市政道路钢箱梁桥顶推设计与施工工艺

原婷婷 山西机械化建设集团有限公司

1 前言

顶推是桥梁建设中较为常见的施工工艺，以千斤顶为主要装置，由其提供水平推力，在滑块的辅助下促进梁段向前移动，到位后精准落梁，再更换正式支座。顶推施工期间有诸多细节，各处细节的施工质量均会直接对顶推作业安全性和最终的顶推效果造成影响，因此需加强技术探讨，以便设计出更加科学的方案，并由施工人员有序开展梁段顶推作业，最终将钢箱梁设置到位。

2 工程概况

某大跨径桥梁工程，主梁以悬臂现浇法施工成型，为等截面钢箱梁，单箱5 室，顶、底板宽度分别为22m、16.06m。道路设计中线处梁高1.4m，顶板设置双向1.5%横坡，底板水平，上部结构采用的是分离式单式箱梁，整体为（50+80+45）m的三孔连续钢结构。工程底板宽17.5m，过渡型桥墩施工材料采用强度等级为C30的混凝土，主桥墩施工所用混凝土的强度等级为C40。考虑到钢箱梁质量可靠性、施工安全性及便捷性多项要求，施工单位决定采用顶推施工技术，将钢箱梁有效顶推到位。具体至实际施工环境中，桥位区地质条件较差，淤泥层厚度约12m，若要采用支架法，必须对现场的淤泥做有效处理，否则支架在使用期间有下陷的情况。

3 钢箱梁顶推装置

顶推采用ZLDB2 自动连续顶推泵站系统，核心组成包含千斤顶、连续泵站、闭合控制系统等。行程开关作为动作传感元件，可采集千斤顶活塞的位置信号，及时传输给主控台，根据现有运行状况生成调控策略，向泵站传送相应信号，由泵站做出响应，借助电磁阀控制千斤顶的动作，实现精细化顶推。顶推系统的运行采用到电气控制机制，控制柜内集成各控制元件和显示元件，便于高效操控。千斤顶以两台为一点，分别在两台之间设一处泵站，反顶架处布设两台千斤顶。主控台是重要的调控装置，将其布设在顶推的平台上。在钢箱梁纵腹板外侧以锚固的方式稳固钢结构，防止失稳。在箱梁前后端配置两套锚固钢结构，在临时墩千斤顶及箱梁前端锚固钢结构间穿入钢绞线。

4 常见钢箱梁施工方案及选择

4.1 悬臂顶推安装法

在钢箱梁桥的施工中，悬臂顶推法的常见形式有如下几种。

（1）后台处规划拼装场，在该处完成钢箱梁节段的拼装作业，待各节段完全拼装到位且经过检查后，将成型的钢箱梁向前顶推，实现悬臂过跨操作。

（2）拼装场内有序拼装各钢箱梁节段，再将其向前顶推，直至完全到位为止。在此方法中，未涉及导梁操作，仅需及时设置后续各段的下滑道即可。但结合工程实际环境展开分析可以发现，整个桥距后台约20m处有矩形涵洞，由于该建筑物的存在，加大箱梁拼装场的布置难度，在实际施工中必然存在诸多难点。

4.2 分节段顶推安装法

于0号台和1号墩间搭设拼装平台，以便开展分节段顶推作业，此方法能够解决现场场地不足的局限性。在拼装场的设计中，考虑到分节段顶推安装的便捷性要求，在两侧通长布置下滑道，以便在钢箱梁拼装后可借助该设施顶推到位。

4.3 钢箱梁顶推施工工艺分析

根据桥梁工程的现场条件不难发现，分节段顶推施工工艺在钢箱梁安装环节更具可行性。施工中，沿横向将钢箱梁划分为6 个节段，沿纵向分为7个，共产生42 个节段，在此划分方式下，顶推节段长度9.2m～12.5m，最大顶推节段重241t。外侧墩柱通长布置，在配套钢管柱的支撑作用下，保证下滑道的稳定性。在0号台和1号墩间规划节段拼装平台，具体由横向、纵向工字梁构成。根据各节段的规格，适配的吊装设备为200t汽车式起重机，布设位置在0号台后路基上，先完成节段的拼装作业，再顶起节段，在滑块的辅助下将其支撑在下滑道上，精细调控布设在节段梁尾部的千斤顶，以便有序向前顶推，按该方法施工后，各节段前行到位，逐步将拼装台位置腾出，以便继续进行后续节段的拼装作业。

5 下滑道、拼装平台及滑块的设计

5.1 下滑道的设计

沿外侧墩柱布置下滑道，每侧下滑道均含有2片工字梁，共设置3跨，边跨、中跨的下滑道梁高分别为1.8m、2.0m。考虑到滑块在下滑道中顺畅滑移的要求，对下滑道工字梁上翼缘做连接处理，构成完整稳定的整体，并在该连接作业后对接头做适度的打磨。下滑道顶面与钢箱梁底部的距离以35cm～38cm较为合适，基于支梁计算法则，确定单侧滑动承重量，约为870t，尽可能使下滑道荷载的分布具有均匀性。

5.2 拼装平台的设计

以纵梁和横梁为主要构件，共同组成拼装平台。纵梁采用的是工字梁，梁高1000mm，将Φ630mm×10mm钢管立柱支撑于承台上，用于维持主体结构的稳定性。横梁也采用工字梁，梁高调整为600mm。按简支梁计算，合理布设纵梁和横梁，正常状况下横梁最大荷载约为195kN。

5.3 滑块的设计

钢箱梁桥顶推滑块设计的重点考虑对象为箱形垫块，此装置应具有合理性。箱形垫块的布设位置以钢箱梁和下滑道之间较为合适，在滑块顶部镶嵌方木，起到顶托钢箱梁底部的作用，用于维持钢箱梁的稳定性。滑块底部钢板厚度为40mm，各节段底部的滑块数量均为16 个。在设计时，可将滑块受力集中作用在竖向力上，通过多个滑块的共同应用，达到有效支撑顶推节段的效果。在安装滑块时，需要将钢箱梁顶起，在做出顶起的动作后，滑块处于两点受力的状态，需根据实际工况合理计算滑块的受力，有效避免受力异常。

6 钢箱梁安装的技术要点

6.1 钢箱梁分节段组拼

（1）合理设定吊装分节段外形尺寸，以便高效完成分节段组拼作业，在本工程中，将该尺寸设为14.5m×6.1m×1.5m，自重约为41t，进而根据尺寸和重量适配作业设备，即200t汽车式起重机。

（2）在钢箱梁分节段组拼作业前，先安排200t 汽车式起重机就位，工作人员站在0 号台后路基上，协同起重设备有效完成分节段吊装作业。为保证安全和效率，从中间开始向两侧以对称的方式吊装各节段，此外配套Φ200mm无缝钢管，作为支撑装置使用。

6.2 钢箱梁节段顶推

顶推千斤顶的运行性能将直接影响到钢箱梁节段的顶推效果，因此合理选型至关重要。在设备选型时，以最大节段的重量为主要出发点（达到241t），滑块和下滑道之间钢与钢接触，两者间的滑动摩擦系数为0.05～0.10。顶推施工流程图如图1所示。

（1）阻力系数增加至3 时，滑块和下滑道间产生的最大摩擦力超过1000kN，为保证钢箱梁节段顶推作业的顺利进行，配套2 台150t 的千斤顶，两者联合作业。

（2）顶推反力架结构设计方面，考虑的是反力架、调节行程方管等设施，做好各部分的设计工作，进而共同构成完整的反力架结构体系。反力架用螺栓锚固，与下滑道工字梁上翼缘保持连接关系，根据工程施工要求，可及时调节方管，例如将其适量向外抽出，以此保证千斤顶不受到其他因素的影响。

（3）钢筋梁节段顶推环节，先将箱梁顶起，在梁底下滑道工字梁上完成滑块的安装作业；为降低滑块和下滑道的摩擦力，在两者间涂抹适量的黄油，用于润滑；对钢箱梁节段尾部对称部位，也需配套顶推千斤顶等相关设施；此外，对反力架与工字梁做连接处理，使两者稳定结合于一体。

6.3 钢箱梁节段组拼及支座安装

（1）临时支承固定。钢箱梁顶推至设计位置后，检测并对其平面位置、标高做灵活的调整。①支座端。在支座两侧布设液压千斤顶，在其辅助下，调整平面及标高位置，直至达到要求，换成Φ200mm 无缝钢管承。②非支座端。液压千斤顶布设位置规划在下滑道处，并做精细化的调整。

（2）节段组拼对位。有效调整节段间的拼缝，确认无误后用码板固定，确保接缝的高差被控制在许可范围内；待钢箱梁各节段组拼成型后，安排环缝及嵌补段的焊接作业，构成完整、稳定性的钢箱梁，而后拆除设置在下滑道上的各支点（对于布设在支座旁边的支点，则予以保留），将支座安装到位。

（3）支座的安装。将支座锚栓安装到位，待钢箱梁总拼结束后，拆除设置在滑道上的临时支承，根据梁底支座垫板的检测情况做调整，使其准确就位，而后用千斤顶向上托起支座，直至支座上座板与梁底支座垫板保持紧密贴合的状态，对位后，对上支座与梁底支座垫板做焊接处理。针对支座下座板及锚栓孔，用位能灌浆法对其做填充处理，注入其中的灌浆料逐步固结，待实测强度达到要求后，解除支座旁的支承钢管。经过前述各项操作后，即可使支座受力并开始工作。

6.4 落梁

钢箱梁成型后，解除原本设置在分配梁、下滑道等与支墩间的联系，解除彼此间的连接，拆除支架的分配梁、下滑道等相关装置。落梁设备采用的是500t千斤顶，由8台该规格的设备同步作业。分别在各支墩上布设2 台500t 千斤顶，听从专员的指挥，协同作业，将落梁同步率控制在10mm。在落梁期间加强观察，若梁底距支座顶面约为50mm，及时停止落梁，取多层钢板进行抄垫。灵活调控水平千斤顶，借助该设备完成对钢梁纵横向位置的调整，使其完全满足要求。

7 钢箱梁顶推的质量控制措施

（1）在启用顶推系统前，先检查行程开关的位置并做有效的调整；检查系统电源，保证电力供应的稳定性；清洁干净油液，按照精度至少为20μm 的要求对油液做过滤处理，并随着施工进程的推进，定期更换油液。

（2）每次顶推时，均安排梁段中线标高、滑道顶标高的检测，对比分析实测数据与设计值，判断两者是否在许可范围内，若超出则加以调整。顶推期间有顶推力异常升高的情况时，随即暂停顶推作业，查明导致该现象的关键原因，采取针对性的处理措施。其中，四氟板异常往往是顶推力急剧升高的关键诱因，因此需加强对该部分的检查。

（3）节段顶推有序进行，初期先推进5cm，停止并回油，再推进5cm并停止、回油，按照此方法重复2～3次，目的为检查顶推设施及各滑动面的情况，判断是否有顶推设施故障、滑动面松动等问题，若有则及时处理，若无误则正式顶推。此外，由专员加强对导梁和箱梁的检查，若有构件变形、螺丝松动、导梁与钢箱梁连接部位变形等问题，需随即暂停顶推作业，查明出现该问题的原因，妥善处理。针对顶推时出现的各项故障，均要完整记录信息，包含故障类型、处理方法、处理效果等。

（4）加强观测也极具必要性，重点考虑的是梁体中线偏移、墩顶水平及竖向位移，若实际观测结果显示某项指标存在偏差，则及时用千斤顶调整，达到动态纠偏的效果。墩顶位移观测极具必要性，观测结果可用于反映施工情况，为此将设计允许偏位作为最大偏位值，换算坐标，全流程观测（施力开始至梁体开始移动），若实测结果显示位移超出最大值，则随即暂停作业，根据实际情况调整各千斤顶的拉力，有效纠正偏差。各临时墩均有对拉水平预应力索，得益于此材料的应用，顶推时墩顶水平纵向位移得到有效的控制，该值普遍较小。顶推到梁段时，检查梁段的位置，判断是否准确，且必须在温度较为稳定的时间段将其顶推到位，根据温度计算测定梁长。从一日内的温度变化情况来看，夜间的温度相对稳定，在此时段将梁段顶推至最终位置具有可行性。最后一次顶推时，以小行程点动的方式进行，以提高施工的可控性，针对实际情况及时纠偏。

8 结束语

综上所述，在钢箱梁桥施工中，钢箱梁节段的顶推属于重点作业内容，相关工程人员需合理应用分节段顶推安装技术，有效保证顶推的作业精度。在顶推时加强检测与纠偏，最终将钢箱梁节段顶推到位，构成完整的钢箱梁结构体系。从实际应用情况来看，钢箱梁顶推时顶推设备的配置较为简单，运行稳定性较好，且具有便捷操作的特征，即便现场存在狭窄、环境复杂等特殊的情况，在合理规划、员工有序配合之下，也依然能够顺利完成顶推作业。