鋼箱梁頂推技術(shù)在路橋施工中的應(yīng)用

謝宇尚

（佛山市建盈發(fā)展有限公司，廣東 佛山 528000）

0 引言

鋼箱梁頂推施工是公路橋梁鋼箱梁施工中的重要技術(shù)，通過提前拼裝與吊裝鋼箱梁，再利用頂推技術(shù)將各段鋼箱梁安裝至規(guī)定位置，可大幅度提高該環(huán)節(jié)的施工效率[1]。鋼箱梁施工中的頂推結(jié)構(gòu)設(shè)計與執(zhí)行效果決定著鋼箱梁的安裝質(zhì)量，因此施工單位需掌握好頂推施工技術(shù)的使用要點及適用范圍，合理設(shè)計施工方案，進(jìn)而保證公路橋梁鋼箱梁施工的有序進(jìn)行。

1 工程概述

佛山市龍翔大橋及其引道工程項目通過龍高路、南九復(fù)線，建設(shè)新大橋順德水道，并直接接入佛山一環(huán)，在南海、高明以及禪城等多個區(qū)域之間形成一條環(huán)形的通道，選取其中龍畔互通式立體交FZ1#輔道橋第五聯(lián)中的鋼箱梁施工進(jìn)行分析。

首先，該段采用40m 裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁+68m 簡支鋼箱梁+40m 裝配式預(yù)應(yīng)力小箱梁。裝配過程采用頂推設(shè)備一次推移到位，故不采用臨時墩作為支撐。

其次，從鋼箱梁搭載的實際情況來看，考慮到該段橋梁的跨度為68m，施工計劃采取上部結(jié)構(gòu)為等高雙箱單室鋼箱梁進(jìn)行組裝，并對鋼箱梁的使用規(guī)格參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)劃，部分參數(shù)設(shè)計如表1 所示。

表1 鋼箱梁參數(shù)設(shè)計（單位：mm）

最后，施工共設(shè)有五段主梁節(jié)段、三段導(dǎo)梁節(jié)段，導(dǎo)梁之間設(shè)計為栓接方式，并設(shè)置41#作為頂推點向42#方向頂推，頂推長度控制為101m。

2 鋼箱梁頂推施工難點

2.1 鋼箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜

在一些大跨度橋梁的鋼箱梁安裝施工中，由于鋼箱梁組裝的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，導(dǎo)致施工中無法精準(zhǔn)把控鋼箱梁梁重、頂推受力、頂推高度等容易引發(fā)安裝誤差的因素，致使頂推施工技術(shù)應(yīng)用受阻[2]。而在龍翔大橋的鋼箱梁頂推施工中，因結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜造成的施工難點有以下幾個方面：

首先，由于鋼箱梁的主梁線形設(shè)計復(fù)雜，在搭設(shè)支架的過程中施工人員必須根據(jù)主梁的線形變化確定支架與鋼箱梁的接觸位置及支撐點，使該工序需要花費大量時間來計算支架設(shè)計參數(shù)。

其次，鋼箱梁施工需分段進(jìn)行，每一段鋼箱梁又由多個梁段拼裝組成，導(dǎo)致在施工過程中已經(jīng)頂推完成的梁段與待拼裝的梁段需要進(jìn)行高精度連接，要求施工人員精準(zhǔn)把控頂推設(shè)備位置、垂直度及鋼箱梁頂推高程等參數(shù)。

最后，考慮到鋼材重量問題，如果頂推過程中滑道荷載能力不足，或者支點布置不合理，會導(dǎo)致頂推過程中軌跡出現(xiàn)偏移，可能導(dǎo)致鋼梁傾覆。

2.2 頂推操作不合理

鋼箱梁的頂推是借助頂推設(shè)備的同步控制，在自動適應(yīng)標(biāo)高變化的基礎(chǔ)上，利用設(shè)備實現(xiàn)平面與豎向的位移。在此過程中，如果頂推控制方法與操作不合理，會造成鋼箱梁位移困難、位移偏差等問題[3]。第一，多個頂推點設(shè)備的同步性不足，導(dǎo)致鋼箱梁在位移過程中支點受力不均，進(jìn)而導(dǎo)致鋼箱梁存在與支座脫空的隱患。第二，在鋼箱梁緩慢放置到登頂支座的過程中，如果鋼箱梁頂推點的數(shù)量不足，會導(dǎo)致鋼箱梁支撐困難，且頂推設(shè)備在支撐收油過程中的下降速率過快會引發(fā)鋼箱梁安裝位置偏移的問題。

2.3 工況變化復(fù)雜

在鋼箱梁頂推施工過程中，施工人員需要進(jìn)行多項計算和監(jiān)控工作，包括施工方案的計算論證、鋼箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與安裝的優(yōu)化、頂推線形設(shè)計，以及登頂支座和頂推支點標(biāo)高參數(shù)確定等。然而，當(dāng)工況發(fā)生變化時，一些施工設(shè)計需要根據(jù)臨時變更的施工方案進(jìn)行實時調(diào)整，可能導(dǎo)致頂推施工作業(yè)無法順利進(jìn)行[4]。

舉例來說，在鋼箱梁導(dǎo)梁吊裝期間，如果實際梁重超過施工方案中設(shè)計的導(dǎo)梁自重，預(yù)先計劃的頂推設(shè)備便無法按照原有要求對鋼箱梁進(jìn)行位移頂推，這意味著頂推的距離和高度很可能無法與預(yù)設(shè)的軌跡相吻合，需要重新架設(shè)支架和頂推設(shè)備等施工設(shè)備，會影響鋼箱梁安裝施工的正常進(jìn)行。

3 鋼箱梁頂推技術(shù)在路橋施工中的應(yīng)用要點

3.1 優(yōu)化頂推系統(tǒng)的布置設(shè)計

優(yōu)化鋼箱梁頂推系統(tǒng)的布置設(shè)計可以提高其在頂推施工中的適配度，從而優(yōu)化鋼箱梁的最終組裝和連接效果。因此，在施工設(shè)計的早期階段，施工單位應(yīng)對頂推系統(tǒng)的布置進(jìn)行測試和檢驗，以避免施工過程中出現(xiàn)施工變更或圖紙施工不可行的問題。以龍翔大橋的頂推系統(tǒng)布置方法為例進(jìn)行說明。

第一，由于該橋段的跨度為68m，因此頂推施工中不采取臨時墩支設(shè)的方式輔助施工。施工單位預(yù)先準(zhǔn)備了步履式頂推設(shè)備、導(dǎo)梁、臨時支架和拱架等施工構(gòu)件，并采用一跨頂推到位的頂推施工方法，極大地提高了頂推作業(yè)的施工效率。

第二，施工單位在完善頂推系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，利用計算模型判斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在各種工況下的受力情況是否合理。只有在各結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定之后才能正式進(jìn)行頂推作業(yè)。例如，在主鋼梁的模型設(shè)計計算中，施工單位確定了主鋼梁的最大組合應(yīng)力為240MPa，最大剪應(yīng)力為120MPa。其中采用的部分計算公式如式（1）所示（主鋼梁組合應(yīng)力計算）。利用關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算來驗證鋼箱梁頂推模型的設(shè)計是否合理，可以防止設(shè)計遺漏導(dǎo)致施工方案變更的情況，從而確保鋼箱梁施工順利進(jìn)行。

式（1）中：σc表示主鋼梁最大組合應(yīng)力；σb表示彎曲應(yīng)力；V表示剪力；Q表示梁截面中心至切線的距離；A表示梁截面面積；b表示梁截面寬度。

3.2 鋼箱梁吊裝施工要點

首先，在該項目吊裝條件的控制方面，施工單位先對施工區(qū)域內(nèi)的土地進(jìn)行硬化處理，確保其符合《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTG C20—2011）的質(zhì)量要求。根據(jù)鋼箱梁頂推施工需求，建設(shè)臨時平臺和滑軌，以輔助頂推作業(yè)的實施，吊裝前施工條件。

其次，在吊裝順序控制方面，采用主臂長度為32m、作業(yè)半徑為25m、起重極限值為40t 的吊裝設(shè)備，逐一吊裝鋼箱梁的各個段落。吊裝順序為“左側(cè)第二段吊裝—中間段吊裝—兩側(cè)懸臂段吊裝”，在各段焊接完成之后正式銜接頂推滑移施工，這樣的吊裝順序能夠有效防止吊裝期間鋼箱梁出現(xiàn)偏移。同時，以導(dǎo)梁為基準(zhǔn)點，能夠嚴(yán)格控制各吊裝點的位置關(guān)系。

最后，在吊裝位移和高差控制方面，施工單位使用檢測儀全程監(jiān)控梁段中線位置，確保各段中線位置的偏移量控制在50mm 以內(nèi)，高差控制在20mm 以內(nèi)。對于存在超標(biāo)偏差的鋼箱梁進(jìn)行糾偏處理，然后重新進(jìn)行吊裝并銜接頂推施工。

3.3 鋼箱梁頂推要點

在龍翔大橋鋼箱梁頂推施工中，施工人員采取了以下控制措施：

第一，在空載試運行中，調(diào)整頂推參數(shù)，觀察控制系統(tǒng)的響應(yīng)情況以及頂推軌跡是否合理。在此過程中，控制鋼箱梁頂推平移450mm、垂直位移180mm，最終測算得出頂推的同步誤差能夠控制在2mm 以內(nèi)，表明頂推系統(tǒng)正常運行，沒有異常情況。

第二，在頂推糾偏方面，采用專業(yè)的糾偏檢測裝置分析鋼箱梁頂推過程中的軸線是否存在偏移情況，并根據(jù)實際的檢測結(jié)果制訂糾偏措施。在龍翔大橋施工案例中，采用八套頂推設(shè)備同步施工的方式控制頂推位移，并在墩頂支座安裝1～2 個檢測軸線開關(guān)，安裝效果如圖1 所示。如果在鋼箱梁頂推平移過程中，檢測軸線開關(guān)未能識別到鋼箱梁截面，則表示頂推偏差超出標(biāo)準(zhǔn)，此時應(yīng)當(dāng)采取“回推+檢查+繼續(xù)頂推”的方式進(jìn)行橫向糾偏，以提高鋼箱梁頂推施工精度。

圖1 控制頂推位移監(jiān)測

3.4 頂推質(zhì)量評估與檢測

逐一完成鋼箱梁頂推施工后，施工單位需針對已推進(jìn)并組裝完成的鋼箱梁質(zhì)量進(jìn)行評估，確保質(zhì)量達(dá)標(biāo)再進(jìn)行后續(xù)施工工序。而龍翔大橋的鋼箱梁頂推施工中，施工單位主要圍繞鋼箱梁偏移情況、垂直度、梁體連接穩(wěn)定性、焊縫質(zhì)量及表面缺陷等進(jìn)行檢查，這些檢查方法適用于各類路橋鋼箱梁頂推施工的質(zhì)量評估。以案例中的梁體連接穩(wěn)定性檢查為例，施工人員采用扭矩扳手及其他工具對連接點的螺栓進(jìn)行緊固力檢查，確認(rèn)檢查結(jié)果符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）標(biāo)準(zhǔn)要求，且未發(fā)現(xiàn)螺栓緊固力低于標(biāo)準(zhǔn)的連接點。此外，檢驗中采用的靜載試驗法有顯著的應(yīng)用價值，該檢驗方法能夠利用應(yīng)變片、力傳感器等測量設(shè)備測算得出鋼箱梁連接點的應(yīng)力圖像，從而判定連接點的受力狀態(tài)及實際性能。

4 鋼箱梁頂推施工技術(shù)

4.1 采用BIM 技術(shù)檢驗鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段施工情況

在一些主橋梁線形設(shè)計較為復(fù)雜的情況下，如果未能采用定點監(jiān)控的方式記錄頂推過程的位移、撓度、加載等情況，可能導(dǎo)致頂推完成的鋼箱梁節(jié)段存在不明顯的偏移。針對該問題，施工過程中應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控技術(shù)分析鋼箱梁橫斷面的布置情況。以BIM 技術(shù)為代表的模型監(jiān)測技術(shù)適用于檢查鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段的頂推情況，能夠獲取較為精準(zhǔn)的工況數(shù)據(jù)。

圖2 所示為基于BIM 建模獲得的鋼箱梁截面圖，能夠精準(zhǔn)地反饋鋼箱梁頂推的偏移與誤差情況。龍翔大橋施工案例中的導(dǎo)梁共分為4 個節(jié)段，每一節(jié)段都可以采用BIM 技術(shù)獲取橫斷面圖，并進(jìn)行鋼箱梁頂推布局位置的對比，以檢查是否存在偏移情況。

圖2 鋼箱梁模型截面圖（單位：mm）

4.2 合理選擇頂推設(shè)備

在鋼箱梁頂推施工中，施工單位必須根據(jù)需要選擇適合現(xiàn)場作業(yè)的頂推設(shè)備，并提高施工器械與設(shè)備的使用效率。例如，在龍翔大橋的鋼箱梁頂推施工中，施工單位采用了步履式頂推設(shè)備進(jìn)行頂推作業(yè)。該設(shè)備由計算機操作臺統(tǒng)一進(jìn)行頂推管理，并通過液壓泵站控制位移傳感器進(jìn)行作業(yè)，適用于對精度要求較高的頂推施工，其操作流程如圖3 所示。

圖3 步履式頂推設(shè)備操作流程

此外，液壓式爬行器等裝置也可用于控制鋼箱梁的頂推滑移。該裝置利用夾緊裝置控制液壓缸的抽動實現(xiàn)位移控制，且有較強的穩(wěn)定性，能使鋼箱梁的前托結(jié)構(gòu)在頂推過程中按照設(shè)定的軌跡移動。

4.3 滑道與導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了確保鋼箱梁頂推不偏離預(yù)定軌跡，在龍翔大橋施工設(shè)計中，采取了以下措施：

第一，在滑道設(shè)計方面，采用滑道梁和滑板組合方式，控制每段滑道的有效長度為2000mm，寬度為300mm，超過限位標(biāo)準(zhǔn)約30%，以防止在頂推過程中梁體脫離滑道。

第二，在導(dǎo)向裝置的設(shè)計中，采用橫向限位器來固定鋼箱梁滑行時的導(dǎo)向輪，以增強頂推過程中的橫向定位限制力，防止偏移。

5 結(jié)語

總的來說，頂推施工技術(shù)在路橋鋼箱梁施工中有顯著的應(yīng)用價值。結(jié)合頂推技術(shù)打造全新的鋼箱梁建設(shè)施工模式，有利于大幅度提高現(xiàn)階段路橋工程的施工效率及鋼箱梁施工階段的成本效益。未來，路橋工程施工單位應(yīng)著眼于優(yōu)化頂推施工技術(shù)的使用要點及工藝流程設(shè)計，并參考相關(guān)分析中的施工技術(shù)與方法，不斷提升頂推施工技術(shù)水平，進(jìn)而提升公路橋梁整體施工質(zhì)量。