步履式橋梁頂推法施工技術(shù)的探討與應(yīng)用實例

俞國際，褚金雷

（宏潤建設(shè)集團股份有限公司，上海市200235）

步履式橋梁頂推法施工技術(shù)的探討與應(yīng)用實例

俞國際，褚金雷

（宏潤建設(shè)集團股份有限公司，上海市200235）

重點介紹了在江、河、湖、海上修建鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)大橋、長橋的頂推法施工工藝，橋梁頂推法施工發(fā)展歷史，以及頂推法施工工藝選用的優(yōu)缺點分析、施工原理和橋梁頂推程序的簡介，可降低企業(yè)機械設(shè)備、模板和支架材料投入成本，增加市場競爭力。

頂推法；施工原理；技術(shù)應(yīng)用

0　引　言

隨著近代高強、輕質(zhì)建筑材料與計算機技術(shù)的發(fā)展，使橋梁設(shè)計能力突飛猛進；為了在江、河、湖、海上修建深基礎(chǔ)、高橋墩的大跨徑橋梁，橋梁施工技術(shù)也在持續(xù)改進。一般橋梁上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工采用滿堂支架法、少支架法、懸臂澆筑法等，預(yù)制結(jié)構(gòu)采用自行式起重機械吊裝、架橋機安裝、門架法安裝等；在特殊環(huán)境下，結(jié)合周邊施工條件，也采用轉(zhuǎn)體施工法、頂推法等工藝。本文以橋梁頂推法為背景，介紹頂推施工的工藝改進。

1　頂推法施工優(yōu)點

（1）改變了水上橋梁施工習(xí)慣，把上部結(jié)構(gòu)水上施工，改為岸邊施工，避免了許多水上臨時設(shè)施的投入和大型機械的使用，既節(jié)省了投資加快進度，縮短了工期，提高了質(zhì)量，減少了對水環(huán)境和城市環(huán)境的污染，又增加了施工的安全度，也便于施工時交通的疏導(dǎo)。

（2）頂推法施工現(xiàn)場小而集中，把漫長的施工線均緊縮到預(yù)制-組拼-頂推這一段，它只需要少量的大型設(shè)備，少量工人來從事反復(fù)的工藝流程，再復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)過日夜操練很快就熟練而掌控，因此極易實行規(guī)范管理、人員的技術(shù)培訓(xùn)、質(zhì)量的管控。

（3）頂推法施工臺后的預(yù)制-組拼-頂推流水線小，易于搭棚蔽蓋，實行全天氣候施工，同時預(yù)制-組拼的梁在橋墩未完成前已開始。從而達到縮短工期的目的。由于作業(yè)線短，施工對交通的干擾可降低到最小。

（4）預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋采用頂推法施工，其優(yōu)點更為顯著，可節(jié)省大量的模板、支架材料和由此產(chǎn)生的多次倒運，和支架基礎(chǔ)及支架預(yù)壓費，并可減少高空吊裝設(shè)備數(shù)量，減少沿途夜間噪音干擾，有利于創(chuàng)建文明施工環(huán)境。

（5）頂推法施工，是集中預(yù)制（加工）-組拼-頂推，這一多次循環(huán)作業(yè)，因此可采用定型化的鋼模板、各工序加工中可引入機械化，液壓自動化、和智能張拉等，這些都為提高橋梁施工現(xiàn)代化創(chuàng)造了有利的條件。

2　頂推法施工缺點

（1）頂推法施工，對滑板、滑道制造精度高。

（2）對各類箱梁制造、加工尺寸要求高，拼裝平臺、臨時墩的結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)，要有足夠的強度和剛度，其沉陷值不允許超過規(guī)范要求。

（3）不是圓弧曲線的平曲線彎橋不能采用頂推法施工，同時平曲線或者豎曲線的曲率半徑不得小于150 m，同樣跨徑數(shù)太少不經(jīng)濟而少采用。

（4）對頂推法施工的橋梁，其懸臂彎矩不能太大，尤其在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁橋施工時結(jié)構(gòu)受力部位不斷交替變化。若懸臂彎矩太大需要增設(shè)負彎矩區(qū)的配筋或者配索，而增加投資。

3　橋梁頂推法的發(fā)展

（1）由于橋梁頂推法的諸多優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于鋼系桿拱橋（跨徑210 m）懸索橋、自錨式懸索橋、斜拉橋、變截面連續(xù)梁橋、彎橋，它更適合于峽谷深溝地形處的各類橋梁施工。

（2）其施工方法已由單點頂推，發(fā)展到多點頂推；由拖拉式牽引法改進到契進式頂推，后又改進到步履式頂推法，（杭州九堡大橋、蘭州深安黃河大橋就采用此法）。

（3）拖拉式牽引法自動化程度不高，可視為半自動化，還需要大量人工操作，同時對支撐墩產(chǎn)生較大的水平反力，梁體受力大，而且遠需要設(shè)置滑道，使梁體在上滑移。采用楔進式頂推法或步履式頂推法，其裝置完全是集成化、自動化，把頂-推-降-縮完全集于一個操作平臺。進行多循環(huán)頂推不但速度快而且對墩的水平推力也很小而不計（由于滑動摩擦力小而且在設(shè)備內(nèi)部平衡，所以對墩頂不產(chǎn)生水平力）。

（4）根據(jù)頂推原理和橋梁具體情況，由原來雙千斤頂多點頂推，發(fā)展有單頂點的多點頂推，和三頂點的多點頂推，同時頂推設(shè)備完全具備三維功能，可對箱體隨時進行橫糾偏微調(diào)。

4　步履式頂推法施工原理

（1）橋梁頂推法施工即采用特制的頂推動力裝置，推動梁體在專用的臨時設(shè)施、滑動裝置上移動，最后將梁體推移到設(shè)計預(yù)定的位置。

這是頂推最基本的設(shè)想，這當(dāng)中要先梁體頂推、抬高、橫移的動力產(chǎn)生動力的設(shè)備；梁體是一個長、高、寬、重的特大構(gòu)件，要使它動，就需設(shè)多個支承點來抬托它，移動它，而這些支承必須要同步對梁體進行抬托、移動才行。因此它必須有垂直千斤頂，縱向水平千斤頂，橫向水平千斤頂，以及與此相匹配的電氣化、液壓泵站、自動液化控制、操作臺和計算機系統(tǒng)。

（2）可編程序控制器PLC

在多點頂推施工中，多有臺千斤頂（豎直、水平）要達到均勻同步運行，必需采用自動計算機系統(tǒng)進行操控，這就是PLC可編程序控制器，它是由液壓系統(tǒng)（泵站液壓千斤頂），檢測傳感器系統(tǒng)、計算器控制系統(tǒng)組成，以檢測梁體的位移值（頂推距離）和力（每個千斤頂受力的重量）以調(diào)整泵站輸入個千斤頂?shù)挠蛪褐祦碚{(diào)整其頂推速度和位移量使各點頂推點達到同步推進，其控制同步頂升的流程，見圖1。

（3）橋梁頂推的程序

目前橋頂推采用步履式頂推設(shè)備居多，它是集頂升—平移（縱向）—橫向移于一體，實現(xiàn)橋梁豎向、順橋向、橫向的移動和微調(diào)糾偏，和保證橋梁坡度線型。因此步履式頂推設(shè)備把三種功能的千斤頂集中組合在一個支撐架上（尺寸2.3 m× 5.9 m）放于橋頂橫軸線上（上下游各一臺）梁底板受力部位。當(dāng)控制臺指示啟動設(shè)備進行頂推時，步履式預(yù)頂升設(shè)備各千斤頂只按頂-推-降-縮（或者頂-推-落-回）四個步驟循環(huán)反復(fù)從而把梁推頂?shù)皆O(shè)計位置，最后頂起梁體，安裝支座落梁就位。

圖1　可編程序控制器PLC示意圖

（4）頂推時梁體懸臂受力在不斷交替變化，但必須控制最不利狀態(tài)，使內(nèi)力值不能太大，否則必須加強而不經(jīng)濟，為使梁體能最大限度地外懸以求得跨越更大的孔徑，因此常采取增設(shè)導(dǎo)梁和臨時支墩的辦法使能跨越更大的跨徑，使再大的跨徑也能采用頂推法施工水上橋梁。根據(jù)經(jīng)驗一般鋼結(jié)構(gòu)箱梁不用導(dǎo)梁和臨時支墩可跨60 m，超過60 m就不經(jīng)濟了，就得采用導(dǎo)梁或?qū)Я?臨時支墩的辦法，一般導(dǎo)梁長度按欲要跨越橋跨的60%左右的長度設(shè)計鋼導(dǎo)道，超大跨橋梁可設(shè)一個或多個臨時支墩，其間距根據(jù)實際情況（橋墩受力情況，河床地質(zhì)情況，梁體結(jié)構(gòu)承載力情況而定）杭州九堡大橋?qū)Я洪L45 m，深安黃河大橋前導(dǎo)梁長45 m，后導(dǎo)梁長35 m，世界上最長的導(dǎo)梁達105 m。

5　橋梁頂推法實例

蘭州深安黃河大橋采用下承式蝶形鋼拱疊合梁橋，跨徑156 m，橋面寬36.5 m，梁高3.5 m，采用“V”型主墩，圓端形承臺，Φ2000鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

為了減少施工對河道的影響，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點和現(xiàn)場條件，擬定主橋鋼結(jié)構(gòu)采用頂推滑移法施工。計劃在北岸進行整體鋼結(jié)構(gòu)的拼裝焊接，再通過頂推墩及步履式頂升滑移裝置，由北向南，進行整體鋼結(jié)構(gòu)頂推滑移，就位落梁成橋。

綜合考慮所處環(huán)境和結(jié)構(gòu)受力等因素，該施工過程共布置9組18個臨時墩。其中，河中布置L8、L9兩組臨時墩，加上位于主線承臺PM17外側(cè)的臨時墩L7，這3組臨時墩采用樁基礎(chǔ)，岸上的L1～L6臨時墩采用擴大基礎(chǔ)。支架具體高度，根據(jù)橋面鋼結(jié)構(gòu)和拼裝地面基礎(chǔ)之間高度而定。每座支架立柱均由4根800×14～16 mm鋼管和其它200～300×10 mm鋼管、20～30 mm厚鋼板組成支架格構(gòu)、方箱梁墊和頂推托架結(jié)構(gòu)，見圖2、圖3。

圖2　頂推總體立面布置圖（單位：mm）

圖3　頂推總體平面布置圖（單位：mm）

由于在黃河中設(shè)置有L8、L9兩組4個臨時頂推墩，每個頂推墩均由鉆孔灌注樁基礎(chǔ)及鋼管格構(gòu)柱組成。因此需先搭設(shè)施工棧橋，以便進行水中鉆孔灌注樁的施工。

由于臨時墩承受水平載荷的能力有限，只能采用多點分散頂推方法，在每個臨時墩和臨時墩上布置頂推設(shè)備，這樣頂推反作用力與摩擦力相互抵消，在正常運行時，臨時墩所受水平載荷很小。

根據(jù)蘭州深安黃河大橋施工特點，設(shè)計了一套頂推設(shè)備，集頂升、平移、橫向調(diào)整于一體，實現(xiàn)橋體的豎向、順橋向、橫橋向的移動或調(diào)整，從而保證橋體的坡度、全橋線型。該套頂推設(shè)備主要由一套帶頂升油缸、頂推油缸、橫向調(diào)整油缸的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，利用液壓泵站的驅(qū)動來實現(xiàn)頂推。

該方案利用“頂”“推”的兩個步驟交替進行，先將整體鋼箱橋面托起；向前推送；之后將橋體置于臨時墩上；頂推油缸縮缸到底，繼續(xù)實現(xiàn)下一個循環(huán)。通過往復(fù)頂推步驟的循環(huán)，最終將主橋送到預(yù)定的位置。

優(yōu)缺點：

（1）因為摩擦全部是在頂推裝置內(nèi)部進行的，臨時墩不受水平載荷；

（2）頂推裝置分布在各臨時墩上，形成多點推進，保證了箱梁的前進方向；

（3）即便有少量偏斜，通過兩側(cè)支撐油缸也可以做靈活的糾偏工作；

（4）橫向調(diào)整油缸保證橋體水平移動，不會產(chǎn)生偏移；

（5）整套設(shè)備集頂升、平移、橫向調(diào)整于一體，成本低。

綜合比較，我們采取多點分散頂推方式，來實現(xiàn)蘭州深安黃河大橋主橋滑移施工。

該頂推機械結(jié)構(gòu)的頂升油缸安裝于下部結(jié)構(gòu)內(nèi)，支撐面在臨時墩上，下部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)之間通過安裝聚四氟乙烯板和不銹鋼板進行滑動，滑動時頂升油缸和下部結(jié)構(gòu)相對于臨時墩不動，見圖4。

圖4　頂推機械結(jié)構(gòu)示意圖

6　結(jié)語

步履式橋梁頂推法施工技術(shù)是大跨度橋梁施工的一種先進施工方法，用相對較少的資源投入，取得了較大的經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益，為今后橋梁工程的施工，提供了很好的示范價值和可靠的實踐依據(jù)。

U445.4

B

1009-7716（2016）04-0129-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.04.040

2016-01-05

俞國際（1973-），男，浙江寧波人，高級工程師，從事大型跨江橋梁工程施工技術(shù)管理工作。