根据顶推模拟试验过程效果结合项目实际情况，本工程拟采用四氟板作为滑板，滑道处砼底板采用镀锌铁皮隔离，在未加设润滑措施情况下测得相应摩擦系数为0.11。

4、顶推施工各项技术参数

1）顶推力按最大顶力计算，即第五节段分两节段预制，每节段长度为18.5m。预制节段每米砼为116m3，即重量为116*2.6=302t/m。

2）顶推动力储备系数按启动时8台300t千斤顶同时作用，千斤顶顶力按千斤顶的最大顶力80%计算，摩阻系数按0.25考虑，启动后摩阻系数按0.15考虑。

3）顶推就位轴向误差：±30mm；滑道安装精度：顶面相对高差不大于3mm。

5、顶推力计算 及千斤顶数量计算

顶力计算公式 P=k（（N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3+RA））

P-最大顶力（kN），K--系数，一般取1.2，N1--箱体顶上总荷载（kN）（上方为空，此处取0），N2--箱身自重（kN），E--箱体两侧土压力（kN）（明挖取0），f1--箱体顶上面与顶上荷载的摩阻系数（上方为空，此处取0），f2--箱体底板与地面摩阻系数（初动取0.25、走动取0.15），f3--侧面摩阻系数（明挖取0），R--刃-脚下正面阻力（明挖取0），A--刃脚正面面积（明挖取0）。

1）P初=1.2（（0+（0+302*18.5）×0.25+0+0）×10=16761KN，

3000×0.8×8=19200 KN>16761KN（满足要求），经计算初顶时需8个300t的千斤顶才满足要求；

2）P后=1.2（（0+（0+302*18.5）×0.15+0+0）×10=10057KN

3000×0.8×5=1200KN>10057KN（滿足要求），经计算起动后只需5个300t的千斤顶。

三、基坑开挖及预制场地施工

1、工作坑的开挖及处理

在需要顶推的路基东、西侧修建两个工作坑，工作坑是顶推框架桥的工作基地，框架桥在工作坑内进行预制。分期施工界面中间分隔位置采用水泥混凝土灌注桩支护，支护桩在冠梁及腰梁各设置一层锚索锚固于机场高速北行路基下；基坑止水帷幕采用双排水泥搅拌桩；工作坑的挖深根据框架桥基础底面与地面的高差及现场地质情况而定，基坑边坡按设计要求采用 1：1放坡，坡面采用10cm厚C20喷射砼和护坡插筋+挂网钢筋护坡。深基坑开挖前专项方案经过专家组论证，开挖完成后经专家组验收。

基坑开挖后，在四周设置排水沟及集水井，采用压路机压实后检查坑底土体承载力，保证地基承载力不小于计算承载力210KPa。确定承载力满足要求后浇筑10cm垫层砼，为保证预制框架桥顺利顶进，基坑整体纵坡按0.5%布置，横坡为0。

2、顶推后背墙

后背墙是一个关键的临时构造物，它必须能够提供充足的抗力，满足顶推过程各阶段的抗力要求。即：F≥KP，在施工时必须严格按照设计进行，后背墙施工后，在四周挖好排水沟及排水井，及时将积水排除，防止后背墙背后的填土被泡软，降低抗力。（为了保险起见设置了后背墙，在插销作抗力不能满足的情况下使用）

3、预制基坑滑道制作

滑道是框架顶进的必经之路，为了便于顶推作业施工将滑道制作成条状型的滑道。滑道必须满足三个基本要求：具有足够的承载能力，能承载框架的重力；具有一定的锚固力，防止顶推时和框架一起滑动；表面必须平整润滑，降低顶推过程的摩阻力。

1）承重层：整体承重层采用20cm厚C30钢筋混凝土。

2）滑道：在整体层上制作高15cm宽1.5m钢筋砼滑道，为了施工更有保障统一做成7条，每两米设置一道110mm方钢管预留插销孔，预埋深度为35cm。插销拟采用材质为Q345B，长度为0.7m，10cm实心方钢作为中间抗力。

3）润滑层：滑道制作完成后铺设1.5m宽1.5mm厚四氟板滑板，四氟板铺设时与滑道顶面尽量保证密贴，使用钉子按梅花形布置與钢筋砼钉牢固定，四氟板原则上不进行搭接，如出现搭接，则搭接采用顺前进方向搭接，避免顶进过程翘板。

4）隔离层：滑道顶采用2m宽1.5mm厚镀锌铁皮作为预制框架桥底部与滑道间的隔离，隔离层每间隔约5m设置上翘埋置在底板砼内，以保证镀锌铁皮不移动。

5）滑道之间处理：两条相邻滑道之间的空隙使用“细砂+48mm钢管”进行填充密实。钢管主要作用为箱体预制完成后辅助冲沙，细沙平整及密实后铺设两层薄膜以避免底板砼浇筑期间漏浆，而后在薄膜上方铺设16mm厚木模板。

6）限位装置：在两侧滑道外侧上使用110mm圆钢管间隔3m预留插销孔，预埋深度为35cm。插销拟采用材质为Q345B，长度为0.7m，直径为10cm实心圆钢作为限位装置。

四、预制框架桥

预制框架桥根据箱体单箱双室结构形式及全裁面顶进顶进方式，根据设计图纸将第四节长度为38m和第五节长度为39.5m分别采用单侧平均分为两节段分层预制的方案。第一阶段先预制框架桥底板及距底板顶150cm的墙身，第二阶段先预制框架桥浇注剩余墙身及顶板。本项目采用碗扣支架作为顶板施工支架，施工前高支模专项方案经过专家组论证，搭设完成后经专家组验收。

1、施工工艺：预制框架桥的主要施工工艺过程与一般预制砼结构大致相同，此处不再细说。

2、施工注意事项：施工过程中严禁在镀锌铁皮上集中堆放施工材料以及机械设备，钢筋绑扎过程中，严禁在锌铁皮上设置引焊点，注意不得戳穿锌铁皮；框架桥底部保护层垫块应使用受力面积较大的垫块，数量上应宁多勿少；浇筑前应检查预埋件以及预留孔道位置、数量。

五、框架桥顶进

框架桥顶推施工作业，主要是以后背墙作为支撑，利用千斤顶对已预制好 的桥梁框架施加顶推力，克服框架与接触面的摩阻力向前移动，通过添加顶柱（传力柱）实现框架持续向前推进，直至就位。

1、施工现场实际准备投入

顶进施工前，对人力、物力、场地等做好充分的准备，配备工人30人，进行3班制24小时作业，提前将所需千斤顶、油泵、传力杆等设备运输到现场，千斤顶300t预备18台，正常使用16台，2台备用，另外准备1台50KW发电机进行其它辅助、应急预案所用，准备一台25吨吊车配合施工。

2、框架桥顶进作业步骤

1）5#-2顶进：5#-1与后背墙（或插销）间用顶铁和千斤顶固定，在5#-1框架桥前端布设千斤顶，借助5#-1节和后背墙（或插销）的抗力与千斤顶的顶力把5#-2框架桥往前顶进，每次顶进距离控制在一个千斤顶行程1m为宜。当5#-2顶进后，5#-1同期顶进。

2）5#-1初次顶进：初次顶进借用后背墙的抗力与千斤顶的顶力，每次顶进距离控制在一个千斤顶行程1m为宜。

3）5#-1常规顶进：借助插销的抗力与千斤顶的顶力把5#-1框架桥往前顶进，如果插销的抗力不足或损坏，可加顶铁至后背墙保证顶进抗力，每次顶进距离控制在一个千斤顶行程1m为宜。

4）循环2、3步骤顶推直到顶推预定位置。

3、施工注意事项

1）顶推作业前必须对框架桥进行强度检测，确保满足设计强度后方可实行顶推，以免顶推过程因箱体强度不足导致破坏。

3）顶推作业前必须对油泵、千斤顶、传力杆、顶铁进行检查、试顶，确保顶推设备的性能正常满足使用要求。

3）千斤顶固定与传力柱中心的垂线对称，其合力的作用点应在传力柱中心的垂直线上；顶进作业时，严禁施工人员接近或跨越传力杆、千斤顶等。

4）油泵设置在千斤顶附近，油管顺直、转角少；油泵与千斤顶相匹配，配备备用油泵；油泵安装完毕，应进行试运转；顶进开始时，缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进；顶进中若发现油压突然增高，应立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进；千斤顶活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。

5）顶推时由主管施工技术人员专人统一指挥；对顶进全过程的每一个顶程都详细记录千斤顶开动数量、位置、油泵压力表读数、总顶力及着力点，顶进行程、导向偏差。如出现异常应立即停止顶进，检查分析原因，釆取措施处理后方可继续顶进。

六，结束语

本项目利用主体结构节段自重，采用自平衡方式对多节段大断面框架箱体的顶进施工工艺属于国内首创。施工组织上采取东西两侧主体工程的同期预制，相比现浇施工对机场高速主线开挖和改道的影响，节省占道工期约8个月，施工期间对主线交通实现了零干扰，施工安排受天气因数的影响降低到了最小。同时利用插销作顶推抗力，减少了顶进完全靠背墙和顶铁的工程投入，即节约了工程成本。本项目的实施在施工组织、施工工艺创新等方面总结形成了一系列科研成果，对新建道路下穿即有大交通量高、快速路工程的施工提供很好地借鉴参考意义。

参考文献

[1]韦文强 浅析顶推法施工在桥梁工程中的运用[J] 房地产导刊 2013年第6期

[2]张振样 顶推施工技术运用探讨[J] 技术研发2010年第8期

[3]迎宾大道延长线二期（机场高速～方华公路）工程（K0+000～K0+790段）施工图设计[R]广州市公共事业规划设计院 2017.07

（作者单位：广州诚信公路建设监理咨询有限公司）