大跨度無推力拱橋鋼箱主梁頂推施工關鍵技術

黃景新 (中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230023)

1 工程概況

合肥市廣德路鋼橋是合肥城市次干路廣德路（裕溪路-巢湖南路）跨越南淝河的公路橋梁，主橋為（50+135+45）m三跨連續無推力拱橋[1]，主跨135m跨越南淝河，總用鋼量約9960t，材質為Q345qD。

圖1 主橋總體布置圖（單位：m）

鋼箱主梁采用縱橫梁體系[2]，全橋設四根主縱梁，橋面標準寬度為53m，局部加寬為62.4m。鋼拱采用三維曲線造型，設三道獨立拱肋，中拱距梁體最高為 19.8m，邊拱距梁體最高為 27.5m。拱之間通過風撐連接，拱與橋面間設置吊桿，中拱單索面16根吊桿，邊拱單索面15根吊桿，全橋共計62根。北岸拱腳伸入下部基礎，輔以斜撐和拉桿，形成剛性連接構造，以消減主梁內力和拱腳的水平力。南岸拱腳與鋼箱主梁剛接，橋梁支座不設置縱向約束，通過橋面系平衡拱的水平力。

2 鋼箱主梁施工方案

依據主橋結構特點及現場施工環境，鋼箱主梁采用“主跨頂推[3-4]+邊跨原位拼裝[5-6]”法施工。左右兩幅主梁在南岸拼裝后由南向北交替頂推跨越南淝河，橋梁施工期間南淝河航道通航凈寬度不得小于38m，通航凈高不得小于7.3m，涉航道多點同步頂推施工[7]及輔助設施布置是該工程的重點和難點之一。

圖2 橋面系三維示意圖

圖3 斜撐與拉桿布置圖

主梁共布置10組臨時支架，其中拼裝支架及頂推支架各5組，支架立面布置如圖4所示。鋼箱主梁施工順序為先搭設10組臨時支架，拼裝主跨鋼箱主梁和20m長的導梁[8]。然后通過步履式千斤頂將主梁及導梁分階段整體頂推至設計位置，拆除導梁后落梁至永久主墩支座上，最后安裝邊跨主梁，完成主梁體系轉換。

圖4 臨時支架立面布置圖（單位：m）

頂推過程中，結構最大懸臂為47m，縱向頂推距離為84m，經計算，主梁最大組合應力為178MPa，導梁最大組合應力為110MPa，最大豎向位移為370mm，結構強度和剛度均滿足規范要求，頂推施工方案合理。

3 施工關鍵技術

3.1 步履式頂推系統布置及選型

3.1.1 頂推設備布置

步履式頂推[9]系統主要由步履頂推設備、液壓泵站、液壓控制系統三大部分構成。頂推設備布置與頂推支架布置保持一致，每幅各布置5組頂推設備，每組設備有3臺步履式千斤頂，全橋共布置30臺頂推設備。考慮橋面系為縱橫梁結構體系，頂推設備布置于每幅橋面系兩側縱梁下方。由于單幅橋梁橫向結構的不對稱，每組頂推設備邊縱梁下方橫向布置2臺步履式頂，中縱梁下方布置1臺步履式設備，全橋頂推系統橫向布置如圖5所示。

圖5 頂推系統橫向布置圖

3.1.2 頂推設備選型

步履頂推設備由水平長行程千斤頂、豎向頂升千斤頂、滑座、橫向糾偏千斤頂組成。根據頂推計算結果，各組頂推支架最大支點反力統計結果見表1。

頂推支架最大支點反力統計 表1

①水平頂推設備（包括水平長行程千斤頂、橫向糾偏千斤頂）

邊縱梁單點最大支反力為428t，布置2臺步履式千斤頂，每臺千斤頂反力為214t。中縱梁單點最大支反力為233t，由1臺千斤頂支承。頂推施工采用MGB板——不銹鋼板摩擦副，摩擦系數按0.1計算，摩擦力為233×0.1=23.3t，每臺步履式設備均配置40t水平長行程千斤頂，頂推設備儲備系數為k=40/23.3=1.7。

②豎向頂升設備

豎向千斤頂選型根據各支點最大反力確定，考慮施工安全性及設備使用效率，豎向頂升千斤頂選型見表2。

豎向千斤頂選型表 表2

3.2 頂推設備調試

頂推設備安裝完成后，進行油路及電路調試，保證在手動、自動模式下，執行元件按設定的運行方式運行。聯機調試時，啟動泵站，選擇手動運行模式，在主控臺操作面板上控制執行元件伸缸或縮缸，檢查其行進動作是否正確，調節行程檢測裝置的檢測元件，保證檢測裝置的接觸及檢測正常。系統手動試機完成后，選擇自動模式系統，檢查系統各千斤頂的動作協調性及同步性，待系統的動作完全協調后進入下一道工序。

3.3 頂推縱梁腹板補強工藝

頂推過程中千斤頂及保護墩支承于縱梁下方，需對縱梁局部進行補強[10]。千斤頂上部抄墊及保護墩縱向長度均為1m，縱梁橫隔板標準間距為3m。

在縱梁內側腹板及底板間焊接小塊橫向加勁板，中縱梁加勁板厚度20mm，單側布置，間距300mm，如圖6所示。邊縱梁加勁板厚度20mm，雙側布置，間距500mm，如圖7所示。

圖6 中縱梁頂推補強示意圖

圖7 邊縱梁頂推補強示意圖

3.4 主梁拼裝

鋼箱主梁采用履帶吊進行拼裝。利用150t履帶吊吊裝導梁及主縱梁，按照由遠及近的原則安裝橫梁，同步分塊安裝對應的橋面板。橫梁及橋面板安裝完成后，站在邊縱梁外側吊裝懸挑單元件。完成主梁焊接及涂裝后，進入下一步工序。

圖8 主梁拼裝圖

3.5 主跨頂推施工

在頂推前進行試頂推，確認頂推設備系統運轉正常后進行正式頂推。頂推工作時，豎向千斤頂頂起鋼箱主梁至保護墩脫空，水平長行程千斤頂推動豎向千斤頂，帶動鋼箱主梁在滑座上向前滑移，滑移一個行程后，豎向千斤頂下落至脫空，鋼箱主梁支撐于保護墩上，此時水平長行程千斤頂將豎向千斤頂向后拖回至滑道端部，完成一個循環的頂推工作。同理，需要對鋼箱主梁進行橫向糾偏時，通過豎向千斤頂與橫向糾偏千斤頂配合，帶動鋼箱主梁在滑座上橫向滑移。步履式頂推及橫向糾偏是一個自平衡的滑移過程。步履式頂推施工過程中，每一個行程的頂推作業，需要通過臨時保護墩作為系統的轉換支撐。

圖9 主跨頂推施工示意圖

3.6 下吊點錨板過墩施工技術

頂推施工時，縱梁為橋面系支撐部位。邊拱吊桿下吊點錨板位于邊縱梁底板中部，橫向最大寬度900mm，縱向最大長度760mm，最大高度300mm。錨板兩側邊緣至腹板距離均為250mm。邊縱梁下頂推系統橫向布置兩臺步履頂、兩組保護墩，抄墊寬度400mm，中間凈寬1000mm，可保證頂推過程中下吊點錨板順利通過。

圖10 邊拱下吊點過墩示意圖

下吊點錨板頂推經過墩頂時，測量復核橋面系與頂推支架橫向相對位置，若橫向偏差大于10mm，通過步履頂對鋼梁進行橫向臨時糾偏，確保結構縱軸線位于設計位置。錨板頂推通過墩頂時，時刻關注錨板側壁與頂推系統抄墊裝置的間隙，若間隙小于1cm或持續減小，頂推間隙利用步履頂對鋼梁整體橫向糾偏。

3.7 導梁上墩施工技術

當導梁前段到達下一個頂推平臺時，需要通過上墩操作，保證頂推結構經歷最大懸臂狀態后，導梁前端能夠順利落至頂推系統上，且支點高度達到理論標高。經計算，導梁前端最大下撓出現在前端上拼裝支架2的最大懸臂工況，此時導梁前端最大撓度為370mm。

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所選頂推設備最大豎向頂升行程200mm，根據每次導梁上墩工況導梁前端下撓值，提前將步履頂上部抄墊高度降低至導梁前端，從而順利通過，同時在步履頂后方設置臨時保護墩，待導梁頂推至步履頂上方，通過導梁前端豎向起落梁，增加步履頂及臨時保護墩上部抄墊高度，將導梁前端標高調整至設計值。此時導梁前端已形成有效支撐，可進行后續頂推施工。導梁前端到達原設計固定保護墩上方時，拆除臨時保護墩，利用步履頂及固定保護墩進行頂推作業。

圖11 導梁上墩步驟示意圖

3.8 落梁施工技術

兩幅橋面系先后頂推就位，此時全橋由頂推支架1～5支承，將鋼梁落至設計標高。首先拆除前端導梁，同步利用50t汽車吊橋面安裝9#墩中橫梁。然后頂推平臺2、頂推平臺3支點同步落梁，頂推平臺4、頂推平臺5再同步落梁，最后頂推平臺1落梁，落梁過程中同步調整縱向及橫向偏差。

頂推就位后，各支點高于設計標高30mm。利用墩頂步履頂及保護墩交替支承，降低抄墊高度，將鋼梁落至設計標高，調整各支點縱橫向偏差，轉換全橋支承體系。

圖12 整體落梁工序示意圖

4 結論

合肥市廣德路鋼橋為（50+135+45）m三跨連續無推力拱橋，主跨135m跨越南淝河。鋼箱主梁采用頂推法施工，采用步履式頂推設備配置同步頂推控制裝置，滿足了遠距離頂推控制要求，通過縱梁腹板補強、左右幅交替頂推施工、導梁上墩施工、交替落梁施工等技術，有效地提高了施工效率和工程經濟效益，為實現涉航道多點同步頂推施工創造了先決條件。