复杂线形钢混组合梁顶推施工技术

朱庆庆，张 何，任 伟

(1.中交路桥建设有限公司，北京 100007； 2.长安大学 旧桥检测与加固技术交通运输行业重点实验室，陕西 西安 710064)

0 引 言

顶推施工方法是指在桥墩或桥台纵轴方向的后方设主梁预制场地，分节段或全部预制上部构造，通过设置在后方的水平千斤顶将梁段顶推出拼装平台，不断地重复循环，直至梁体顶推到位[1]。中国在陕西西延线狄家河铁路桥和广东东莞万江公路桥采用单点顶推法施工，在湖南沩水桥的施工中首次采用多点顶推[2]。近年来，中国顶推施工技术发展迅速，各种桥型、公铁桥梁都有顶推法施工案例[3]。但是，绝大多数成功案例均是在直桥上实现的，位于平曲线上的桥梁由于空间姿态控制难度大，施工案例相对较少，也缺乏成功经验[4]。

综上，本文以集通高速黎明互通匝道桥为依托，从钢箱梁组拼顶推、临时设施设计、监测等方面对复杂线形钢混组合梁顶推施工技术展开研究。

1 依托工程

1.1 桥梁概况

集通高速黎明互通匝道桥上跨段桥梁采用钢混组合梁结构，钢混组合梁截面为单箱双室，由预制闭口钢箱梁和现浇混凝土桥面板通过抗剪连接器组成。钢箱梁底宽6.56 m，桥面板宽10 m。底板横向均为水平，桥面横坡由钢箱内外侧高度不等腹板形成。钢箱梁跨径为(33+52+33)m，全桥质量为563 t。钢梁根据实际情况共分为5个制作段，各段长度分别为22.977 m、20.000 m、32.194 m、20.000 m、23.138 m。钢箱梁位于半径R1=1 800 m、A=155 m、R2=290 m的曲线上，桥面横坡由2%渐变到4%，上跨既有高速公路，与既有高速公路交角144.4°。

1.2 实施方案

根据设计意图，在既有鹤大高速公路桥梁上部设置临时支架，并在桥下相同位置设置临时支架，使桥上、下作用点相互对应，保护既有桥梁结构安全。在设计阶段，既有高速公路暂未通车，该方法可行。在施工阶段，该高速公路已投入运营，长时间封闭高速公路会造成较大的社会影响。吊装完成后，在既有桥梁上设置支架也会对桥梁结构造成影响，后期监控及修复等费用高昂[5]。

为避免长期封闭交通，尽量少利用或不利用既有高速公路桥，经计算分析后决定将钢箱梁吊装改为钢箱梁顶推方案[6]。

图2 临时支架平面布置

2 钢箱梁顶推关键技术

2.1 临时设施设计

2.1.1 支架设计

根据模拟分析，该段钢箱梁从大桩号向小桩号顶推，轴线偏位较小。原计划在拼装区域搭设10个支架，将5段钢箱梁全部吊装完成后，进行顶推作业。该施工区域位于河道内，若全部吊装后顶推，河道将被严重压缩。考虑上游泄洪的影响，将拼装方案改为先拼装3段，待顶推1段后，再吊装第4段，顶推完毕再吊装最后1段。该方案既可减少支架搭设，节约材料，又有利于顶推过程中纠偏控制。

支架是由Φ630 mm×10 mm钢管、Φ426 mm×9 mm钢管、双拼HN700型钢纵梁、双拼HN700型钢横梁焊接成的桁架结构，高度为19 m左右，支架上面布置滑道梁及纠偏装置设施，如图1所示。

图1 临时支架设计

临时支墩的具体布置如图2所示：17#永久墩处设置ZJ1作为落梁支架；18#、19#永久墩处布置顶推及落梁支架，编号为ZJ2、ZJ3；拼装及顶推临时支架共计7个，编号为ZJ4～ZJ10；为缩短跨径，在鹤大高速分隔带间设置单排支架ZJ9作为顶推支架。

为确保支架的整体稳定性，支架ZJ3、ZJ4、ZJ5之间采用Φ325钢管连接；ZJ9为单排支架，在较大水平推力的作用下容易发生倾覆，故在ZJ9与ZJ3之间采用3根钢丝绳水平连接，用钢丝绳抵消顶推过程中的部分水平推力。

2.1.2 导梁设计

为加大顶推跨度，减小顶推过程中的钢箱梁内力，导梁的设计尤为重要[7]。在导梁设计时充分考虑钢箱梁的自重及刚度，选择合理的导梁材料及长度。

在工厂内制作导梁片体，然后运输至安装现场，在地面上焊接成整体之后吊装。导梁由HN700型钢焊接而成的2个片体组成，片体之间由7根Φ325 mm×6 mm钢管连接。导梁长度宜为最大跨度的0.75倍，根据钢箱梁的最大跨度，设计为24 m；梁宽度与钢箱梁一致，为6.5 m；导梁与钢箱梁边腹板采用焊接形式，可更有效地传递应力，焊缝等级为全熔透焊缝。钢箱梁吊装完成后，进行导梁吊装。

2.2 横向位移适应装置设计

该段钢箱梁处于复杂曲线段，在顶推过程中，需实时改变纠偏限位装置的位置，起到动态纠偏的作用。因此，顶推过程横向位移适应装置的设计尤为关键[8]。

此次纠偏装置分2种形式设置，一种为常规设置，即在临时支架两侧设置反力座，在反力座处设置千斤顶，在钢箱梁顶推过程中通过改变千斤顶的行程，调整钢箱梁线形。该钢箱梁位于复杂曲线段，且曲线半径较小，在顶推过程中，钢箱梁呈现摆头摆尾的运动轨迹，又因临时支架间距较大，前端纠偏行程有限，很难将钢箱梁前端纠偏到位。因此，在顶推过程中，采用另一种装置辅助钢箱梁纠偏[9]。该装置采用螺栓连接，固定在钢箱梁底板中间，每间隔30 m设置一个固定式拉锚器，拉锚器下部设置一个开口，方便钢绞线自由进出固定式拉锚器中间预留孔。在顶推过程中，固定式拉锚器使钢绞线呈折线状，钢绞线为钢箱梁提供向前的拉力以及在固定拉锚器位置提供向内弧的推力，使钢箱梁在钢绞线力的作用下向内弧移动，从而减小导梁横向偏移，降低纠偏工作量[10]。

2.3 钢箱梁顶推形式

钢箱梁节段拼装成整体并安装导梁后，采用连续顶推千斤顶拖拉，千斤顶通过预应力钢绞线与拉锚器连接，将梁段顶推就位后，整体落梁。

根据钢箱梁质量及摩阻力大小，采用1台200 t连续顶推千斤顶，顶推速度约为0.2 m·min-1。千斤顶配6根Φ15.2 mm预应力钢铰线，固定在支架ZJ3上部，拉锚器安装在钢箱梁尾部。在顶推过程中，根据钢箱梁轴线偏差调整尾部拉锚器位置。

2.4 导梁上墩技术

为防止导梁在接触临时支墩滑道时出现无法上墩的问题[11]，在滑枕两侧设置斜坡，导梁前端也设置与滑枕相同坡比的反向斜坡，防止导梁与滑枕接触时水平推力过大，影响临时支架整体安全。

既有高速公路桥中央分隔带之间为单排支架，且与钢箱梁轴线斜交，在顶推过程中，内弧导梁先与单排支架上部滑枕接触。考虑到单排支架稳定性较差，不易控制内弧导梁上支墩时的水平推力，在施工过程中，将该单排支架标高降低5 cm，待外弧导梁通过滑枕后，再将导梁缓慢落到滑枕上，单排支架开始受力，结构更加安全。

2.5 滑枕抄垫

由于梁段设置预拱度，顶推过程会存在局部滑枕脱空现象，若不及时处理，可能导致钢箱梁跨径变大，对钢箱梁及临时支架的受力影响较大。因此，在顶推过程中需要实施抄垫。

通过计算机模拟顶推过程，按每5 m一个工况进行分析，统计顶推过程中各支点的悬空高度，及时进行抄垫。若顶推过程中个别支点抄垫过高，导致其他支点脱空，且继续顶推后脱空更大，应立即停止顶推，利用千斤顶将钢箱梁顶起，取出抄垫后施工。

2.6 钢箱梁顶推监控

在钢箱梁顶推过程中，为保证安全施工，对关键构件、支撑的受力和变形情况进行观测[12]。在监测过程中，采用GPRS自动传输信号，软件自行采集数据，当实测应力值或变形值大于规范限值时，将即时预警，待采取处理措施后方可继续施工。

本次顶推共布设30个振弦式表面应变计、5个倾角计，分别布置在导梁、主梁及临时支墩上，具体布置如图3～5所示。

图3 主梁测点

图4 导梁测点

图5 临时支墩测点

通过安装应力片及倾角计，及时收集顶推过程中导梁、钢箱梁及支架的受力数据，分析顶推过程中钢箱梁、导梁及支架的受力状态，及时进行调整，指导现场施工(图6)。

图6 顶推过程

3 结 语

针对复杂线形桥梁顶推过程中梁体姿态控制难度大，缺乏施工案例和成功经验的问题，本文对复杂线形钢混组合梁顶推施工技术展开研究，得到以下结论。

(1)对顶推施工临时设施和横向位移适应装置的设置、钢箱梁顶推工艺、导梁上墩方法、滑枕抄垫等技术难点进行了详细的说明。

(2)对顶推施工监测中的过程控制、结构安全、变形、姿态调整问题进行论述。

(3)在顶推过程中，钢箱梁、导梁及支架应力变形指标未超出规范要求，安全余量较大。且桥梁下部高速公路正常运行，对交通的影响被降到最低。