淺析頂推法施工在下穿框架橋中的運用

蔡清祥

摘要：本文結合項目實際施工經驗，淺析頂推法施工在下穿高速公路、上跨地鐵橋梁工程中的運用，解決了邊通車邊施工、在中斷交通的前提下完成立面交叉橋梁下穿施工，為節約工程成本、保暢通、縮短建設周期提供保障。

關鍵詞：明挖；預制；框架橋；大噸位；千斤頂；頂推

引言：

隨著社會經濟高速的發展，交通流量劇增，原有的道路漸漸不能滿足現有車輛通行的需求，平面交叉、立面交叉難以避免，甚至地上地下三四層才能滿足要求；在公路工程建設施工中，頂推法施工技術已經逐漸被廣泛地運用到具體的施工中，頂推法施工技術成為橋梁施工中值得研究的技術題材。本文結合項目實際地上平面交叉地方路、立面交叉下穿廣州機場高速、地下有廣州地鐵3號與9號線，利用頂推法完成大噸位下穿框架橋橋梁的施工，它就是以后背墻及插銷為頂推抗力、以千斤頂為動力，以頂鐵和頂柱為傳遞頂力，以滑道為行走軌跡、以限位插銷為導向裝置，對預制好的箱體縱向推進至設計要求的位置。

一、工程概況

迎賓大道延長線二期工程位于廣州市白云區，基本走向為東西走向，是花都迎賓大道延長線的東延線。該工程距廣州新白云機場約1.5KM，西起機場高速東側，東至白云區方華路，下穿機場高速，地下有廣州地鐵3號與9號線。

道路全長1.271公里，規劃路幅60米，為雙向6車道。第一部分（K0+000-K0+790）與機場高速公路立交，該立交設計為分苜蓿葉互通立交；第二部分（K0+790-K1+271.867）為地面道路，雙向6車道。

結構設計：地道橋結構（閉口段）長度77.5米，采用單箱雙室框架結構，斷面全寬38.45米，左、右室凈寬分別為17.5米和17.75米，頂、底板、側墻厚均為1.1米，中隔墻厚1米。結構在迎賓大道方向分為兩段，中間設一道變形縫。

為減少對機場高速正常通行影響以及地鐵部門的安全要求，本次框架式地道橋施工采用先預制后明挖頂推施工工藝，地道橋結構在機場高速兩側各分兩節段預制，每節段約6000t。施工時利用機場高速中央分隔帶（11m寬）改造成三車道的臨時行車便道后開挖一側就位基坑，將預制好的地道橋沿著縱斷面方向頂進到位，恢復交通后再進行另一側施工。

二、施工前頂推模擬試驗及相關參數的確定

1、頂推模擬試驗目的

為了地道橋頂進施工更順利的進行，正式施工前進行了頂推模擬試驗，試驗目的是確定滑道在不同壓力下的摩擦系數；測定不同工況的摩擦系數：靜止→滑動摩擦系數；二次啟動摩擦系數，最終確定工法工藝的選擇。

2、頂推模擬試驗結果

1）潤滑隔離層類型為石蠟+薄膜：初次啟動力為18.0Mpa，摩擦系數為：0.26，二次啟動力平均值為10.0 Mpa，摩擦系數為：0.145，行走時動力代表值取10.0 Mpa，摩擦系數為：0.145。

2）潤滑隔離層類型為1.2mm鍍鋅鐵皮+1.5mm厚四氟板：初次啟動力為12.0Mpa，摩擦系數為：0.22，二次啟動力平均值為8.0 Mpa，摩擦系數為：0.145，行走時動力代表值取6.0 Mpa，摩擦系數為：0.11。

3、滑道選擇

根據頂推模擬試驗過程效果結合項目實際情況，本工程擬采用四氟板作為滑板，滑道處砼底板采用鍍鋅鐵皮隔離，在未加設潤滑措施情況下測得相應摩擦系數為0.11。

4、頂推施工各項技術參數

1）頂推力按最大頂力計算，即第五節段分兩節段預制，每節段長度為18.5m。預制節段每米砼為116m3，即重量為116*2.6=302t/m。

2）頂推動力儲備系數按啟動時8臺300t千斤頂同時作用，千斤頂頂力按千斤頂的最大頂力80%計算，摩阻系數按0.25考慮，啟動后摩阻系數按0.15考慮。

3）頂推就位軸向誤差：±30mm；滑道安裝精度：頂面相對高差不大于3mm。

5、頂推力計算 及千斤頂數量計算

頂力計算公式 P=k（（N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3+RA））

P-最大頂力（kN），K--系數，一般取1.2，N1--箱體頂上總荷載（kN）（上方為空，此處取0），N2--箱身自重（kN），E--箱體兩側土壓力（kN）（明挖取0），f1--箱體頂上面與頂上荷載的摩阻系數（上方為空，此處取0），f2--箱體底板與地面摩阻系數（初動取0.25、走動取0.15），f3--側面摩阻系數（明挖取0），R--刃-腳下正面阻力（明挖取0），A--刃腳正面面積（明挖取0）。

1）P初=1.2（（0+（0+302*18.5）×0.25+0+0）×10=16761KN，

3000×0.8×8=19200 KN>16761KN（滿足要求），經計算初頂時需8個300t的千斤頂才滿足要求；

2）P后=1.2（（0+（0+302*18.5）×0.15+0+0）×10=10057KN

3000×0.8×5=1200KN>10057KN（滿足要求），經計算起動后只需5個300t的千斤頂。

三、基坑開挖及預制場地施工

1、工作坑的開挖及處理

在需要頂推的路基東、西側修建兩個工作坑，工作坑是頂推框架橋的工作基地，框架橋在工作坑內進行預制。分期施工界面中間分隔位置采用水泥混凝土灌注樁支護，支護樁在冠梁及腰梁各設置一層錨索錨固于機場高速北行路基下；基坑止水帷幕采用雙排水泥攪拌樁；工作坑的挖深根據框架橋基礎底面與地面的高差及現場地質情況而定，基坑邊坡按設計要求采用 1：1放坡，坡面采用10cm厚C20噴射砼和護坡插筋+掛網鋼筋護坡。深基坑開挖前專項方案經過專家組論證，開挖完成后經專家組驗收。

基坑開挖后，在四周設置排水溝及集水井，采用壓路機壓實后檢查坑底土體承載力，保證地基承載力不小于計算承載力210KPa。確定承載力滿足要求后澆筑10cm墊層砼，為保證預制框架橋順利頂進，基坑整體縱坡按0.5%布置，橫坡為0。

2、頂推后背墻

后背墻是一個關鍵的臨時構造物，它必須能夠提供充足的抗力，滿足頂推過程各階段的抗力要求。即：F≥KP，在施工時必須嚴格按照設計進行，后背墻施工后，在四周挖好排水溝及排水井，及時將積水排除，防止后背墻背后的填土被泡軟，降低抗力。（為了保險起見設置了后背墻，在插銷作抗力不能滿足的情況下使用）

3、預制基坑滑道制作

滑道是框架頂進的必經之路，為了便于頂推作業施工將滑道制作成條狀型的滑道。滑道必須滿足三個基本要求：具有足夠的承載能力，能承載框架的重力；具有一定的錨固力，防止頂推時和框架一起滑動；表面必須平整潤滑，降低頂推過程的摩阻力。

1）承重層：整體承重層采用20cm厚C30鋼筋混凝土。

2）滑道：在整體層上制作高15cm寬1.5m鋼筋砼滑道，為了施工更有保障統一做成7條，每兩米設置一道110mm方鋼管預留插銷孔，預埋深度為35cm。插銷擬采用材質為Q345B，長度為0.7m，10cm實心方鋼作為中間抗力。

3）潤滑層：滑道制作完成后鋪設1.5m寬1.5mm厚四氟板滑板，四氟板鋪設時與滑道頂面盡量保證密貼，使用釘子按梅花形布置與鋼筋砼釘牢固定，四氟板原則上不進行搭接，如出現搭接，則搭接采用順前進方向搭接，避免頂進過程翹板。

4）隔離層：滑道頂采用2m寬1.5mm厚鍍鋅鐵皮作為預制框架橋底部與滑道間的隔離，隔離層每間隔約5m設置上翹埋置在底板砼內，以保證鍍鋅鐵皮不移動。

5）滑道之間處理：兩條相鄰滑道之間的空隙使用“細砂+48mm鋼管”進行填充密實。鋼管主要作用為箱體預制完成后輔助沖沙，細沙平整及密實后鋪設兩層薄膜以避免底板砼澆筑期間漏漿，而后在薄膜上方鋪設16mm厚木模板。

6）限位裝置：在兩側滑道外側上使用110mm圓鋼管間隔3m預留插銷孔，預埋深度為35cm。插銷擬采用材質為Q345B，長度為0.7m，直徑為10cm實心圓鋼作為限位裝置。

四、預制框架橋

預制框架橋根據箱體單箱雙室結構形式及全裁面頂進頂進方式，根據設計圖紙將第四節長度為38m和第五節長度為39.5m分別采用單側平均分為兩節段分層預制的方案。第一階段先預制框架橋底板及距底板頂150cm的墻身，第二階段先預制框架橋澆注剩余墻身及頂板。本項目采用碗扣支架作為頂板施工支架，施工前高支模專項方案經過專家組論證，搭設完成后經專家組驗收。

1、施工工藝：預制框架橋的主要施工工藝過程與一般預制砼結構大致相同，此處不再細說。

2、施工注意事項：施工過程中嚴禁在鍍鋅鐵皮上集中堆放施工材料以及機械設備，鋼筋綁扎過程中，嚴禁在鋅鐵皮上設置引焊點，注意不得戳穿鋅鐵皮；框架橋底部保護層墊塊應使用受力面積較大的墊塊，數量上應寧多勿少；澆筑前應檢查預埋件以及預留孔道位置、數量。

五、框架橋頂進

框架橋頂推施工作業，主要是以后背墻作為支撐，利用千斤頂對已預制好 的橋梁框架施加頂推力，克服框架與接觸面的摩阻力向前移動，通過添加頂柱（傳力柱）實現框架持續向前推進，直至就位。

1、施工現場實際準備投入

頂進施工前，對人力、物力、場地等做好充分的準備，配備工人30人，進行3班制24小時作業，提前將所需千斤頂、油泵、傳力桿等設備運輸到現場，千斤頂300t預備18臺，正常使用16臺，2臺備用，另外準備1臺50KW發電機進行其它輔助、應急預案所用，準備一臺25噸吊車配合施工。

2、框架橋頂進作業步驟

1）5#-2頂進：5#-1與后背墻（或插銷）間用頂鐵和千斤頂固定，在5#-1框架橋前端布設千斤頂，借助5#-1節和后背墻（或插銷）的抗力與千斤頂的頂力把5#-2框架橋往前頂進，每次頂進距離控制在一個千斤頂行程1m為宜。當5#-2頂進后，5#-1同期頂進。

2）5#-1初次頂進：初次頂進借用后背墻的抗力與千斤頂的頂力，每次頂進距離控制在一個千斤頂行程1m為宜。

3）5#-1常規頂進：借助插銷的抗力與千斤頂的頂力把5#-1框架橋往前頂進，如果插銷的抗力不足或損壞，可加頂鐵至后背墻保證頂進抗力，每次頂進距離控制在一個千斤頂行程1m為宜。

4）循環2、3步驟頂推直到頂推預定位置。

3、施工注意事項

1）頂推作業前必須對框架橋進行強度檢測，確保滿足設計強度后方可實行頂推，以免頂推過程因箱體強度不足導致破壞。

3）頂推作業前必須對油泵、千斤頂、傳力桿、頂鐵進行檢查、試頂，確保頂推設備的性能正常滿足使用要求。

3）千斤頂固定與傳力柱中心的垂線對稱，其合力的作用點應在傳力柱中心的垂直線上；頂進作業時，嚴禁施工人員接近或跨越傳力桿、千斤頂等。

4）油泵設置在千斤頂附近，油管順直、轉角少；油泵與千斤頂相匹配，配備備用油泵；油泵安裝完畢，應進行試運轉；頂進開始時，緩慢進行，待各接觸部位密合后，再按正常頂進速度頂進；頂進中若發現油壓突然增高，應立即停止頂進，檢查原因并經處理后方可繼續頂進；千斤頂活塞退回時，油壓不得過大，速度不得過快。

5）頂推時由主管施工技術人員專人統一指揮；對頂進全過程的每一個頂程都詳細記錄千斤頂開動數量、位置、油泵壓力表讀數、總頂力及著力點，頂進行程、導向偏差。如出現異常應立即停止頂進，檢查分析原因，釆取措施處理后方可繼續頂進。

六，結束語

本項目利用主體結構節段自重，采用自平衡方式對多節段大斷面框架箱體的頂進施工工藝屬于國內首創。施工組織上采取東西兩側主體工程的同期預制，相比現澆施工對機場高速主線開挖和改道的影響，節省占道工期約8個月，施工期間對主線交通實現了零干擾，施工安排受天氣因數的影響降低到了最小。同時利用插銷作頂推抗力，減少了頂進完全靠背墻和頂鐵的工程投入，即節約了工程成本。本項目的實施在施工組織、施工工藝創新等方面總結形成了一系列科研成果，對新建道路下穿即有大交通量高、快速路工程的施工提供很好地借鑒參考意義。

參考文獻

[1]韋文強 淺析頂推法施工在橋梁工程中的運用[J] 房地產導刊 2013年第6期

[2]張振樣 頂推施工技術運用探討[J] 技術研發2010年第8期

[3]迎賓大道延長線二期（機場高速～方華公路）工程（K0+000～K0+790段）施工圖設計[R]廣州市公共事業規劃設計院 2017.07

（作者單位：廣州誠信公路建設監理咨詢有限公司）