大跨徑連續剛構橋合龍段頂推施工技術

何財基

(向莆鐵路股份有限公司，福建 福州 350013)

連續剛構橋在全橋合龍后，在二期恒載、混凝土收縮徐變以及溫度的影響下，整體有向中跨跨中移動的趨勢，另一方面張拉跨中底板束時主墩會向跨中方向發生較大的水平位移，對橋墩受力較為不利，同時會產生梁體腹板開裂、跨中下撓等問題。為了抵消后期產生的這種水平推力以及給主墩帶來的不平衡彎矩，可在合龍前施加一定的水平頂推力，相當于給主墩一個背向跨中的水平位移。頂推力應結合溫度變化、收縮、徐變等方面的影響綜合考慮，類似于橋面設置預拱度的問題。

向莆鐵路莆田特大橋有2聯連續剛構在中跨合龍前，使用了頂推工藝，實際頂推的效果和理論模型基本吻合，達到了預期的效果。下面結合莆田特大橋實際施工的實例，將頂推工藝和控制要點作一簡要介紹。

1 工程概況

向莆鐵路為國家Ⅰ級鐵路，設計行車速度200 km/h。其中，莆田特大橋全長16.99 km，其中含有2聯連續剛構橋，均上跨沈海高速公路，左線連續剛構孔跨布置為(81+132+81)m，右線連續剛構孔跨布置為(88+146+88)m，設計均采用掛籃懸臂施工，兩橋頂推工藝相同，主要介紹左線連續剛構的合龍施工。

梁體為單箱單室直腹板、變高度和變截面結構。梁高按1.8次拋物線變化，箱梁頂寬8.5 m，底寬6.6 m，截面中心處頂板厚度49.5 cm，腹板厚度45～90 cm，底板厚度由跨中50 cm變化到中支點120 cm，中支點處局部加厚到140 cm。全梁共設橫隔板7處，在每個中支點處設置兩道厚1.6 m的橫隔板，梁端支座處設置厚1.6 m的端橫隔板，跨中合龍段設置0.8 m的中橫隔板。主梁結構主要尺寸見圖1。

圖1 半中支點半跨中截面(單位:mm)

2 頂推施工

2.1 工藝流程

理論計算→懸臂梁段施工→安裝預埋件→澆筑懸臂段混凝土→懸臂段混凝土張拉 →移動掛籃→安裝千斤頂→張拉頂推→觀測→數據分析

2.2 理論計算

根據設計圖紙要求，在中跨合龍前，在兩側懸臂端的四個角點均勻施加一對3 000 kN的對頂力，但設計中沒有給出頂推之后主墩的預偏量。為了更好地控制頂推過程，分析頂推的效果，在頂推前，運用MIDAS軟件建立了理論模型，即模擬出頂推后主墩的預偏量，然后測量實際頂推后發生的位移量，就可以比較分析頂推的效果。通過MIDAS軟件模擬，按照設計圖的要求，在兩懸臂端，均勻地施加一對頂推力，見圖2，通過圖3可以看出頂推后的理論模型，圖4可以看出懸臂端的位移量，最大懸臂端施加對頂力后，450#主墩懸臂端位移為11.734 mm，451#主墩懸臂端位移為13.477 mm，共發生位移為25.211 mm。通過圖5可以看出，雙薄臂墩在3 000 kN的對頂力作用下，450#主墩發生的位移為6.661 mm，451#主墩發生的位移為8.587 mm。

圖2 施加對頂力示意

圖3 施加對頂力后整體位移示意

圖4 中跨對頂位移示意

圖5 雙薄壁墩位移示意

2.3 頂推前的準備

2.3.1 預埋件的加工及安裝

在進行梁段施工時，在4個角點提前預埋頂推用的40 cm×40 cm×2 cm鋼板，便于頂推傳力型鋼的焊接，使千斤頂頂推過程中梁體受力均勻。

由于千斤頂的長度有限，合龍段的長度又為2 m，因此必須加工型鋼作為傳力設備，根據計算，型鋼用I36雙拼焊接即可，焊縫≥8 mm，焊縫一定要飽滿，并在接觸面加焊兩塊三角筋板，安裝時，型鋼的軸線和梁體軸線要保持同一方向。

2.3.2 觀測點的布置

頂推前在兩懸臂段的梁頂面，對稱布設好4個用于觀測高程變化的基準點1，2，3，4點，并在頂推前測出基準點的坐標和高程，以便觀測頂推前后梁體的位移，此兩組點距最好取固定值(本梁取2.2 m)，便于在頂推過程中能用鋼卷尺方便直觀量測出梁體位移變化數據。基準點布置見圖6所示，千斤頂頂推作用點見圖7，千斤頂作用力為3 000 kN。

另外，在兩個主墩的0#段梁頂部的中心位置處，各布設一個觀測點來觀測頂推后主墩頂部的預偏量，這個點可以利用原來0#段梁頂的水準點(鋼筋頭上面鋸上十字絲便于觀測坐標)。

圖6 基準點布置

圖7 千斤頂作用點布置

2.3.3 頂推機具

頂推所用的主要機具有4臺250 t油壓千斤頂及配套的4臺油泵、水準儀1臺，全站儀1臺，鋼卷尺2把。千斤頂用于頂推，水準儀用于測量觀測點的高程，全站儀用于測量觀測點的坐標，鋼卷尺用于量測觀測點間的距離。

2.3.4 頂推

1)安裝千斤頂。頂推所用的預埋件安裝好后，再安裝千斤頂，千斤頂要保持水平，和型鋼保持同軸心，然后稍微開動一下油泵，使千斤頂緊緊頂住型鋼，測量兩個懸臂段觀測點的間距，即觀測點1至觀測點3的間距和觀測點2至觀測點4的間距，測量各基準點的高程，做好記錄。

2)施加20%的力。4個千斤頂全部安裝完成后，同時開動油泵，先施加20%的力，持荷約2 min，觀察預埋件是否處于最佳的受力狀態，受壓后各型鋼和千斤頂是否同軸心，若發現異常及時調整，再重新安裝千斤頂頂推。

3)施加100%的力。施加20%的力后，若沒有異常情況就繼續施加到100%的力，保持持荷狀態，再測量各基準點和兩個主墩0#段中心點的高程和坐標，并用鋼卷尺量距，做好記錄。

4)數據分析。各項數據測量完畢后，馬上進行分析，并和理論模型的數據進行比對，若有大的誤差則要找明原因進行分析，再進行處理。

本次頂推的數據見表1。通過觀測數據分析，實際頂推后的線型、受力狀態和理論模型基本吻合，說明頂推達到了預期的設計效果，不需要校正二次頂推。

表1 頂推數據記錄 mm

5)安裝勁性骨架。頂推工藝結束后，立即安裝合龍段的勁性骨架。勁性骨架的安裝一定牢固可靠，不能有松動現象。

6)拆除頂推設備。勁性骨架安裝完畢后，先將千斤頂同時回油、同時收縮，使頂推用的型鋼處于松弛狀態，再拆除型鋼。

7)后續工藝。拆除完頂推的設備后，進行鋼筋的綁扎安裝，再進行混凝土的澆筑，按照常規工藝施工即可。

3 頂推施工控制要點

1)提前把頂推前的合龍段兩懸臂端梁體高程觀測點初始高程測量出來，此時水準儀提前架好，最好架設在0#段上，因為頂推過程對0#段高程影響最小。

2)主墩頂的位移觀測時，全站儀要選好一個制高點，不能放在該主墩的0#段上面。

3)當4臺千斤頂全部就位后，按照各自千斤頂對應的油表標定方程，由每臺千斤頂頂推3 000/4=750 kN力，計算出各自油表讀數;4臺千斤頂需要同步進行頂推，按照設計要求同時啟動4臺油泵車對梁體進行緩慢均勻頂推至設計值。

4)頂推的型鋼必須具有足夠的剛度和強度，不能在頂推時變形，嚴重時會發生安全事故。

5)4個角點的頂推要保持同步進行，要在頂推前做好演練，防止受力不均對梁體的線型產生影響。

6)保證4臺千斤頂不泄壓，不回油狀態，及時用體外勁性骨架對梁體重新進行臨時鎖定，體外勁性骨架鎖定一定要牢固可靠，螺栓螺母擰到位，并用鋼筋加固焊確保安全。

4 結語

頂推施工直接影響到梁體的線型和受力狀態，中跨合龍前的頂推，是為了抵消混凝土箱梁收縮徐變而產生的次內力，可以使主梁在全橋合龍階段以及未來的運營階段受力符合設計要求，受力更趨合理化，達到理想狀態。通過對觀測實測數據和理論數據的比較，以及對全橋的檢驗結果表明，莆田特大橋跨沈海高速連續剛構的頂推技術應用成功。

［1］ 中華人民共和國鐵道部．TZ213—2005客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南［S］．北京:中國鐵道出版社，2005．

［2］ 戴福忠，劉學文，潘家英，等．南京大勝關長江大橋主跨鋼梁合龍調整的過程控制［J］．鐵道建筑，2011(5):15-18．

［3］ 張寧軍．客運專線多跨連續梁合龍段施工技術［J］．鐵道建筑，2011(7):1-3．

［4］ 范立礎．預應力混凝土連續梁橋［M］．北京:人民交通出版社，1988．

［5］ 沈陽云．高墩大跨連續剛構鐵路橋合龍施工關鍵技術［J］．鐵道建筑，2009(4):25-27．