淺析頂推法施工在下穿框架橋中的運(yùn)用

蔡清祥

摘要：本文結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，淺析頂推法施工在下穿高速公路、上跨地鐵橋梁工程中的運(yùn)用，解決了邊通車邊施工、在中斷交通的前提下完成立面交叉橋梁下穿施工，為節(jié)約工程成本、保暢通、縮短建設(shè)周期提供保障。

關(guān)鍵詞：明挖；預(yù)制；框架橋；大噸位；千斤頂；頂推

引言：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速的發(fā)展，交通流量劇增，原有的道路漸漸不能滿足現(xiàn)有車輛通行的需求，平面交叉、立面交叉難以避免，甚至地上地下三四層才能滿足要求；在公路工程建設(shè)施工中，頂推法施工技術(shù)已經(jīng)逐漸被廣泛地運(yùn)用到具體的施工中，頂推法施工技術(shù)成為橋梁施工中值得研究的技術(shù)題材。本文結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際地上平面交叉地方路、立面交叉下穿廣州機(jī)場(chǎng)高速、地下有廣州地鐵3號(hào)與9號(hào)線，利用頂推法完成大噸位下穿框架橋橋梁的施工，它就是以后背墻及插銷為頂推抗力、以千斤頂為動(dòng)力，以頂鐵和頂柱為傳遞頂力，以滑道為行走軌跡、以限位插銷為導(dǎo)向裝置，對(duì)預(yù)制好的箱體縱向推進(jìn)至設(shè)計(jì)要求的位置。

一、工程概況

迎賓大道延長(zhǎng)線二期工程位于廣州市白云區(qū)，基本走向?yàn)闁|西走向，是花都迎賓大道延長(zhǎng)線的東延線。該工程距廣州新白云機(jī)場(chǎng)約1.5KM，西起機(jī)場(chǎng)高速東側(cè)，東至白云區(qū)方華路，下穿機(jī)場(chǎng)高速，地下有廣州地鐵3號(hào)與9號(hào)線。

道路全長(zhǎng)1.271公里，規(guī)劃路幅60米，為雙向6車道。第一部分（K0+000-K0+790）與機(jī)場(chǎng)高速公路立交，該立交設(shè)計(jì)為分苜蓿葉互通立交；第二部分（K0+790-K1+271.867）為地面道路，雙向6車道。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：地道橋結(jié)構(gòu)（閉口段）長(zhǎng)度77.5米，采用單箱雙室框架結(jié)構(gòu)，斷面全寬38.45米，左、右室凈寬分別為17.5米和17.75米，頂、底板、側(cè)墻厚均為1.1米，中隔墻厚1米。結(jié)構(gòu)在迎賓大道方向分為兩段，中間設(shè)一道變形縫。

為減少對(duì)機(jī)場(chǎng)高速正常通行影響以及地鐵部門的安全要求，本次框架式地道橋施工采用先預(yù)制后明挖頂推施工工藝，地道橋結(jié)構(gòu)在機(jī)場(chǎng)高速兩側(cè)各分兩節(jié)段預(yù)制，每節(jié)段約6000t。施工時(shí)利用機(jī)場(chǎng)高速中央分隔帶（11m寬）改造成三車道的臨時(shí)行車便道后開(kāi)挖一側(cè)就位基坑，將預(yù)制好的地道橋沿著縱斷面方向頂進(jìn)到位，恢復(fù)交通后再進(jìn)行另一側(cè)施工。

二、施工前頂推模擬試驗(yàn)及相關(guān)參數(shù)的確定

1、頂推模擬試驗(yàn)?zāi)康?/p>

為了地道橋頂進(jìn)施工更順利的進(jìn)行，正式施工前進(jìn)行了頂推模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康氖谴_定滑道在不同壓力下的摩擦系數(shù)；測(cè)定不同工況的摩擦系數(shù)：靜止→滑動(dòng)摩擦系數(shù)；二次啟動(dòng)摩擦系數(shù)，最終確定工法工藝的選擇。

2、頂推模擬試驗(yàn)結(jié)果

1）潤(rùn)滑隔離層類型為石蠟+薄膜：初次啟動(dòng)力為18.0Mpa，摩擦系數(shù)為：0.26，二次啟動(dòng)力平均值為10.0 Mpa，摩擦系數(shù)為：0.145，行走時(shí)動(dòng)力代表值取10.0 Mpa，摩擦系數(shù)為：0.145。

2）潤(rùn)滑隔離層類型為1.2mm鍍鋅鐵皮+1.5mm厚四氟板：初次啟動(dòng)力為12.0Mpa，摩擦系數(shù)為：0.22，二次啟動(dòng)力平均值為8.0 Mpa，摩擦系數(shù)為：0.145，行走時(shí)動(dòng)力代表值取6.0 Mpa，摩擦系數(shù)為：0.11。

3、滑道選擇

根據(jù)頂推模擬試驗(yàn)過(guò)程效果結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，本工程擬采用四氟板作為滑板，滑道處砼底板采用鍍鋅鐵皮隔離，在未加設(shè)潤(rùn)滑措施情況下測(cè)得相應(yīng)摩擦系數(shù)為0.11。

4、頂推施工各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)

1）頂推力按最大頂力計(jì)算，即第五節(jié)段分兩節(jié)段預(yù)制，每節(jié)段長(zhǎng)度為18.5m。預(yù)制節(jié)段每米砼為116m3，即重量為116*2.6=302t/m。

2）頂推動(dòng)力儲(chǔ)備系數(shù)按啟動(dòng)時(shí)8臺(tái)300t千斤頂同時(shí)作用，千斤頂頂力按千斤頂?shù)淖畲箜斄?0%計(jì)算，摩阻系數(shù)按0.25考慮，啟動(dòng)后摩阻系數(shù)按0.15考慮。

3）頂推就位軸向誤差：±30mm；滑道安裝精度：頂面相對(duì)高差不大于3mm。

5、頂推力計(jì)算 及千斤頂數(shù)量計(jì)算

頂力計(jì)算公式 P=k（（N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3+RA））

P-最大頂力（kN），K--系數(shù)，一般取1.2，N1--箱體頂上總荷載（kN）（上方為空，此處取0），N2--箱身自重（kN），E--箱體兩側(cè)土壓力（kN）（明挖取0），f1--箱體頂上面與頂上荷載的摩阻系數(shù)（上方為空，此處取0），f2--箱體底板與地面摩阻系數(shù)（初動(dòng)取0.25、走動(dòng)取0.15），f3--側(cè)面摩阻系數(shù)（明挖取0），R--刃-腳下正面阻力（明挖取0），A--刃腳正面面積（明挖取0）。

1）P初=1.2（（0+（0+302*18.5）×0.25+0+0）×10=16761KN，

3000×0.8×8=19200 KN>16761KN（滿足要求），經(jīng)計(jì)算初頂時(shí)需8個(gè)300t的千斤頂才滿足要求；

2）P后=1.2（（0+（0+302*18.5）×0.15+0+0）×10=10057KN

3000×0.8×5=1200KN>10057KN（滿足要求），經(jīng)計(jì)算起動(dòng)后只需5個(gè)300t的千斤頂。

三、基坑開(kāi)挖及預(yù)制場(chǎng)地施工

1、工作坑的開(kāi)挖及處理

在需要頂推的路基東、西側(cè)修建兩個(gè)工作坑，工作坑是頂推框架橋的工作基地，框架橋在工作坑內(nèi)進(jìn)行預(yù)制。分期施工界面中間分隔位置采用水泥混凝土灌注樁支護(hù)，支護(hù)樁在冠梁及腰梁各設(shè)置一層錨索錨固于機(jī)場(chǎng)高速北行路基下；基坑止水帷幕采用雙排水泥攪拌樁；工作坑的挖深根據(jù)框架橋基礎(chǔ)底面與地面的高差及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況而定，基坑邊坡按設(shè)計(jì)要求采用 1：1放坡，坡面采用10cm厚C20噴射砼和護(hù)坡插筋+掛網(wǎng)鋼筋護(hù)坡。深基坑開(kāi)挖前專項(xiàng)方案經(jīng)過(guò)專家組論證，開(kāi)挖完成后經(jīng)專家組驗(yàn)收。

基坑開(kāi)挖后，在四周設(shè)置排水溝及集水井，采用壓路機(jī)壓實(shí)后檢查坑底土體承載力，保證地基承載力不小于計(jì)算承載力210KPa。確定承載力滿足要求后澆筑10cm墊層砼，為保證預(yù)制框架橋順利頂進(jìn)，基坑整體縱坡按0.5%布置，橫坡為0。

2、頂推后背墻

后背墻是一個(gè)關(guān)鍵的臨時(shí)構(gòu)造物，它必須能夠提供充足的抗力，滿足頂推過(guò)程各階段的抗力要求。即：F≥KP，在施工時(shí)必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行，后背墻施工后，在四周挖好排水溝及排水井，及時(shí)將積水排除，防止后背墻背后的填土被泡軟，降低抗力。（為了保險(xiǎn)起見(jiàn)設(shè)置了后背墻，在插銷作抗力不能滿足的情況下使用）

3、預(yù)制基坑滑道制作

滑道是框架頂進(jìn)的必經(jīng)之路，為了便于頂推作業(yè)施工將滑道制作成條狀型的滑道?；辣仨殱M足三個(gè)基本要求：具有足夠的承載能力，能承載框架的重力；具有一定的錨固力，防止頂推時(shí)和框架一起滑動(dòng)；表面必須平整潤(rùn)滑，降低頂推過(guò)程的摩阻力。

1）承重層：整體承重層采用20cm厚C30鋼筋混凝土。

2）滑道：在整體層上制作高15cm寬1.5m鋼筋砼滑道，為了施工更有保障統(tǒng)一做成7條，每?jī)擅自O(shè)置一道110mm方鋼管預(yù)留插銷孔，預(yù)埋深度為35cm。插銷擬采用材質(zhì)為Q345B，長(zhǎng)度為0.7m，10cm實(shí)心方鋼作為中間抗力。

3）潤(rùn)滑層：滑道制作完成后鋪設(shè)1.5m寬1.5mm厚四氟板滑板，四氟板鋪設(shè)時(shí)與滑道頂面盡量保證密貼，使用釘子按梅花形布置與鋼筋砼釘牢固定，四氟板原則上不進(jìn)行搭接，如出現(xiàn)搭接，則搭接采用順前進(jìn)方向搭接，避免頂進(jìn)過(guò)程翹板。

4）隔離層：滑道頂采用2m寬1.5mm厚鍍鋅鐵皮作為預(yù)制框架橋底部與滑道間的隔離，隔離層每間隔約5m設(shè)置上翹埋置在底板砼內(nèi)，以保證鍍鋅鐵皮不移動(dòng)。

5）滑道之間處理：兩條相鄰滑道之間的空隙使用“細(xì)砂+48mm鋼管”進(jìn)行填充密實(shí)。鋼管主要作用為箱體預(yù)制完成后輔助沖沙，細(xì)沙平整及密實(shí)后鋪設(shè)兩層薄膜以避免底板砼澆筑期間漏漿，而后在薄膜上方鋪設(shè)16mm厚木模板。

6）限位裝置：在兩側(cè)滑道外側(cè)上使用110mm圓鋼管間隔3m預(yù)留插銷孔，預(yù)埋深度為35cm。插銷擬采用材質(zhì)為Q345B，長(zhǎng)度為0.7m，直徑為10cm實(shí)心圓鋼作為限位裝置。

四、預(yù)制框架橋

預(yù)制框架橋根據(jù)箱體單箱雙室結(jié)構(gòu)形式及全裁面頂進(jìn)頂進(jìn)方式，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將第四節(jié)長(zhǎng)度為38m和第五節(jié)長(zhǎng)度為39.5m分別采用單側(cè)平均分為兩節(jié)段分層預(yù)制的方案。第一階段先預(yù)制框架橋底板及距底板頂150cm的墻身，第二階段先預(yù)制框架橋澆注剩余墻身及頂板。本項(xiàng)目采用碗扣支架作為頂板施工支架，施工前高支模專項(xiàng)方案經(jīng)過(guò)專家組論證，搭設(shè)完成后經(jīng)專家組驗(yàn)收。

1、施工工藝：預(yù)制框架橋的主要施工工藝過(guò)程與一般預(yù)制砼結(jié)構(gòu)大致相同，此處不再細(xì)說(shuō)。

2、施工注意事項(xiàng)：施工過(guò)程中嚴(yán)禁在鍍鋅鐵皮上集中堆放施工材料以及機(jī)械設(shè)備，鋼筋綁扎過(guò)程中，嚴(yán)禁在鋅鐵皮上設(shè)置引焊點(diǎn)，注意不得戳穿鋅鐵皮；框架橋底部保護(hù)層墊塊應(yīng)使用受力面積較大的墊塊，數(shù)量上應(yīng)寧多勿少；澆筑前應(yīng)檢查預(yù)埋件以及預(yù)留孔道位置、數(shù)量。

五、框架橋頂進(jìn)

框架橋頂推施工作業(yè)，主要是以后背墻作為支撐，利用千斤頂對(duì)已預(yù)制好 的橋梁框架施加頂推力，克服框架與接觸面的摩阻力向前移動(dòng)，通過(guò)添加頂柱（傳力柱）實(shí)現(xiàn)框架持續(xù)向前推進(jìn)，直至就位。

1、施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際準(zhǔn)備投入

頂進(jìn)施工前，對(duì)人力、物力、場(chǎng)地等做好充分的準(zhǔn)備，配備工人30人，進(jìn)行3班制24小時(shí)作業(yè)，提前將所需千斤頂、油泵、傳力桿等設(shè)備運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，千斤頂300t預(yù)備18臺(tái)，正常使用16臺(tái)，2臺(tái)備用，另外準(zhǔn)備1臺(tái)50KW發(fā)電機(jī)進(jìn)行其它輔助、應(yīng)急預(yù)案所用，準(zhǔn)備一臺(tái)25噸吊車配合施工。

2、框架橋頂進(jìn)作業(yè)步驟

1）5#-2頂進(jìn)：5#-1與后背墻（或插銷）間用頂鐵和千斤頂固定，在5#-1框架橋前端布設(shè)千斤頂，借助5#-1節(jié)和后背墻（或插銷）的抗力與千斤頂?shù)捻斄Π?#-2框架橋往前頂進(jìn)，每次頂進(jìn)距離控制在一個(gè)千斤頂行程1m為宜。當(dāng)5#-2頂進(jìn)后，5#-1同期頂進(jìn)。

2）5#-1初次頂進(jìn)：初次頂進(jìn)借用后背墻的抗力與千斤頂?shù)捻斄?，每次頂進(jìn)距離控制在一個(gè)千斤頂行程1m為宜。

3）5#-1常規(guī)頂進(jìn)：借助插銷的抗力與千斤頂?shù)捻斄Π?#-1框架橋往前頂進(jìn)，如果插銷的抗力不足或損壞，可加頂鐵至后背墻保證頂進(jìn)抗力，每次頂進(jìn)距離控制在一個(gè)千斤頂行程1m為宜。

4）循環(huán)2、3步驟頂推直到頂推預(yù)定位置。

3、施工注意事項(xiàng)

1）頂推作業(yè)前必須對(duì)框架橋進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，確保滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可實(shí)行頂推，以免頂推過(guò)程因箱體強(qiáng)度不足導(dǎo)致破壞。

3）頂推作業(yè)前必須對(duì)油泵、千斤頂、傳力桿、頂鐵進(jìn)行檢查、試頂，確保頂推設(shè)備的性能正常滿足使用要求。

3）千斤頂固定與傳力柱中心的垂線對(duì)稱，其合力的作用點(diǎn)應(yīng)在傳力柱中心的垂直線上；頂進(jìn)作業(yè)時(shí)，嚴(yán)禁施工人員接近或跨越傳力桿、千斤頂?shù)取?/p>

4）油泵設(shè)置在千斤頂附近，油管順直、轉(zhuǎn)角少；油泵與千斤頂相匹配，配備備用油泵；油泵安裝完畢，應(yīng)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)；頂進(jìn)開(kāi)始時(shí)，緩慢進(jìn)行，待各接觸部位密合后，再按正常頂進(jìn)速度頂進(jìn)；頂進(jìn)中若發(fā)現(xiàn)油壓突然增高，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，檢查原因并經(jīng)處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)；千斤頂活塞退回時(shí)，油壓不得過(guò)大，速度不得過(guò)快。

5）頂推時(shí)由主管施工技術(shù)人員專人統(tǒng)一指揮；對(duì)頂進(jìn)全過(guò)程的每一個(gè)頂程都詳細(xì)記錄千斤頂開(kāi)動(dòng)數(shù)量、位置、油泵壓力表讀數(shù)、總頂力及著力點(diǎn)，頂進(jìn)行程、導(dǎo)向偏差。如出現(xiàn)異常應(yīng)立即停止頂進(jìn)，檢查分析原因，釆取措施處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)。

六，結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目利用主體結(jié)構(gòu)節(jié)段自重，采用自平衡方式對(duì)多節(jié)段大斷面框架箱體的頂進(jìn)施工工藝屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。施工組織上采取東西兩側(cè)主體工程的同期預(yù)制，相比現(xiàn)澆施工對(duì)機(jī)場(chǎng)高速主線開(kāi)挖和改道的影響，節(jié)省占道工期約8個(gè)月，施工期間對(duì)主線交通實(shí)現(xiàn)了零干擾，施工安排受天氣因數(shù)的影響降低到了最小。同時(shí)利用插銷作頂推抗力，減少了頂進(jìn)完全靠背墻和頂鐵的工程投入，即節(jié)約了工程成本。本項(xiàng)目的實(shí)施在施工組織、施工工藝創(chuàng)新等方面總結(jié)形成了一系列科研成果，對(duì)新建道路下穿即有大交通量高、快速路工程的施工提供很好地借鑒參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1]韋文強(qiáng) 淺析頂推法施工在橋梁工程中的運(yùn)用[J] 房地產(chǎn)導(dǎo)刊 2013年第6期

[2]張振樣 頂推施工技術(shù)運(yùn)用探討[J] 技術(shù)研發(fā)2010年第8期

[3]迎賓大道延長(zhǎng)線二期（機(jī)場(chǎng)高速～方華公路）工程（K0+000～K0+790段）施工圖設(shè)計(jì)[R]廣州市公共事業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 2017.07

（作者單位：廣州誠(chéng)信公路建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司）