钢箱梁顶推施工关键技术

唐辉

（广东省水利水电第三工程局有限公司广东东莞523710）

0 引言

随着桥梁基础设施的不断建设，为保证桥梁施工的安全、经济性，施工技术也越来越需要寻求新的突破及变化。由于钢桥相对于混凝土桥来说，它自身重量轻，跨越能力大，目前钢桥的应用越来越广泛，钢桥的发展也使得顶推施工技术需要更进一步优化及研究。顶推常用于连续钢箱梁及混凝土梁施工，与支架施工法相比较［1，2］，顶推施工在造价上节约大量成本，并且更安全、便捷。顶推施工的设计主要有几大板块：分别为导梁装置、顶推装置、轨道装置［3］。如何根据项目实际情况设计出合理的顶推方案，将为工程建设提供技术支持。为寻找顶推施工关键技术，将对顶推施工主要几大装置进行进一步的研究。

1 工程概况

高陂临时交通桥在2 号墩～4 号墩为钢-混凝土叠合梁结构［4］，单跨跨度为48 m。叠合梁下部设计为开口式钢箱梁，上部为混凝土面板，通过焊接在钢箱梁上盖板处的剪力钉，将上、下部结构连成一体。梁上翼缘宽6.5 m，整个梁高2.8 m，高跨比为1/17.14。钢箱梁设计为开口式箱梁，钢材材质为Q345C，全桥设计为2 条钢箱梁，单片箱梁长47.92 m 。每片钢箱梁的设计预拱度为150 mm，预拱曲线设计为抛物线。开口式钢箱梁上盖板宽0.64 m，下盖板宽3.696 m，高H=2.44 m 。钢箱梁沿桥纵向按4 m 间距设置矩形横隔板，端部横隔板板厚为25 mm，其余为14 mm，每4 m单元内按1 m 间距设置U 形组合横隔板，板厚14 mm。上盖板厚30 mm，板宽640 mm。箱梁构造如图1所示。

图1 钢箱梁横断面Fig.1CrossSectionof Steel Box Girder

2 顶推施工工艺简述

本项目顶推系统共两种设计方式，一种是利用卷扬机牵引，另一种是利用千斤顶张拉顶推［5，6］。卷扬机牵引顶推速度较快，不易控制牵引速度；钢绞线张拉顶推速度较慢，速度好控制，通过经济、安全等多方面对比，采用钢绞线张拉进行顶推施工。钢箱梁的滑行轨道利用滑块进行滑移，滑块放置在槽钢的凹槽内。

本项目钢箱梁总共约280 t，分为7 个节段，每一个节段顶推到位后，在施工平台上进行下一个节段焊接施工，如此循环顶推，基本流程为：0#台～2#墩区域内搭设节段拼装及顶推临时平台→0#台～2#墩区域内安装顶推系统（千斤顶及滑板）→2#、3#、4#墩顶上安装落梁提升架及提升系统（卷扬机及滑车组）→安装导梁→钢箱梁分节段运抵拼装现场→钢箱梁工地整体拼装→拼装接头焊接及焊缝探伤检验→钢箱梁拼装现场补漆→钢箱梁分次顶推到位→两条钢箱梁切割分离及导梁拆除→落梁就位。

3 顶推施工关键技术

3.1 顶推装置

本项目顶推装置采用2 台50 t 的液压穿心千斤顶，通过1根钢绞线张拉推动钢箱梁滑动，钢绞线一端利用P 锚固定在支架上，另一端通过锚具夹片利用千斤顶进行张拉，为保证钢箱梁在轨道上能顺利滑移，在轨道槽钢凹槽内设置滑块（聚四氟乙烯橡胶板），并涂上润滑油减小摩阻力，根据以往施工经验，聚四氟乙烯橡胶板与钢材之间的摩阻力系数［7］为0.17，由于施工时增加的润滑油，故摩阻力系数取值0.17，不再进行扩大。本项目最大顶推重量为47.6 t，顶推力大于摩阻力，满足施工需要。

3.2 导梁设计

钢导梁系统由2 条变截面焊接H 型钢主梁及5 组横向支撑组成。主梁上、下盖板为t=16 mm 钢板，腹板为t=12 mm 钢板，材质Q235。横向支撑为角钢L100×10，材质Q235。

钢导梁与钢箱梁连接采用焊接，焊缝100%超声波探伤，钢箱梁顶推到位后火焰切割导梁，导梁作为顶推施工中关键技术，它的强度以及刚度关乎整个顶推体系统的安全，导梁的设计除要满足顶推体系统的安全之外，还要经济。导梁的设计主要从以下3 个方面考虑：

3.2.1 导梁的长度

导梁长度的设计主要与顶推的跨度以及钢箱梁自重有关，如果导梁设计较短，由于场地限制，第一次顶推时钢箱梁本身长度受限，则无法满足施工要求。导梁太长会造成端头整个重量增加，使得重心在前［8］，构件不稳定，同时又增加了成本，通过计算对比，导梁长度一般为跨度的55%～65%，本项目导梁长度为26.575 m。

3.2.2 导梁的重量

导梁的重量与首次顶推时顶推跨度有关，如导梁过重会导致第一次顶推时重心处于第一跨中，从而导致整个构件不稳，向前倾倒。如重量较小，势必造成导梁的强度和刚度不足，因此在设计导梁时要通过结构形式增加导梁自身强度和刚度，同时尽量减少导梁自身重量，导梁重量一般为单跨箱梁的15%左右。

3.2.3 导梁与钢箱梁接触位置的刚度比

导梁刚度与箱梁接触位置存在刚度的突变，导梁在此处位置的刚度应与箱梁刚度相协调，若刚度相差太大，造成钢箱梁和导梁接触部位局部受力不合理，导梁刚度与构件刚度比为1∶10，钢导梁如图2所示。

图2 导梁立面Fig.2 Elevation of Guide Beam

3.3 拼装平台设计

拼装平台由贝雷架纵梁、横向分配梁、钢箱梁滑移轨道梁、短立柱、槽钢滑槽、滑板、滑槽限位块、轨道梁水平支撑、施工工作平台及栏杆等组成。纵梁选用加强型6 组贝雷架，布置在桥梁0#台～2#墩桥位区域内。横向分配梁选用工字钢I25a安装在贝雷架顶面，沿桥纵向按2 m的距离布置。为克服钢箱梁移动而产生的水平摩擦力而设的短立柱选用工字钢I28a，布置在0#桥头承台顶面、1#及2#墩顶盖梁上，其上下端均采用焊接方式分别与轨道梁及墩顶面固接。

轨道梁由3 条I25a 工字钢组成沿桥纵向支撑在横向分配梁上，采用间断焊连接，用于3#墩顶支撑系统。滚轮装置由支座钢板、滚筒、滚轴及轴承组成。滑板装置由［28a槽钢、四氟滑动支座组成。为防止轨道梁产生横向倾覆而设的轨道梁水平支撑选用I25a工字钢，在0#台及2#墩顶处呈K字型布置，在1#墩顶处呈一字型布置。工作平台及栏杆布置在拼装平台两侧及贝雷架下弦杆上，选用钢平台及钢栏杆。

3.4 横向限位装置

横向限位装置［9］及纠偏装置布置在1#、2#、3#墩顶盖梁上，由工字钢I28a 限位座及滚轮装置组成，附着在分配横梁或提升支架上，当发生偏移后用50 t 千斤顶进行纠偏矫正。

3.5 落梁装置

落梁提升架［10］由立柱、柱间支撑、连系梁及横向分配梁组成，安装在2#、3#、4#墩顶盖梁上。立柱选I28a 工字钢，单个落梁架共12 条，柱顶水平连系梁选用I28a 工字钢，单个落梁架共8 条。横向分配梁选用叠加双拼I28a 工字钢，单个落梁架共计3 组，提升系统采用六轮滑轮组配φ 21.5 mm 钢丝绳，起重绳采用6×37+1φ 60.5钢丝绳（见图3）。

3.6 顶推过程施工监测

由于顶推施工危险性较大，为保证施工过程临时结构及主体结构的安全可靠性［11］，对顶推过程进行全程监控。

3.6.1 横向位移监控

根据导梁及钢箱梁结构形式，横向位移监测选择在顶面中线位置布置小棱镜，间距为10～20 m 一个，根据顶推工况，分别在顶推前、中、后进行监测，监测设备采用全站仪进行观测，根据全站仪观测的数据判断施工过程中钢箱梁及导梁的横向位移。同时为保证主体结构在水平力作用下墩柱位移未超过规范限值，采用相同的方法对墩柱进行监测。

图3 落梁装置Fig.3 Beam Dropper

3.6.2 导梁挠度监控

顶推施工过程中，导梁主要受强度和刚度的影响，由于挠度最大位置位于导梁端部，其挠度监测点选择布置在端部断面上，根据监测要求，横向位置共设置2个监测点，监测在顶推前、中及抵达墩柱前的位移，并将监测结果与理论计算结果进行对比，由此判断出导梁的安全性。

3.6.3 钢箱梁、桥墩、临时墩应力监测

为保证主体结构受力要求，将对墩底部、钢箱梁底部位置进行应力监测，墩底采用埋置式应变计，钢箱梁底部采用表贴式应变计，采用应变仪进行应力采集，并将实际数值与理论数值进行对比，保证主体结构的安全性。

3.6.4 落梁时永久支座反力的监测

钢箱梁顶推到位后需要进行落梁，为保证落梁时支座的安全性，需要对支座应力进行检测，并根据实际检测结果调整支座高度。

4 结语

通过高陂钢箱梁顶推施工方案设计与实施，对顶推施工设计的关键指标进行更进一步的总结，特别为合理、快速选取导梁长度、刚度、重量三大方面的参数提供了经验范围，为后续顶推施工提供技术指导。