上跨高速公路钢箱梁顶推施工支架设计与检算

刘瑞 姜荣剑 韩亨通

（中化学交通建设集团有限公司第四工程有限公司 山东邹平 256299）

1 引言

随着我国高速路网的不断发展完善，新建高速公路可通过互通式立交枢纽与既有高速线路进行衔接，而立交枢纽匝道桥不可避免上跨既有高速路线，为了不中断既有高速路线，匝道桥一般采用顶推法进行施工，该方法具有对桥下干扰小、施工周期短等优点[1,2]。由于顶推施工过程中不同状态下，顶推支点位置和数量不断变化，使得整个顶推过程是一个动态变化过程，此时支撑上部结构施工的顶推临时支架至关重要[3～5]。因此，有必要对顶推临时支架结构设计进行重点把控，对其结构安全性进行论证分析，确保整个顶推施工顺利进行。

2 工程概况

楚州枢纽互通式立交位于淮安市马甸乡，该互通主要用于京沪高速公路与宿淮盐高速公路之间的快速交通转换。互通范围内钢箱梁包括：宿淮高速主线桥、B 匝道桥、D 匝道2 号桥、E 匝道桥、G 匝道桥。其中宿淮高速主线钢箱梁上跨既有高速，跨径组合为35+35=70 m，分左右幅设置，单幅桥宽21 m，梁高1.6 m，箱体结构为单箱四室，具体钢箱梁结构如图1 所示，钢箱梁纵向为直线，施工时可采取用拖拉滑移方式进行顶推施工跨越既有高速线路。

图1 钢箱梁立面布置图（单位：mm）

3 钢箱梁顶推支架设计

主线钢箱梁现场施工中采用钢管支架作为临时顶推施工作业平台，钢管支架由三部分组成：钢管立柱、连接系、滑道梁，具体钢管支架布置如图2～图5 所示。

图2 钢箱梁顶推支架纵桥向布置（单位：mm）

图3 钢管支架横断面布置（单位：mm）

图4 钢管支架平面布置（单位：mm）

具体搭设布置如下：（1）支架基础采用C30 钢筋混凝土扩大基础，混凝土内配双层Φ16@200钢筋网片；（2）钢管立柱采用Φ478 mm×8 mm 钢管，立柱间通过L100 mm×10 mm 角钢连接，立柱顶部横向设置HN700 mm×300 mm H 型钢横梁；（3）横梁顶部设置双拼HN700×300 纵向滑道梁，滑道对接处需采用满焊，滑道顶面设置成水平，其上为滑靴，滑道顶部根据梁段纵向线型设置不同高度枕木支撑；（4）钢箱梁拼装时，横梁顶部根据钢箱梁线型设置不同高度小立柱支撑，为增大小立柱与梁底接触面积，在小立柱顶部设置垫板支撑，垫板规格不小于200×200×14 mm。

4 顶推支架验算

4.1 顶推施工步骤及支反力

主线钢箱梁首先在钢管支架上进行吊装焊接成整体后，进行顶推施工，根据现场情况，整个顶推过程分为9 个施工步骤，具体施工步骤如表1 所示。

表1 钢箱梁顶推施工流程

部分施工流程如图6 和图7 所示。主线钢箱梁向前滑移过程中，共有12 个支点，不同状态下，顶推支点位置和数量不断变化，采用Midas/Civil 2019 有限元计算软件对主线钢箱梁全过程顶推施工状态进行模拟，对不同顶推施工状态下支点反力进行计算，顶推施工步骤5、步骤8 的支点顶升力计算结果分别如图8、图9 所示，各施工步骤下各支点反力如表2 所示。

表2 各施工步骤下各支点反力/t

图6 顶推准备阶段

图7 钢箱梁顶推完成

图8 顶推施工步骤5 支点顶升力

图9 顶推施工步骤8 支点顶升力

4.2 顶推支架计算工况

通过主线钢箱梁顶推施工中支点反力计算分析可知，在施工步骤5 中，支点9 左右两个顶推点支反力共计251.6 t，单点反力最大为125.8 t，单点水平力按梁体自重的10%左右计算，即为12.6 t；此时支点9 经过跨径5 m 滑道梁中心，滑道所受弯矩最大；在施工步骤8、步骤9 中，支点11 左右两个顶推支点反力最大为268.8 t，单点反力最大为134.4 t，单点水平力最大为13.4 t。此时单组支架钢管柱所受轴力最大，因此对施工步骤5、施工步骤8 状态下的顶推支架进行受力特性计算分析。

4.3 顶推支架计算结果

4.3.1 钢管柱支反力

经有限元计算，施工步骤5、步骤8 状态下的顶推支架钢管柱反力见图10、图11。施工步骤5中，单管最大竖向力40.0 t，水平力4.5 t。施工步骤8 中，单管最大竖向力56.6 t，水平力3.8 t。

图10 施工步骤5 状态下顶推支架钢管柱支反力/t

图11 施工步骤8 状态下顶推支架钢管柱支反力/t

4.3.2 顶推支架变形

经有限元计算，施工步骤5、步骤8 状态下的顶推支架竖向与水平位移如图12、图13 所示。施工步骤5 中支架竖向最大变形6.3 mm＜5000/400=12.5 mm，水平最大变形3.0 mm＜9000/500=16 mm；施工步骤8 中支架竖向最大变形3.3 mm＜2500/400=6.25 mm，水平最大变形4.0 mm＜9000/500=16 mm，满足《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650-2020)中钢支架竖向位移最大值L/400，《钢结构设计标准》（GB500017-2017）附录A 第A.2.1 条钢支架结构柱顶水平位移最大值H/500的规范要求。

图12 施工步骤5 状态下顶推支架位移

图13 施工步骤8 状态下顶推支架位移

4.3.3 顶推支架应力

经有限元计算，施工步骤5、步骤8 状态下的顶推支架各构件应力如图14 和图15 所示。施工步骤5 中钢管柱最大应力68.7 MPa，横梁最大应力108.9 MPa，双拼滑道梁最大应力114.2 MPa，角钢最大应力63.7 MPa；施工步骤8 中钢管柱最大应力86.6 MPa，横梁最大应力113.1 MPa，双拼滑道梁最大应力48.4 MPa，角钢最大应力55.1 MPa；各构件应力均小于材料容许应力215 MPa，满足规范要求。

图14 施工步骤5 状态下顶推支架构件应力

4.3.4 支架基础验算

由钢管柱支反力可知，单根钢管最大支反力为56.6 t，则单组钢管受力最大为：56.6×4=226.4 t，即单个基础所受上部荷载最大为226.4 t。支架基础应力Pk=（226.4+0.4×3.7×3.7×2.5）/（3.7×3.7）=17.54 t/m2=175.4 kPa，现场地基为硬化处理后的高速公路地基，可满足承载力需求。

5 结 语

本文通过宿淮高速主线桥2×35 m 钢箱梁工程，由于桥梁需上跨既有京沪高速，钢箱梁采用拖拉滑移顶推施工技术，根据现场条件，对顶推临时支架结构构件选型、连接、支架布置等方面进行设，并确定钢箱梁顶推施工流程。通过钢箱梁顶推施工过程中的最不利工况下的支反力作用在顶推临时支架上，计算顶推临时支架受力状态，确保顶推临时支架在钢箱梁顶推过程中结构受力安全。最终顶推临时支架满足实际工程应用，可为类似工程的顶推临时支架的设计与计算提供借鉴。