市政道路鋼箱梁橋頂推設計與施工工藝

原婷婷 山西機械化建設集團有限公司

1 前言

頂推是橋梁建設中較為常見的施工工藝，以千斤頂為主要裝置，由其提供水平推力，在滑塊的輔助下促進梁段向前移動，到位后精準落梁，再更換正式支座。頂推施工期間有諸多細節，各處細節的施工質量均會直接對頂推作業安全性和最終的頂推效果造成影響，因此需加強技術探討，以便設計出更加科學的方案，并由施工人員有序開展梁段頂推作業，最終將鋼箱梁設置到位。

2 工程概況

某大跨徑橋梁工程，主梁以懸臂現澆法施工成型，為等截面鋼箱梁，單箱5 室，頂、底板寬度分別為22m、16.06m。道路設計中線處梁高1.4m，頂板設置雙向1.5%橫坡，底板水平，上部結構采用的是分離式單式箱梁，整體為（50+80+45）m的三孔連續鋼結構。工程底板寬17.5m，過渡型橋墩施工材料采用強度等級為C30的混凝土，主橋墩施工所用混凝土的強度等級為C40。考慮到鋼箱梁質量可靠性、施工安全性及便捷性多項要求，施工單位決定采用頂推施工技術，將鋼箱梁有效頂推到位。具體至實際施工環境中，橋位區地質條件較差，淤泥層厚度約12m，若要采用支架法，必須對現場的淤泥做有效處理，否則支架在使用期間有下陷的情況。

3 鋼箱梁頂推裝置

頂推采用ZLDB2 自動連續頂推泵站系統，核心組成包含千斤頂、連續泵站、閉合控制系統等。行程開關作為動作傳感元件，可采集千斤頂活塞的位置信號，及時傳輸給主控臺，根據現有運行狀況生成調控策略，向泵站傳送相應信號，由泵站做出響應，借助電磁閥控制千斤頂的動作，實現精細化頂推。頂推系統的運行采用到電氣控制機制，控制柜內集成各控制元件和顯示元件，便于高效操控。千斤頂以兩臺為一點，分別在兩臺之間設一處泵站，反頂架處布設兩臺千斤頂。主控臺是重要的調控裝置，將其布設在頂推的平臺上。在鋼箱梁縱腹板外側以錨固的方式穩固鋼結構，防止失穩。在箱梁前后端配置兩套錨固鋼結構，在臨時墩千斤頂及箱梁前端錨固鋼結構間穿入鋼絞線。

4 常見鋼箱梁施工方案及選擇

4.1 懸臂頂推安裝法

在鋼箱梁橋的施工中，懸臂頂推法的常見形式有如下幾種。

（1）后臺處規劃拼裝場，在該處完成鋼箱梁節段的拼裝作業，待各節段完全拼裝到位且經過檢查后，將成型的鋼箱梁向前頂推，實現懸臂過跨操作。

（2）拼裝場內有序拼裝各鋼箱梁節段，再將其向前頂推，直至完全到位為止。在此方法中，未涉及導梁操作，僅需及時設置后續各段的下滑道即可。但結合工程實際環境展開分析可以發現，整個橋距后臺約20m處有矩形涵洞，由于該建筑物的存在，加大箱梁拼裝場的布置難度，在實際施工中必然存在諸多難點。

4.2 分節段頂推安裝法

于0號臺和1號墩間搭設拼裝平臺，以便開展分節段頂推作業，此方法能夠解決現場場地不足的局限性。在拼裝場的設計中，考慮到分節段頂推安裝的便捷性要求，在兩側通長布置下滑道，以便在鋼箱梁拼裝后可借助該設施頂推到位。

4.3 鋼箱梁頂推施工工藝分析

根據橋梁工程的現場條件不難發現，分節段頂推施工工藝在鋼箱梁安裝環節更具可行性。施工中，沿橫向將鋼箱梁劃分為6 個節段，沿縱向分為7個，共產生42 個節段，在此劃分方式下，頂推節段長度9.2m～12.5m，最大頂推節段重241t。外側墩柱通長布置，在配套鋼管柱的支撐作用下，保證下滑道的穩定性。在0號臺和1號墩間規劃節段拼裝平臺，具體由橫向、縱向工字梁構成。根據各節段的規格，適配的吊裝設備為200t汽車式起重機，布設位置在0號臺后路基上，先完成節段的拼裝作業，再頂起節段，在滑塊的輔助下將其支撐在下滑道上，精細調控布設在節段梁尾部的千斤頂，以便有序向前頂推，按該方法施工后，各節段前行到位，逐步將拼裝臺位置騰出，以便繼續進行后續節段的拼裝作業。

5 下滑道、拼裝平臺及滑塊的設計

5.1 下滑道的設計

沿外側墩柱布置下滑道，每側下滑道均含有2片工字梁，共設置3跨，邊跨、中跨的下滑道梁高分別為1.8m、2.0m。考慮到滑塊在下滑道中順暢滑移的要求，對下滑道工字梁上翼緣做連接處理，構成完整穩定的整體，并在該連接作業后對接頭做適度的打磨。下滑道頂面與鋼箱梁底部的距離以35cm～38cm較為合適，基于支梁計算法則，確定單側滑動承重量，約為870t，盡可能使下滑道荷載的分布具有均勻性。

5.2 拼裝平臺的設計

以縱梁和橫梁為主要構件，共同組成拼裝平臺。縱梁采用的是工字梁，梁高1000mm，將Φ630mm×10mm鋼管立柱支撐于承臺上，用于維持主體結構的穩定性。橫梁也采用工字梁，梁高調整為600mm。按簡支梁計算，合理布設縱梁和橫梁，正常狀況下橫梁最大荷載約為195kN。

5.3 滑塊的設計

鋼箱梁橋頂推滑塊設計的重點考慮對象為箱形墊塊，此裝置應具有合理性。箱形墊塊的布設位置以鋼箱梁和下滑道之間較為合適，在滑塊頂部鑲嵌方木，起到頂托鋼箱梁底部的作用，用于維持鋼箱梁的穩定性。滑塊底部鋼板厚度為40mm，各節段底部的滑塊數量均為16 個。在設計時，可將滑塊受力集中作用在豎向力上，通過多個滑塊的共同應用，達到有效支撐頂推節段的效果。在安裝滑塊時，需要將鋼箱梁頂起，在做出頂起的動作后，滑塊處于兩點受力的狀態，需根據實際工況合理計算滑塊的受力，有效避免受力異常。

6 鋼箱梁安裝的技術要點

6.1 鋼箱梁分節段組拼

（1）合理設定吊裝分節段外形尺寸，以便高效完成分節段組拼作業，在本工程中，將該尺寸設為14.5m×6.1m×1.5m，自重約為41t，進而根據尺寸和重量適配作業設備，即200t汽車式起重機。

（2）在鋼箱梁分節段組拼作業前，先安排200t 汽車式起重機就位，工作人員站在0 號臺后路基上，協同起重設備有效完成分節段吊裝作業。為保證安全和效率，從中間開始向兩側以對稱的方式吊裝各節段，此外配套Φ200mm無縫鋼管，作為支撐裝置使用。

6.2 鋼箱梁節段頂推

頂推千斤頂的運行性能將直接影響到鋼箱梁節段的頂推效果，因此合理選型至關重要。在設備選型時，以最大節段的重量為主要出發點（達到241t），滑塊和下滑道之間鋼與鋼接觸，兩者間的滑動摩擦系數為0.05～0.10。頂推施工流程圖如圖1所示。

（1）阻力系數增加至3 時，滑塊和下滑道間產生的最大摩擦力超過1000kN，為保證鋼箱梁節段頂推作業的順利進行，配套2 臺150t 的千斤頂，兩者聯合作業。

（2）頂推反力架結構設計方面，考慮的是反力架、調節行程方管等設施，做好各部分的設計工作，進而共同構成完整的反力架結構體系。反力架用螺栓錨固，與下滑道工字梁上翼緣保持連接關系，根據工程施工要求，可及時調節方管，例如將其適量向外抽出，以此保證千斤頂不受到其他因素的影響。

（3）鋼筋梁節段頂推環節，先將箱梁頂起，在梁底下滑道工字梁上完成滑塊的安裝作業；為降低滑塊和下滑道的摩擦力，在兩者間涂抹適量的黃油，用于潤滑；對鋼箱梁節段尾部對稱部位，也需配套頂推千斤頂等相關設施；此外，對反力架與工字梁做連接處理，使兩者穩定結合于一體。

6.3 鋼箱梁節段組拼及支座安裝

（1）臨時支承固定。鋼箱梁頂推至設計位置后，檢測并對其平面位置、標高做靈活的調整。①支座端。在支座兩側布設液壓千斤頂，在其輔助下，調整平面及標高位置，直至達到要求，換成Φ200mm 無縫鋼管承。②非支座端。液壓千斤頂布設位置規劃在下滑道處，并做精細化的調整。

（2）節段組拼對位。有效調整節段間的拼縫，確認無誤后用碼板固定，確保接縫的高差被控制在許可范圍內；待鋼箱梁各節段組拼成型后，安排環縫及嵌補段的焊接作業，構成完整、穩定性的鋼箱梁，而后拆除設置在下滑道上的各支點（對于布設在支座旁邊的支點，則予以保留），將支座安裝到位。

（3）支座的安裝。將支座錨栓安裝到位，待鋼箱梁總拼結束后，拆除設置在滑道上的臨時支承，根據梁底支座墊板的檢測情況做調整，使其準確就位，而后用千斤頂向上托起支座，直至支座上座板與梁底支座墊板保持緊密貼合的狀態，對位后，對上支座與梁底支座墊板做焊接處理。針對支座下座板及錨栓孔，用位能灌漿法對其做填充處理，注入其中的灌漿料逐步固結，待實測強度達到要求后，解除支座旁的支承鋼管。經過前述各項操作后，即可使支座受力并開始工作。

6.4 落梁

鋼箱梁成型后，解除原本設置在分配梁、下滑道等與支墩間的聯系，解除彼此間的連接，拆除支架的分配梁、下滑道等相關裝置。落梁設備采用的是500t千斤頂，由8臺該規格的設備同步作業。分別在各支墩上布設2 臺500t 千斤頂，聽從專員的指揮，協同作業，將落梁同步率控制在10mm。在落梁期間加強觀察，若梁底距支座頂面約為50mm，及時停止落梁，取多層鋼板進行抄墊。靈活調控水平千斤頂，借助該設備完成對鋼梁縱橫向位置的調整，使其完全滿足要求。

7 鋼箱梁頂推的質量控制措施

（1）在啟用頂推系統前，先檢查行程開關的位置并做有效的調整；檢查系統電源，保證電力供應的穩定性；清潔干凈油液，按照精度至少為20μm 的要求對油液做過濾處理，并隨著施工進程的推進，定期更換油液。

（2）每次頂推時，均安排梁段中線標高、滑道頂標高的檢測，對比分析實測數據與設計值，判斷兩者是否在許可范圍內，若超出則加以調整。頂推期間有頂推力異常升高的情況時，隨即暫停頂推作業，查明導致該現象的關鍵原因，采取針對性的處理措施。其中，四氟板異常往往是頂推力急劇升高的關鍵誘因，因此需加強對該部分的檢查。

（3）節段頂推有序進行，初期先推進5cm，停止并回油，再推進5cm并停止、回油，按照此方法重復2～3次，目的為檢查頂推設施及各滑動面的情況，判斷是否有頂推設施故障、滑動面松動等問題，若有則及時處理，若無誤則正式頂推。此外，由專員加強對導梁和箱梁的檢查，若有構件變形、螺絲松動、導梁與鋼箱梁連接部位變形等問題，需隨即暫停頂推作業，查明出現該問題的原因，妥善處理。針對頂推時出現的各項故障，均要完整記錄信息，包含故障類型、處理方法、處理效果等。

（4）加強觀測也極具必要性，重點考慮的是梁體中線偏移、墩頂水平及豎向位移，若實際觀測結果顯示某項指標存在偏差，則及時用千斤頂調整，達到動態糾偏的效果。墩頂位移觀測極具必要性，觀測結果可用于反映施工情況，為此將設計允許偏位作為最大偏位值，換算坐標，全流程觀測（施力開始至梁體開始移動），若實測結果顯示位移超出最大值，則隨即暫停作業，根據實際情況調整各千斤頂的拉力，有效糾正偏差。各臨時墩均有對拉水平預應力索，得益于此材料的應用，頂推時墩頂水平縱向位移得到有效的控制，該值普遍較小。頂推到梁段時，檢查梁段的位置，判斷是否準確，且必須在溫度較為穩定的時間段將其頂推到位，根據溫度計算測定梁長。從一日內的溫度變化情況來看，夜間的溫度相對穩定，在此時段將梁段頂推至最終位置具有可行性。最后一次頂推時，以小行程點動的方式進行，以提高施工的可控性，針對實際情況及時糾偏。

8 結束語

綜上所述，在鋼箱梁橋施工中，鋼箱梁節段的頂推屬于重點作業內容，相關工程人員需合理應用分節段頂推安裝技術，有效保證頂推的作業精度。在頂推時加強檢測與糾偏，最終將鋼箱梁節段頂推到位，構成完整的鋼箱梁結構體系。從實際應用情況來看，鋼箱梁頂推時頂推設備的配置較為簡單，運行穩定性較好，且具有便捷操作的特征，即便現場存在狹窄、環境復雜等特殊的情況，在合理規劃、員工有序配合之下，也依然能夠順利完成頂推作業。