步履式橋梁頂推法施工技術(shù)的探討與應(yīng)用實(shí)例

俞國(guó)際，褚金雷

（宏潤(rùn)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，上海市200235）

步履式橋梁頂推法施工技術(shù)的探討與應(yīng)用實(shí)例

俞國(guó)際，褚金雷

（宏潤(rùn)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，上海市200235）

重點(diǎn)介紹了在江、河、湖、海上修建鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)大橋、長(zhǎng)橋的頂推法施工工藝，橋梁頂推法施工發(fā)展歷史，以及頂推法施工工藝選用的優(yōu)缺點(diǎn)分析、施工原理和橋梁頂推程序的簡(jiǎn)介，可降低企業(yè)機(jī)械設(shè)備、模板和支架材料投入成本，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

頂推法；施工原理；技術(shù)應(yīng)用

0　引　言

隨著近代高強(qiáng)、輕質(zhì)建筑材料與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使橋梁設(shè)計(jì)能力突飛猛進(jìn)；為了在江、河、湖、海上修建深基礎(chǔ)、高橋墩的大跨徑橋梁，橋梁施工技術(shù)也在持續(xù)改進(jìn)。一般橋梁上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工采用滿堂支架法、少支架法、懸臂澆筑法等，預(yù)制結(jié)構(gòu)采用自行式起重機(jī)械吊裝、架橋機(jī)安裝、門(mén)架法安裝等；在特殊環(huán)境下，結(jié)合周邊施工條件，也采用轉(zhuǎn)體施工法、頂推法等工藝。本文以橋梁頂推法為背景，介紹頂推施工的工藝改進(jìn)。

1　頂推法施工優(yōu)點(diǎn)

（1）改變了水上橋梁施工習(xí)慣，把上部結(jié)構(gòu)水上施工，改為岸邊施工，避免了許多水上臨時(shí)設(shè)施的投入和大型機(jī)械的使用，既節(jié)省了投資加快進(jìn)度，縮短了工期，提高了質(zhì)量，減少了對(duì)水環(huán)境和城市環(huán)境的污染，又增加了施工的安全度，也便于施工時(shí)交通的疏導(dǎo)。

（2）頂推法施工現(xiàn)場(chǎng)小而集中，把漫長(zhǎng)的施工線均緊縮到預(yù)制-組拼-頂推這一段，它只需要少量的大型設(shè)備，少量工人來(lái)從事反復(fù)的工藝流程，再?gòu)?fù)雜的技術(shù)經(jīng)過(guò)日夜操練很快就熟練而掌控，因此極易實(shí)行規(guī)范管理、人員的技術(shù)培訓(xùn)、質(zhì)量的管控。

（3）頂推法施工臺(tái)后的預(yù)制-組拼-頂推流水線小，易于搭棚蔽蓋，實(shí)行全天氣候施工，同時(shí)預(yù)制-組拼的梁在橋墩未完成前已開(kāi)始。從而達(dá)到縮短工期的目的。由于作業(yè)線短，施工對(duì)交通的干擾可降低到最小。

（4）預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋采用頂推法施工，其優(yōu)點(diǎn)更為顯著，可節(jié)省大量的模板、支架材料和由此產(chǎn)生的多次倒運(yùn)，和支架基礎(chǔ)及支架預(yù)壓費(fèi)，并可減少高空吊裝設(shè)備數(shù)量，減少沿途夜間噪音干擾，有利于創(chuàng)建文明施工環(huán)境。

（5）頂推法施工，是集中預(yù)制（加工）-組拼-頂推，這一多次循環(huán)作業(yè)，因此可采用定型化的鋼模板、各工序加工中可引入機(jī)械化，液壓自動(dòng)化、和智能張拉等，這些都為提高橋梁施工現(xiàn)代化創(chuàng)造了有利的條件。

2　頂推法施工缺點(diǎn)

（1）頂推法施工，對(duì)滑板、滑道制造精度高。

（2）對(duì)各類箱梁制造、加工尺寸要求高，拼裝平臺(tái)、臨時(shí)墩的結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)，要有足夠的強(qiáng)度和剛度，其沉陷值不允許超過(guò)規(guī)范要求。

（3）不是圓弧曲線的平曲線彎橋不能采用頂推法施工，同時(shí)平曲線或者豎曲線的曲率半徑不得小于150 m，同樣跨徑數(shù)太少不經(jīng)濟(jì)而少采用。

（4）對(duì)頂推法施工的橋梁，其懸臂彎矩不能太大，尤其在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁橋施工時(shí)結(jié)構(gòu)受力部位不斷交替變化。若懸臂彎矩太大需要增設(shè)負(fù)彎矩區(qū)的配筋或者配索，而增加投資。

3　橋梁頂推法的發(fā)展

（1）由于橋梁頂推法的諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于鋼系桿拱橋（跨徑210 m）懸索橋、自錨式懸索橋、斜拉橋、變截面連續(xù)梁橋、彎橋，它更適合于峽谷深溝地形處的各類橋梁施工。

（2）其施工方法已由單點(diǎn)頂推，發(fā)展到多點(diǎn)頂推；由拖拉式牽引法改進(jìn)到契進(jìn)式頂推，后又改進(jìn)到步履式頂推法，（杭州九堡大橋、蘭州深安黃河大橋就采用此法）。

（3）拖拉式牽引法自動(dòng)化程度不高，可視為半自動(dòng)化，還需要大量人工操作，同時(shí)對(duì)支撐墩產(chǎn)生較大的水平反力，梁體受力大，而且遠(yuǎn)需要設(shè)置滑道，使梁體在上滑移。采用楔進(jìn)式頂推法或步履式頂推法，其裝置完全是集成化、自動(dòng)化，把頂-推-降-縮完全集于一個(gè)操作平臺(tái)。進(jìn)行多循環(huán)頂推不但速度快而且對(duì)墩的水平推力也很小而不計(jì)（由于滑動(dòng)摩擦力小而且在設(shè)備內(nèi)部平衡，所以對(duì)墩頂不產(chǎn)生水平力）。

（4）根據(jù)頂推原理和橋梁具體情況，由原來(lái)雙千斤頂多點(diǎn)頂推，發(fā)展有單頂點(diǎn)的多點(diǎn)頂推，和三頂點(diǎn)的多點(diǎn)頂推，同時(shí)頂推設(shè)備完全具備三維功能，可對(duì)箱體隨時(shí)進(jìn)行橫糾偏微調(diào)。

4　步履式頂推法施工原理

（1）橋梁頂推法施工即采用特制的頂推動(dòng)力裝置，推動(dòng)梁體在專用的臨時(shí)設(shè)施、滑動(dòng)裝置上移動(dòng)，最后將梁體推移到設(shè)計(jì)預(yù)定的位置。

這是頂推最基本的設(shè)想，這當(dāng)中要先梁體頂推、抬高、橫移的動(dòng)力產(chǎn)生動(dòng)力的設(shè)備；梁體是一個(gè)長(zhǎng)、高、寬、重的特大構(gòu)件，要使它動(dòng)，就需設(shè)多個(gè)支承點(diǎn)來(lái)抬托它，移動(dòng)它，而這些支承必須要同步對(duì)梁體進(jìn)行抬托、移動(dòng)才行。因此它必須有垂直千斤頂，縱向水平千斤頂，橫向水平千斤頂，以及與此相匹配的電氣化、液壓泵站、自動(dòng)液化控制、操作臺(tái)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

（2）可編程序控制器PLC

在多點(diǎn)頂推施工中，多有臺(tái)千斤頂（豎直、水平）要達(dá)到均勻同步運(yùn)行，必需采用自動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行操控，這就是PLC可編程序控制器，它是由液壓系統(tǒng)（泵站液壓千斤頂），檢測(cè)傳感器系統(tǒng)、計(jì)算器控制系統(tǒng)組成，以檢測(cè)梁體的位移值（頂推距離）和力（每個(gè)千斤頂受力的重量）以調(diào)整泵站輸入個(gè)千斤頂?shù)挠蛪褐祦?lái)調(diào)整其頂推速度和位移量使各點(diǎn)頂推點(diǎn)達(dá)到同步推進(jìn)，其控制同步頂升的流程，見(jiàn)圖1。

（3）橋梁頂推的程序

目前橋頂推采用步履式頂推設(shè)備居多，它是集頂升—平移（縱向）—橫向移于一體，實(shí)現(xiàn)橋梁豎向、順橋向、橫向的移動(dòng)和微調(diào)糾偏，和保證橋梁坡度線型。因此步履式頂推設(shè)備把三種功能的千斤頂集中組合在一個(gè)支撐架上（尺寸2.3 m× 5.9 m）放于橋頂橫軸線上（上下游各一臺(tái)）梁底板受力部位。當(dāng)控制臺(tái)指示啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行頂推時(shí)，步履式預(yù)頂升設(shè)備各千斤頂只按頂-推-降-縮（或者頂-推-落-回）四個(gè)步驟循環(huán)反復(fù)從而把梁推頂?shù)皆O(shè)計(jì)位置，最后頂起梁體，安裝支座落梁就位。

圖1　可編程序控制器PLC示意圖

（4）頂推時(shí)梁體懸臂受力在不斷交替變化，但必須控制最不利狀態(tài)，使內(nèi)力值不能太大，否則必須加強(qiáng)而不經(jīng)濟(jì)，為使梁體能最大限度地外懸以求得跨越更大的孔徑，因此常采取增設(shè)導(dǎo)梁和臨時(shí)支墩的辦法使能跨越更大的跨徑，使再大的跨徑也能采用頂推法施工水上橋梁。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般鋼結(jié)構(gòu)箱梁不用導(dǎo)梁和臨時(shí)支墩可跨60 m，超過(guò)60 m就不經(jīng)濟(jì)了，就得采用導(dǎo)梁或?qū)Я?臨時(shí)支墩的辦法，一般導(dǎo)梁長(zhǎng)度按欲要跨越橋跨的60%左右的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)鋼導(dǎo)道，超大跨橋梁可設(shè)一個(gè)或多個(gè)臨時(shí)支墩，其間距根據(jù)實(shí)際情況（橋墩受力情況，河床地質(zhì)情況，梁體結(jié)構(gòu)承載力情況而定）杭州九堡大橋?qū)Я洪L(zhǎng)45 m，深安黃河大橋前導(dǎo)梁長(zhǎng)45 m，后導(dǎo)梁長(zhǎng)35 m，世界上最長(zhǎng)的導(dǎo)梁達(dá)105 m。

5　橋梁頂推法實(shí)例

蘭州深安黃河大橋采用下承式蝶形鋼拱疊合梁橋，跨徑156 m，橋面寬36.5 m，梁高3.5 m，采用“V”型主墩，圓端形承臺(tái)，Φ2000鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

為了減少施工對(duì)河道的影響，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)條件，擬定主橋鋼結(jié)構(gòu)采用頂推滑移法施工。計(jì)劃在北岸進(jìn)行整體鋼結(jié)構(gòu)的拼裝焊接，再通過(guò)頂推墩及步履式頂升滑移裝置，由北向南，進(jìn)行整體鋼結(jié)構(gòu)頂推滑移，就位落梁成橋。

綜合考慮所處環(huán)境和結(jié)構(gòu)受力等因素，該施工過(guò)程共布置9組18個(gè)臨時(shí)墩。其中，河中布置L8、L9兩組臨時(shí)墩，加上位于主線承臺(tái)PM17外側(cè)的臨時(shí)墩L7，這3組臨時(shí)墩采用樁基礎(chǔ)，岸上的L1～L6臨時(shí)墩采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。支架具體高度，根據(jù)橋面鋼結(jié)構(gòu)和拼裝地面基礎(chǔ)之間高度而定。每座支架立柱均由4根800×14～16 mm鋼管和其它200～300×10 mm鋼管、20～30 mm厚鋼板組成支架格構(gòu)、方箱梁墊和頂推托架結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2、圖3。

圖2　頂推總體立面布置圖（單位：mm）

圖3　頂推總體平面布置圖（單位：mm）

由于在黃河中設(shè)置有L8、L9兩組4個(gè)臨時(shí)頂推墩，每個(gè)頂推墩均由鉆孔灌注樁基礎(chǔ)及鋼管格構(gòu)柱組成。因此需先搭設(shè)施工棧橋，以便進(jìn)行水中鉆孔灌注樁的施工。

由于臨時(shí)墩承受水平載荷的能力有限，只能采用多點(diǎn)分散頂推方法，在每個(gè)臨時(shí)墩和臨時(shí)墩上布置頂推設(shè)備，這樣頂推反作用力與摩擦力相互抵消，在正常運(yùn)行時(shí)，臨時(shí)墩所受水平載荷很小。

根據(jù)蘭州深安黃河大橋施工特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套頂推設(shè)備，集頂升、平移、橫向調(diào)整于一體，實(shí)現(xiàn)橋體的豎向、順橋向、橫橋向的移動(dòng)或調(diào)整，從而保證橋體的坡度、全橋線型。該套頂推設(shè)備主要由一套帶頂升油缸、頂推油缸、橫向調(diào)整油缸的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，利用液壓泵站的驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)頂推。

該方案利用“頂”“推”的兩個(gè)步驟交替進(jìn)行，先將整體鋼箱橋面托起；向前推送；之后將橋體置于臨時(shí)墩上；頂推油缸縮缸到底，繼續(xù)實(shí)現(xiàn)下一個(gè)循環(huán)。通過(guò)往復(fù)頂推步驟的循環(huán)，最終將主橋送到預(yù)定的位置。

優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）因?yàn)槟Σ寥渴窃陧斖蒲b置內(nèi)部進(jìn)行的，臨時(shí)墩不受水平載荷；

（2）頂推裝置分布在各臨時(shí)墩上，形成多點(diǎn)推進(jìn)，保證了箱梁的前進(jìn)方向；

（3）即便有少量偏斜，通過(guò)兩側(cè)支撐油缸也可以做靈活的糾偏工作；

（4）橫向調(diào)整油缸保證橋體水平移動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生偏移；

（5）整套設(shè)備集頂升、平移、橫向調(diào)整于一體，成本低。

綜合比較，我們采取多點(diǎn)分散頂推方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)蘭州深安黃河大橋主橋滑移施工。

該頂推機(jī)械結(jié)構(gòu)的頂升油缸安裝于下部結(jié)構(gòu)內(nèi)，支撐面在臨時(shí)墩上，下部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)之間通過(guò)安裝聚四氟乙烯板和不銹鋼板進(jìn)行滑動(dòng)，滑動(dòng)時(shí)頂升油缸和下部結(jié)構(gòu)相對(duì)于臨時(shí)墩不動(dòng)，見(jiàn)圖4。

圖4　頂推機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

6　結(jié)語(yǔ)

步履式橋梁頂推法施工技術(shù)是大跨度橋梁施工的一種先進(jìn)施工方法，用相對(duì)較少的資源投入，取得了較大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益，為今后橋梁工程的施工，提供了很好的示范價(jià)值和可靠的實(shí)踐依據(jù)。

U445.4

B

1009-7716（2016）04-0129-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.04.040

2016-01-05

俞國(guó)際（1973-），男，浙江寧波人，高級(jí)工程師，從事大型跨江橋梁工程施工技術(shù)管理工作。