・桥 梁・ 空问曲线连续钢箱梁顶推施工技术 李惊蛰 （渭南市建设工程质量安全监督中心站，陕西渭南摘要：随着钢箱梁结构在桥梁设计中的广泛采用，施工单位 ７１４０００） 闭、北幅（南幅）双向通行及封路期间的交通管制工 作。由于当时３１２国道南京至上海区段正在拓宽改造 中，使得该区段３１２国道上的车辆只能被分流到沪宁 对钢箱梁的施工技术也在进行着不断的创新和尝试。结合无 锡硕放至张家港港区高速公路硕放枢纽＿Ｔ－程四跨连续钢箱梁 的顶推施工实践，详细介绍空间曲线连续钢箱粱分段拼装、分 段顶推施工技术。 关键词：钢箱梁；顶推；施工 中图分类号：Ｕ４４５．４６２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—２９５４（２００８）１０—００５５—０３ １ 工程概况 无锡硕放至张家港港区高速公路硕放枢纽工程位 于无锡市东南郊硕放镇朱家湾境内，包括上跨沪宁高 速公路的Ａ线桥、Ｇ匝道桥、Ｈ匝道桥三座桥梁，桥梁 全长分别为９６９．６９、６４１．２４、３７３．０８ ｒｎ。Ｈ匝道桥、Ｇ 匝道桥跨沪宁高速均设计为单室单箱的连续钢箱梁结 构，钢箱梁顶面宽１０．５ ｍ、底宽５．５ ｍ、中心处梁高１．８ ｍ，钢箱梁顶面设６％横坡。Ｈ匝道钢箱梁位于Ｒ＝ ２５０ ｍ平曲线、Ｒ＝３ ４００ ｍ竖曲线的空间曲线上；Ｇ匝 道钢箱梁位于Ｒ＝２４０ ｍ平曲线、Ｒ＝１ ８５０ ｍ竖曲线的 空间曲线上。Ｇ匝道桥钢箱梁采用２０ ｍ＋３２ ｍ＋３４ ｍ ＋２５ ｍ四跨一联，Ｈ匝道桥钢箱梁采用２８ ｍ＋３４ ｍ＋ ３４ ｍ＋２８ ｍ四跨一联，该两联钢箱梁总长分别为１１１ ｍ和１２４ ｍ。 ２施工方案比选 根据钢箱梁位于小半径平面圆曲线和凸形竖曲线 合成的空间曲线的特点，结合以往桥梁的顶推施工经 验，拟定以下３种施工方案。 ２．１ 钢箱梁吊装方案 此种施工方法施工速度快，能够满足工期紧的要 求。但此法施工时需要对沪宁高速实施南（北）幅封 收稿日期：２００８—０６—２３ 作者简介：李惊蛰（１９６７一），男，工程师，毕业于石家庄铁道学院。 高速公路通行，双向８车道的沪宁高速公路上交通流 量大，无锡段Ｅｔ双向平均流量达１２万辆，采取封路施 工无法保证沪宁高速公路上的交通顺畅和交通安全。 ２．２钢箱梁拼装成一联，整体顶推方案 此种施工方法，可以在不影响沪宁高速交通的情 况下完成钢箱梁的安装工作，操作方便，进度也能够满 足工期要求。但是需要在沪宁高速北侧搭设整联长度 的钢箱梁拼装支架，支架投入量较大、成本较高，且影 响相邻一联支架现浇箱梁的施工。 ２．３钢箱梁分段拼装。分段顶推方案 此种方法结合上述２种方法的优点：施工速度快， 能够满足工期紧的要求；钢箱梁施工全程不影响沪宁 高速公路交通，确保了交通顺畅和交通安全；拼装支架 减少为钢箱梁整体顶推方案投入支架的一半，大大降 低了成本；投入设备简单，省去了钢箱梁吊装方案中所 需的１５０ ｔ汽车吊。 通过综合分析比较，最终选定了钢箱梁分段拼装、 分段顶推施工方案。 ３支架系统的设计特点 ３．１ 施工工艺流程 钢箱梁分段拼装、分段顶推施工工艺流程：施工基 础，搭设支架，安装下滑道及导向装置一拼装第２号～ ５号节段钢箱梁及导梁，顶推２Ｏ ｍ一继续拼装第６号、 ７号节段钢箱梁，顶推３０ ｍ一继续拼装第８号～ｌ０号 节段钢箱梁，向前顶推３０ ｍ一拼装最后第１１号节段 钢箱梁，并向前顶推ｌ５ ｍ一拆除前导梁，安装尾推梁， 顶推至设计位置止一拆除尾推梁，安装“１”梁段一拆 除滑道，落梁，安装支座并调整支座反力。 ３．２施工方法 ３．２．１ 临时墩设计与施工 临时墩除满足钢箱梁拼装平台外，还要兼作对钢 箱梁实施空间曲线顶推之用。因此，在设计Ｉ临时支墩 时，既要考虑其能承受顶推时的最大竖向荷载和最大 水平力，又要考虑满足钢箱梁在顶推过程沿同半径平 面圆曲线和同曲率凸型竖曲线轨迹前进要求，并按位 置准确计算和控制滑道进、出口的高程。 （１）临时墩结构（图１） 临时墩采用钢管支墩，并用钢板对上下端部作加 强处理。本桥临时墩均设计为４，５００ ｍｍ×８ ｍｍ钢管 柱，用Ｑ２３５钢板卷制。一组临时墩共由４根钢管柱 组成，柱问用［１６型钢作剪刀撑连接，柱顶设置用于固 定下滑道的钢支座。考虑到拼装钢箱梁过程中需要设 置用于调整接头高程的千斤顶，同时提高临时墩抗推 能力，因此，在每组支墩上部设置２根Ｉ４０纵梁。位于 桥墩处的临时墩，其墩顶用型钢与桥梁支座垫石进行 连接 图１ 临时墩示意 （２）临时墩基础 临时墩基础采用混凝土扩大基础，根据地基实际 承载力（１２０ ｋＰａ）及最大竖向荷载（一般墩为８５０ ｋＮ， 中央分隔带处为１ ７６０ ｋＮ），确定一般临时墩２个分离 式基础尺寸为４ ｍ×２ ｎｌ×１．２ ｍ。基础混凝土按照 Ｃ２５控制，在基础混凝土施工时预埋１４个Ｍ２５地脚螺 栓。钢管柱与基础栓接。中央分隔带处临时墩基础充 分利用匝道桥承台。临时墩确定后，根据顶推工况对 其进行承载力和抗倾覆验算。 （３）临时墩布置 临时墩沿线路中线径向布置，除各组临时墩平面 满足与钢箱梁相同半径的圆曲线要求外，各墩顶部的 高程必须满足钢箱梁对应的竖向圆曲线线形要求。 拼装地段的临时墩布设数量主要根据钢箱梁在顶 推中处于最大悬臂（３４ ｍ）工况时满足抗倾覆系数１．５ 来确定，各组临时墩纵向间距主要根据钢箱梁分段长 度（９．９３／ＴＩ）确定。因此，本桥拼装地段临时墩纵向中 心间距１０ ｍ。Ｇ匝道桥需布设１１组，Ｈ匝道桥１２组。 每组临时墩钢管柱纵横向间距由设计提供的滑道 位置及下滑道梁长度决定，据此计算出横向间距５．１５ ｎｌ，纵向间距２ ｍ。钢箱梁的顶推高程与设计落梁高程 相同。 （４）支架搭设 按照临时墩布置图用全站仪测放各个临时墩位 置，并对地基进行处理，随后常规法浇筑基础Ｃ２５混 凝土；待混凝土达到一定强度后安装钢管柱，采用［１６ 型钢设置好纵横向水平支撑和剪刀撑。临时支墩安装 时垂直度≤１％，顶面高程允许误差０～一１０ ｍｍ。 ３．２．２滑动和导向装置 滑动装置主要由下滑道、上滑板组成。 （１）滑道位置 钢箱梁顶推滑道一般设置在左右腹板下方的底板 附近，并对腹板底部设三角形加劲肋，同时在顶推滑道 中心位置沿纵向通长设８０ ｃｍ高肋板进行加强，以防 止钢箱梁的变形。 （２）下滑道 下滑道由滑道梁、下滑板组成。滑道梁为２根 ［３２ｂ型钢，下滑道有效长度２．０ ｍ，宽度３０ ｃｌｎ。考虑 到钢箱梁在顶推过程中上滑块可能会出现挤死或卡住 现象，需要起顶钢箱梁，故在每侧滑道梁的两端都设有 吊篮，吊篮内可安放５０ ｔ液压千斤顶以备用。 下滑板由５块口５００ ｍｍ×５００ ｒａｍ×２０ ｍｍ钢板组 成，每块钢板顶面外包口５４５ ｍｍ×４５０ ｍｍ×１ ｍｍ的 镜面不锈钢板（周边与钢板压焊）。钢板下料后四周 剖成圆弧面，防止接缝处的棱角划伤聚四氟乙烯滑 板面。 （３）上滑块 为减小顶推阻力，选择一面贴聚四氟乙烯、内部设 两层钢板的氯丁橡胶板作为滑块。其规格为口４００ ｍｍ×２００ ｍｍ×２０ ｍｍ。下滑板和上滑块共同组成顶 推摩擦副，在顶推千斤顶的作用下，实现钢箱梁的顶推 前进。 （４）导向装置 为方便钢箱梁节段拼装时的横向定位和顶推时的 导向，在临时支墩下滑道板外侧设置了导向装置（横 向限位器）。导向装置主要由钢轴、螺母、垫片及导向 轮组成。通过钢轴及螺母将导向轮固定在下滑道钢板 面上。其结构如图２所示。 （５）下滑道安装 下滑道加工好后，用吊车整体就位在钢管柱顶部 的支座上，检查滑道顶面高程，必要时用钢板进行调 整，符合要求后再将滑道梁与支座焊接。 ３．２．３ 导梁 导梁长度一般为顶推跨径的０．６～０．７倍，本桥钢 导梁长度内侧２０ ｍ，外侧２２ ｍ，其截面为工字形钢板 梁。导梁顶板、底板厚２０ ｍｍ，腹板厚１６～１２ ｍｍ。导 梁高度及线形与钢箱梁相同，并与钢箱梁腹板栓接。 图２导向装置示意【单位：ｍｍ】 考虑到导梁上墩时要设置千斤顶顶升，导梁前端成 弃口。 ３．２．４ 梁段顶推 （１）顶推方式及位置 为减小桥墩承受的水平力，考虑到平曲线及竖曲 线顶推，本桥选择多点拉杆式连续顶推，即２台千斤顶 分别固定于Ｇ匝道１９号墩、２Ｏ号墩（Ｈ匝道为１１号、 １２号墩）。为防止顶推过程中两侧桥墩受扭，将水平 千斤顶设置在桥墩两立柱间的操作平台上。 拉锚器设置在钢箱梁底板横向中心线处的横隔板 部位。拉锚器与钢箱梁底板栓接。钢箱梁加工时，事 先在底板上打好固定拉锚器的栓孑Ｌ。 （２）牵引装置 根据顶推最大水平力，选择２台ＺＬＤ一１００自动 连续千斤顶提供水平动力。拉杆采用３根西 １５．２４钢 绞线和自动工具锚。锚固器采用Ｑ２３５钢板组焊而 成，其结构尺寸除满足最大顶推水平力外，还要兼顾水 平千斤顶施力点尽量与拉锚器同轴。每次顶推时，拉 锚器与连续式千斤顶之间保持２０～３０ ｍ的距离，以减 小其位置对平、竖曲线顶推的影响。 （３）多点顶推同步运行控制 由于本桥２个水平千斤顶布置在两个桥墩中间， 因此，多点顶推同步运行控制主要目的在于期望２个 墩上的千斤顶出力克服该墩上的摩阻力，或限制顶推 力与摩阻力的差值在桥墩能够承受的水平推力范围。 就此而言，本桥桥墩最大允许的水平力为９６０ ｋＮ，而 临时墩传递给桥墩的最大顶推力约６５０ ｋＮ。尽管如 此，采购设备时按照２台千斤顶集中控制设置总控制 台，控制２个泵站。每个千斤顶位置配备联络器具，随 时可以互相与控制台人员通话，发布操作指令及反应 顶推情况。 顶推力的控制主要由操作人员手动调整油泵压力 控制施力。 （４）分段拼装及顶推 第一步：安装Ｇ２一Ｇ５共４个梁段和导梁 用２台５０ ｔ汽车吊分别将Ｇ２～Ｇ５梁段吊装在支 架上，调整钢箱梁高程、线形，焊缝焊接、检测。安装前 导梁并对梁段补涂装。 第二步：顶推钢箱梁Ｇ２一Ｇ５梁段前移２０ ｍ 操作顶推泵站，由２台千斤顶缓缓给钢箱梁施力， 钢箱梁随之向前滑动。在顶推过程中随时观察滑板情 况，一旦出现滑板脱空时，暂停顶推，及时在滑板与梁 底间加垫钢板。当最前端滑板滑出后，及时从尾部喂 新送滑板。 第三步：拼装Ｇ６、Ｇ７梁段 用同样的方法吊装Ｇ６、Ｇ７分段，调整钢箱梁高 程、线形，焊好接头焊缝，随后安装Ｇ６、Ｇ７梁段的翼缘 板和钢护栏，并进行涂装。 第四步：第二次顶推钢箱梁前进３０ ｍ 继续顶推钢箱梁，当导梁伸进中央分隔带临时墩 下滑道约４０ ｅｍ时，暂停顶推，用竖向千斤顶将导梁前 端顶起一定高度（千斤顶下端垫上聚四氟乙烯滑板）， 接着继续顶推０．５～１ ｍ暂停，在导梁下端安装滑板， 拆除导梁上墩用的千斤顶，继续顶推，直至梁段前移 ３０ ｍ止。 第五步：吊装Ｇ８～Ｇ１０分段，并顶推３０ ｍ 具体方法同前。 第六步：吊装Ｇ１１梁段，顶推前进２０ ｍ 用汽车吊吊装Ｇ１１梁段，继续向前顶推１５ ｍ，并 逐节拆除导梁。最后安装尾梁，继续顶推前进５ ｍ，使 尾部钢箱梁达到设计位置，拆除尾梁。 第七步：安装最前端Ｇｌ段钢箱梁 测量Ｇ１长度，必要时切割余量，符合设计要求后 吊装最后Ｇ１分段，并焊接。安装Ｇ１、Ｇ１１等梁段翼缘 板和钢护栏，喷涂最后面漆。 第八步：安装支座，落梁 调整梁端线、梁边线精度满足设计及施工规范要 求后，用千斤顶起梁，准确量测支座位置及上座板螺栓 孔位置后安装支座，支座位置、高程经复核无误，匀速 缓慢地落梁于永久支座上。 ３．２．５施工监控 为确保顶推过程中钢箱梁、桥墩及临时墩的安全， 对顶推全过程进行监控。 （１）横向位移监控 在导梁顶面、钢箱梁顶板中线位置每隔１０～２０ ｍ 固定一个小棱镜，分别在顶推前、顶推中、顶推就位后 采用全站仪观测小棱镜，根据测设的小棱镜位置推断 钢箱梁及导梁的横向位移偏差。 用同样的方法，对临时墩顶部位移进行监控。 （２）导梁挠度监控 采用水准仪法对导梁挠度进行监测。测点设在导 梁端断面上，横向共２个测点，分别在顶推前、顶推中、 抵达临时墩顶前、抵达墩顶后进行实测，并与设计提供 的挠度值对比。 预应力混凝土箱梁、钢桁梁的架设，在钢箱梁架设中的 应用为数不多。空间曲线连续钢箱梁分段拼装、分段 顶推施工技术在无锡硕放枢纽Ｇ匝道桥、Ｈ匝道桥中 （３）钢箱梁、桥墩、临时墩应力监测 在墩底部、钢箱梁腹板底部等部位安装应力计，实 测应力，并与设计规定值对比。 （４）落梁时永久支座反力的监测 在永久支座处设置应力计，落梁时对各永久支座 的支反力进行监测，根据测量结果调整支座高程。 ４ 结语 在我国桥梁施工中，顶推施工技术较多的应用于 的成功应用，为位于小半径平面圆曲线和凸形竖曲线 上的钢箱梁安装提供了新方法，对于类似条件的桥梁 顶推施工具有借鉴作用。 参考文献： ［１］周水兴．路桥施工计算手册［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９９． ［２］杜 越．曲线钢箱梁顶推施工技术［Ｊ］．铁道标准设计，２００６ （１２）：４６—４８． ［３］ 雷宏刚．钢结构设计基本原理［Ｍ］．北京：科学出版社，２００５． ［４］ 尚庆保．复杂地段小半径变曲率连续钢箱梁顶推施工技术［Ｊ］．铁 道标准设计．２００７（３）：４８—５０．