钢结构桥梁施工中顶推滑移法的应用

张书含 果 冰

（1.黄茅海跨海通道管理中心，广东 广州 519000；2.中铁山桥集团有限公司，河北 秦皇岛 066205）

0 引言

目前钢结构桥梁应用广泛，在该背景下产生了许多桥梁施工方法[1]，由于钢结构桥梁施工工作十分复杂，需要在保证承载力的基础上提升桥梁施工准确度，避免出现桥梁结构不稳定的问题，导致其施工难度较大。为了提升施工效果，目前已经有学者研究了桥梁施工技术，例如林明枢提出了一种全封闭防护挂篮施工技术[2]；刘俊峰提出了一种大跨度梁拱组合钢结构桥梁施工技术[3]。但以上方法难以降低钢结构桥梁施工误差。顶推滑移法效果较好，方式简单，对起重设备、牵引设备要求不高，应用优势明显，该方法将施工分为3个主要环节，即在现场施工场地或工程段固定场地中对桥梁段进行拼接施工、对现场的临时性结构与永久性结构进行预应力张拉施工和通过场地中的顶推滑移装置对梁体进行依次或逐段顶进，保证了桥梁的施工效果。为了解决以上方法存在的问题，该文将顶推滑移法应用到该领域，设计了一种基于顶推滑移法的钢结构桥梁施工方法。

1 桥梁工程项目情况

该文基于某桥梁工程设计施工方案。已知其结构为典型钢结构，整体钢结构质量为1200t且桥梁道路设计为双向六车道。在施工过程中将桥梁跨河部分的箱梁分为四等份，每段箱梁的长度为28m，宽度为4.36m，质量为120t。由于该桥梁工程单段箱梁质量较大，分段长度较长且施工环境复杂，导致施工难度较大。为了详细了解该项目，桥梁工程项目概况见表1。

表1 桥梁工程项目概况

2 基于顶推滑移法的钢结构桥梁施工方法设计

2.1 设计钢结构主体梁结构顶推施工工艺与流程

顶推滑移法即需要按照条状单元形状分割梁结构，再将分割后的梁结构预先铺设在滑移轨道上，由一端滑移到另一端，在就位后进行总拼。为了确保钢结构桥梁工程的施工效果，该文将顶推滑移法作为钢结构桥梁工程的主要施工工艺，参照工程需求设计了如图1所示的施工流程。

由图1可知，当拼装钢结构桁架时须先修建临时反力桩，铺设铁轨后再进行桥梁结构中主梁的吊装施工，当施工时须安装前导梁、临时滑动台座、顶推牵引系统、纵向顶推千斤顶以及纠偏装置。安装完毕后拆除前导梁、后顶梁、滑动台座和纠偏装置，最后进行腹杆拼装，完成工程项目施工流程的设计。

图1 钢结构主体梁结构顶推施工工艺流程

2.2 布置施工现场液压顶推滑移装置

在设计完钢结构主体梁结构顶推施工工艺与流程后，需要布置液压顶推装置。该装置整体结构属于组合式，在该装置设置上、下支撑板，前端用于驱动与水平滑移，使抬升的结构在操作面上呈现水平摩擦状态，为装置运行提供驱动作用力。将装置的另一端与顶升装置进行衔接来承载自重。下支撑板需要起承重导向以及径向限制构件水平位移的作用，为了降低滑动摩擦系数的影响和保证压顶推滑移装置的顺利移动，须矫正滑移面平面度变形，焊缝接口处应打磨平整且在正式滑移前涂抹黄油润滑轨道和各个接触面。该液压顶推滑移装置立面全貌如图2所示。

图2 施工现场液压顶推滑移装置立面示意图

在实际操作过程中，该装置主要由4个部分构成，分别为“缩”“降”“推”“顶”。当施工时，利用该装置整体顶起主桥结构，使用顶升与平移联合操作相结合的方式向前推动气缸（图3），使主桥整体结构下降并置于桥梁支撑结构上[4]。完成上述工作后继续驱动装置推动油缸，推动完成后回收相应装置。以上过程是顶进施工的主体步骤，重复上述操作即可将桥梁主梁结构顶推到预设位置。

图3 推行程

2.3 顶推施工与落梁施工

为了保证桥梁工程的顺利施工，需要解决顶推施工过程中结构与轨道之间摩擦过大的问题来保证顶推施工的合理性。可以在顶推轨道与滑动结构之间多次涂抹润滑试剂来减少摩擦，再操作吊车将钢梁水平放置于轨道结构上，做好信息标注，避免当施工时出现结构偏移问题。需要使用千斤顶作为辅助支撑工具，根据工程实际施工需求，这次选择的千斤顶为10.0t结构设备[5]。施工前在桥梁底部托梁边缘位置安装2块挡板，将顶进设备与梁体结构放置于挡板结构的中间位置，以平稳的速度持续推进，当推进时应注意钢梁两端受力均匀。当滑块顶进施工时容易出现滑动摩擦，需要将滑动摩擦力控制在0.05～0.10，即钢梁两侧需要同时受到3.0t～6.0t的有效推力，确保当结构推进施工时两端受力均匀且能够平稳移动。

吊车梁与柱子有一个连接点，这个连接点需要受力，为了满足承受力需求通常将其做得足够粗大，这个足够粗大结实的接点托梁即牛腿梁。钢结构梁身质量极大，为了具备足够的承受力来顺利安装梁体结构施工，需要安装牛腿梁。在对接前，需要分析梁体支座的受力情况来得出牛腿梁应承受力的区间。由于牛腿梁主要承受竖向支反力的作用，因此该文主要研究竖向支反力。一般情况下，当超载时竖向支反力的影响较大，偏载作用下支座反力增幅更大。支反力的增加会使支座承受更多压力，在上述分析的基础上对桥梁支座在正常及超载情况下的承压进行计算，如公式（1）所示。

式中：Z为牛腿梁承压面积，Y为桥梁压力标准值；U为汽车荷载计入冲击系数。

在工程施工中，通过施工监测判定工程施工精度，采用便携式支座综合测量法抽取监测值与理论值，其对比表见表2。

表2 监测值与理论值的对比表

在这个基础上设计牛腿梁面积和承受力。考虑到滑移轨道位于混凝土梁体面层，当进行滑块推移时，梁体结构的标高会高于工程预设标高且结构中的牛腿宽度仅为300.0mm，预留位置不能满足千斤顶的放置需求[6]。当落梁施工时，需要根据梁体结构的布置情况在两端位置加装一个“弯钩”形状的刀头，将该刀头作为假头来为落梁提供必要的支撑作用力。

假头作为推滑移装置中最薄弱的承重部件，需要对其进行挠度和抗弯强度的校验来确保正常使用。

挠度计算[7]如公式（2）所示。

式中：I为界面惯性矩（mm）；E为钢材弹性模量（Pa）；l为钢材长度（mm）；q为钢材的均匀荷载（N/mm，其均匀荷载计算公式为q=G/L，G为钢材重力，L为钢材长度）。

由公式（2）计算出挠度，该数值必须小于机械手册对应钢材的最大挠度。

抗弯强度核算[8]如公式（3）所示。

式中：σ为弯曲强度（MPa），Wmax为挠度强度的倒数，M为弯矩（N·m），P为钢材重力（N）。

由式（3）计算出弯度强度，该数值必须小于机械手册的对应钢材的最大挠度。

当钢梁下落时要保证顶升结构及时下落，使梁体结构成功对接牛腿梁，还应精确计算钢梁的尺寸与结构受力。如果采用预制的方式设计制作假头，需要在桥梁工程施工作业现场通过焊接的方式连接各个结构，使用滑移装置将箱梁顶进至指定位置，在假头底部进行结构架设[9]。工字钢结构是一种截面形状为工字型的型钢结构，具有抗弯能力强等优势，为了保证桥梁的使用寿命，该文在架设施工中使用工字钢结构支架，采用逐层搭接的方式对支架进行搭设衔接。再使用10.0t千斤顶将结构顶起，对钢结构梁体中的加长段进行切除处理，再抽掉支架中的层级结构，使钢梁在主体结构中下降一层。这时，假梁头位于结构支架外侧，继续抽取支架进行结构的二次顶起处理。按照上述步骤不断循环处理，直到结构落降到指定位置后即可完成循环。然后需要拆除施工现场的临时性结构，测量与校正桥梁中所有的构件，如果结构拼接无缝或施工结构尺寸与预设结构尺寸有误，需要继续上述操作，如果尺寸无误则完成桥梁施工，至此完成基于顶推滑移法的钢结构桥梁施工方法的设计。

3 试验分析

在明确该桥梁工程项目的基本概况后，应用该文上述研究方法对该项目进行安装试验。为了保证试验有效性，将文献[2]、文献[3]方法作为对比方法，划定3处测试位置，不同测试位置均具有相同的结构，对不同结构进行标号，一共5处，不同结构的名称见表3。当测试时将各个施工位置处的结构误差和承载力大小作为评判指标，要求在完成施工后各个施工位置的结构误差均在表2的允许范围内，结合具体施工条件，各个标号处的承载力也需要在35.0×105kPa～50.0×105kPa的范围内，如果承载力更高须同样符合施工质量标准。

表3 钢结构桥梁各结构允许误差对应表

利用亦力DS-32E水准仪测量各个结构间的施工误差，将得出的数据绘制成表4。

由表4可以看出，按照三种方法完成施工后，钢结构桥梁各个结构误差均在允许范围内，可知三种方法的施工精度符合要求，但与另外两种方法相比，该文方法的结构误差更低，最低仅为1.5mm，另外两种方法的结构误差最低分别为2.1mm和1.8mm，远远大于该文方法应用后的结构误差，证明该文方法的结构施工精度更高。分析应用三种方法后各个箱梁分段的承载力可知承载力均符合标准范围要求，但是该文方法在其中两段的承载力优于施工设计图纸的标准，承载力最高可达到58.3×105kPa，而另外两种方法的承载力最高仅为54.8×105kPa和53.4×105kPa。由此可知，无论在结构误差还是承载力方面，该文方法的应用效果都不错，能够提升应用后的施工质量。

表4 三种方法施工后钢结构桥梁施工效果对比表

综上所述，该文提出的方法在应用后能够得到更好的施工效果，可以保证施工质量，保障施工安全。

4 结语

该文研究了一种基于顶推滑移法的钢结构桥梁施工方法，从设计钢结构主体梁结构顶推施工工艺和流程、布置施工现场液压顶推滑移装置和顶推施工与落梁施工3个方面完成对工程施工方法的细化设计。通过试验证明了该文设计方法具有更高的结构精度及承载力，希望能为同类型的钢结构桥梁施工提供参考。