钢箱梁步履式顶推施工控制要点及对策分析

文/刘成

1 前言

随着科学技术的不断发展，桥梁施工方法也在不断地发展和更新。每一种桥梁施工方法都具有独特性，也决定了其优缺点，在选择具体施工方法时，要综合考虑桥梁的构造特点、施工技术、施工设备、现场环境、气候条件等内容。顶推法施工是目前桥梁施工中常用的施工方法之一，它的雏形来自19 世纪早期钢桥的拖拉法、导梁拖拉法、纵向链接拖拉法等。由于钢箱梁顶推施工对施工作业条件、人员、设备等要求较高，因此，顶推施工作业程序多。本文将以京沪高速公路沂淮至淮江段扩建工程新沂二标主线跨连霍高速公路大桥钢箱梁顶推施工为背景，对影响钢箱梁施工安全、质量的因素进行全面分析，针对顶推施工控制要点制定有效的对策，保证顶推施工的安全及质量满足要求。

2 工程概况

京沪高速公路改扩建工程新沂枢纽互通式立交跨连霍高速主线桥采用既有桥梁拆除重建的扩建方案，上部结构采用预应力混凝土连续箱梁、钢箱梁（第五联），全桥共7 联，跨径组成为4×25+4×25+5×25+5×25+（40+40+40+25.685）+3×25+3×25m。第五联为钢箱梁结构（40+40+40+25.685），箱梁顶、底板平行，箱体整体旋转成横坡，腹板与底板垂直，横向高差通过墩柱高度调整。主梁采用全焊接封闭钢箱梁，标准顶板断面全宽20.5m，底板面宽16.48m。钢箱梁高度1.77m。主体结构为单箱四室截面，一般梁段每隔2.8m 设置横隔板，顶底板设置U 型纵向加劲肋。

3 步履式顶推工艺分析

步履式顶推在钢箱梁跨路、跨河安装时，只需利用一侧场地，通过顶推架一侧拼装、顶推到位。顶推工艺具有很多优势：对现有交通影响小、临时场地征用少。具有纵向、横向、上下三个方向的调节功能，采用新一代液压同步控制系统，通过高精度传感器不断采集设备的压力和行程信息，能够确保多台步履式顶推设备实施同步顶推作业，做到作业安全、安装精度高[1]。

多点分散顶推的动力学原理之数学表达式如下：

当ΣFi>Σ（fi±ai)Ni 时，梁体才能被推动。

式中：Fi——第i 个支撑架处的顶推动力装置的顶推力；

Ni——第i 个支撑架处的支点瞬时（最大）支反力；

fi——第i 个支撑架处的支点装置的相应摩擦系数；

ai——支撑架纵坡率，“＋”为上坡顶推，“－”为下坡顶推。

多点顶推与集中单点顶推比较，可以避免配置大型顶推设备，能有效地控制顶推时梁体的偏移，顶推时可消除对桥墩的水平推力。顶推水平力计算经验值：顶推总水平力按重量的5%取值[2]。

4 顶推控制要点及对策

顶推工艺与大型吊机安装相比，有较多的优势，但顶推工艺比较复杂，包括从厂内制造、运出、现场拼装架基础、拼装架安装、上架焊接拼装、节段顶推、重复拼装顶推到位、调整落梁线形等过程，施工中的安全、质量影响因素多，在顶推作业时，必须加强施工过程控制，对各控制要点制定有效的对策。

4.1 步履式顶推设备选型

在选择步履式顶推设备时，首要考虑的因素是顶推反力值，按照本工程顶推架的布置，计算最大顶推反力值210t，考虑顶推的额定功率储备值不小于1.5。本工程实际使用的步履式顶推设备主要技术参数包括：3750kN 额定顶升能 力、200mm 顶升行程、1000kN额定推移能力、1000mm 推移行程；主结构外形尺寸，长3m×宽0.7m×高1.5m；1 套泵站驱动6 套移桥器，25MPa 泵站额定压力、变频控制方式、泵站功率60kW。

4.2 顶推安全控制

4.2.1 顶推基础

为避免多次顶推作业后顶推架不发生倾斜，顶推基础设计主要以支反力（本工程按210t 为基础设计值）为基础，同时按照顶推作业施工时换手墩的位置、支反力作用点的不同，进行基础抗弯、抗剪验算，并根据地基承载力进行设计。施工时，观测基础沉降稳定后开始顶推作业，作业时按照2mm/d 控制[3]。

4.2.2 顶推反力控制

控制顶推过程的反力值是顶推过程控制的首要任务。

根据顶推架布置情况，采用MIDAS 计算软件对钢梁及导梁进行整体建模，计算时，钢箱梁自重按照规范取分项系数1.3。

本工程钢箱梁在顶推过程中，结构最大应力为53MPa、结构最大下挠为24mm，步履机顶推时最大反力为1990kN。顶推过程中，最小抗倾覆稳定系数为5.54，满足规范要求。

根据计算，在顶推作业时通过自动控制系统设定顶推反力限制值，可以确保顶推作业的安全。

4.2.3 顶推同步控制

在保证实际支反力不大于计算值的前提下，控制顶推同步值。

本工程中安全不同步值取15mm，调节不同步值取10mm。即顶推点不同步值超出10mm 时，系统停下，操作人员协同分析各支撑点是否存在障碍，待情况明确后启动系统单点单动功能，直到所有顶推点不同步值在10mm 以内继续顶推[4]。

4.3 顶推线形控制

按照现行规范，钢箱梁顶推到位、落梁成桥后，轴线偏位误差小于±10mm，高程值误差控制在10mm 内。

平面位置通过控制箱梁轴线实现：每个节段按照设计平曲线，在顶推拼装架上测设每个钢箱梁轴线位置，逐段拼装形成设计平曲线。步履式顶推最大的优点就是横向移动十分方便，灵活、机动、操作简单。

钢箱梁高程对线形控制难度较大，影响因素较多，实践证明主要控制因素有：钢箱梁节段厂内制造、支座安装高程、现场拼装时分段顶推拼装支垫不同高度的调节管等环节重点控制，通过测量动态监控，实现高程控制的目的。

4.3.1 钢箱梁厂内制造

在厂内分别进行钢箱梁顶板、底板、隔板、腹板、挑臂等小组件制作，后拼焊成运输分段，运输到现场进行顶推。单元件的制造质量直接影响桥梁分段的几何形状、尺寸精度和内在、外观质量，是保证质量的基本控制点。胎架设置应结合设计图纸中的纵向竖曲线纵坡、横坡、预拱度、焊接变形及自重变形等因素，所以胎架纵向拱度值=竖曲线纵坡+监控预拱度值（包括焊接工艺变形值），采用N+1 连续匹配整体制造，连续匹配制作后，检验合格后安装临时匹配件。

4.3.2 钢箱梁顶推架拼装高程设置

根据桥梁设计纵曲线要素值，确定钢箱梁拼装节段顶面标高（成桥设计高程值），加上预拱度值后，反算顶推拼装架断面处的钢箱梁底板的支垫标高，每次顶推拼装前根据钢箱梁不同位置计算确定。

4.3.3 钢箱梁永久支座安装

永久支座安装在钢箱梁吊装前实施。支座安装的高程误差严格按照规范控制，支座垫石混凝土施工采用高度可调节钢模，方便垫石混凝土高程控制，平整度采用刮尺、打磨等方法，完全能够满足施工规范要求。

钢箱梁顶推吊装前，根据设计平面位置及高程在支座垫石上安装支座。顶推到位落梁时，钢箱梁落梁时用调平钢板调整箱梁高程，可以通过钢板支垫使钢箱梁与支座接触紧密，并与钢箱梁焊接。

4.3.4 落梁线形调整

在顶推到位后，重点控制墩顶处高程，满足规范高程误差要求±10mm。加密观测钢箱梁断面高程，通过支座处调平钢板适当支垫，确保钢箱梁线形满足要求。

落梁时需要准备若干个100～150mm 高的钢板垫，用于顶升、换手抽垫，使钢箱梁缓慢降落，在这一过程中监控支反力的变化、测量钢箱梁各断面的顶面高程。

4.4 钢箱梁成桥支反力的控制

钢箱梁成桥支反力的控制：在现行桥梁规范中只是参照混凝土梁控制，混凝土梁的支反力按照10%控制。在实际支反力控制时，先通过成桥状态的支反力计算，在实际落梁至支座顶面，调整钢箱梁的平面位置及高程满足监控（考虑成桥预拱度值）要求时，观测千斤顶的支点反力值，即钢箱梁“称重”。

5 结语

京沪高速公路改扩建工程新沂枢纽互通式立交跨连霍高速主线桥钢箱梁采用步履式千斤顶顶推施工，施工时结合现代信息化监控手段，对钢箱梁现场拼装、顶推全过程进行应力、变形监测，施工全过程的控制紧紧围绕安全、质量两大主线，对影响施工因素进行了全面的分析，针对顶推施工上述控制要点，及时制定有效的对策，控制措施到位，保证顶推施工的安全及质量满足要求。同时，在施工过程中确保了连霍高速的正常通行。