摘要 頂推法是大型橋梁鋼箱梁施工常用的施工技術(shù)，步履式頂推法相比于傳統(tǒng)的拖拉法頂推施工，能更好地展現(xiàn)出對臨時(shí)墩的控制，實(shí)現(xiàn)鋼箱梁的頂升、平移、橫向調(diào)整等多方向移動為一體，施工中軸向和豎向位移調(diào)整更加簡單便捷，具有顯著優(yōu)勢。該文依托實(shí)際工程，研究步履式頂推法在鋼箱梁施工過程中的應(yīng)用特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合步履式頂推法基本理論，從頂推平臺設(shè)計(jì)、頂推設(shè)備選擇安裝、滑道布置以及施工控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，旨在通過該文的研究能夠?yàn)橥惞こ炭茖W(xué)合理選擇步履式頂推法施工提供指導(dǎo)和借鑒。

關(guān)鍵詞 步履式頂推法；鋼箱梁；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號 U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0053-03

0 引言

在我國橋梁建設(shè)的過程中對鋼箱梁進(jìn)行頂推施工時(shí)，多采用拖拉法。隨著多年以來拖拉法頂推施工的廣泛應(yīng)用，逐步衍生出了多種頂推施工工藝，如導(dǎo)梁拖拉法、縱向連接拖拉法，此類拖拉法頂推法應(yīng)用于傳統(tǒng)的橋梁施工，對于解決施工器械不發(fā)達(dá)、施工環(huán)境復(fù)雜條件下的橋梁建設(shè)難題，發(fā)揮了重要作用。采用頂推法進(jìn)行施工的過程中，最大的技術(shù)難點(diǎn)在于要克服鋼箱梁移動過程中的自身重力所產(chǎn)生的巨大摩擦阻力。頂推法在應(yīng)用早期，大多應(yīng)用于小型橋梁建設(shè)，隨著頂推法施工技術(shù)難點(diǎn)的不斷攻克，通過對工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和總結(jié)，頂推法施工逐漸應(yīng)用于大跨徑橋梁建設(shè)過程中。例如2003年的墨西哥Chiapas橋、2004年的法國Millou大橋，都是頂推法應(yīng)用于大跨徑橋梁建設(shè)過程中的較早案例，在這些橋梁建設(shè)的過程中，借助于輔助結(jié)構(gòu)和輔助施工，使頂推法的頂推長度超過了1 000 m，而克服的自身重力帶來的摩擦力超過了980 kN。

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程設(shè)計(jì)和模型計(jì)算中的廣泛應(yīng)用，頂推法在鋼箱梁建設(shè)過程中更能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)計(jì)算，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對施工過程的全程控制，使得建設(shè)進(jìn)度和建設(shè)效率得到顯著提高。同時(shí)在傳統(tǒng)的拖拉法頂推施工基礎(chǔ)之上衍生出的步履式頂推施工，能夠更好地適應(yīng)特殊條件下的鋼箱梁建設(shè)。該研究依托的案例橋梁工程全長為1400 m，橋梁跨徑大，鋼箱梁自身重量大，在進(jìn)行鋼箱梁施工時(shí)采用自平衡步履式頂推法進(jìn)行施工，以改善傳統(tǒng)拖拉法頂推施工時(shí)面臨的施工成本高、速度慢及精度差的缺陷。

1 步履式頂推施工概述

步履式頂推施工是對傳統(tǒng)拖拉法頂推施工進(jìn)行改進(jìn)研究之后，為滿足橋梁大規(guī)模高速建設(shè)的需求，研究出的一種機(jī)械化程度更高、投入成本更低、頂推施工控制精確度更強(qiáng)的一種施工工藝[1]。相較于傳統(tǒng)的頂推方法，步履式頂推施工可采用縱橫控向與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的充分結(jié)合，保障各設(shè)備在施工和控制過程中具有同步性，使鋼箱梁在頂推施工時(shí)能夠獲得高的控制精度。頂推施工面臨的重大問題就是鋼箱梁自身重量帶來的較大摩擦阻力，而采用步履式頂層施工可將滑動面從主梁底部轉(zhuǎn)移至頂推滑塊底部，使得摩擦阻力僅存在于頂推設(shè)備內(nèi)部[2]，設(shè)計(jì)的臨時(shí)墩在水平方向不會受阻力影響，進(jìn)而保障了鋼箱梁頂推過程中實(shí)現(xiàn)了自平衡。

2 工程概況

該工程位于湖北省境內(nèi)，設(shè)計(jì)為雙向6車道，行車速度為80 km/h，設(shè)計(jì)荷載為公路為I級，人群荷載為3.5 kN/m2。縱坡設(shè)計(jì)為2.2%，橋面橫坡設(shè)計(jì)為2.0%。地震烈度設(shè)計(jì)為6度，該區(qū)域的平均最大風(fēng)速為39 m/s。橋梁建設(shè)于平原江灣處，建設(shè)區(qū)域地勢平坦，水域標(biāo)高為-2.74～4.45 m，地面標(biāo)高為3.9～10.4 m。

橋梁總長為1 400 m，其中主橋?yàn)?45 m，南北方向的引水橋長為1400 m，其中主橋?yàn)?45 m，南北方向的引橋長為1014 m，橋梁采用三跨連續(xù)半漂浮自錨式懸索橋，橋跨為“77.8 m+188 m+77.8 m”，為2.5×50.68 m的T形梁結(jié)構(gòu)。橋梁箱梁總寬度為12.75 m，在橋梁縱向設(shè)置有2道中腹板+2道邊腹板。按照橋梁基本結(jié)構(gòu)將鋼箱梁設(shè)計(jì)為38個(gè)節(jié)段，包括8個(gè)類型，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段28個(gè)。各節(jié)段中最大節(jié)段重量為250.396 t，標(biāo)準(zhǔn)階段的最大重量為157.746 t。

3 鋼箱梁步履式頂推法施工流程

將整幅步履式多點(diǎn)連續(xù)頂推法應(yīng)用于依托工程鋼箱梁的施工，所需大臨結(jié)構(gòu)主要有頂推平臺、臨時(shí)墩、滑道、鋼導(dǎo)梁、鋼墊梁等設(shè)施，頂推設(shè)備主要為步履式頂推系統(tǒng)。施工時(shí)主梁受頂推力作用向前移動，邊拼裝邊頂推，從而加快施工效率。頂推時(shí)時(shí)刻保持正確線形，并全程進(jìn)行線形和受力監(jiān)測，確保頂推施工無誤，同時(shí)不損壞主梁梁體。多點(diǎn)自平衡步履式頂推法為連續(xù)式頂推，并在多個(gè)局部設(shè)有頂推點(diǎn)，保證了頂推的效率與質(zhì)量。

3.1 基本思路

該工程橋梁在施工過程中采用步履式頂推法施工，采用整幅步履式多點(diǎn)連續(xù)頂推法的施工工藝，結(jié)合施工實(shí)際情況主要結(jié)構(gòu)包括頂推平臺臨時(shí)墩、滑道、鋼導(dǎo)梁等基礎(chǔ)設(shè)施，所需頂推設(shè)備為步履式頂推系統(tǒng)。在施工過程中鋼箱梁受到推力作用逐漸向前移動，然后對鋼箱梁進(jìn)行邊安裝邊頂推，進(jìn)而保障頂推的施工效率[3]。整個(gè)施工過程采用連續(xù)頂推方式，結(jié)合鋼箱梁受力情況設(shè)計(jì)多個(gè)局部頂推點(diǎn)。

3.2 具體流程

第1步：結(jié)合橋梁跨距，于橋梁中跨部位設(shè)置3個(gè)臨時(shí)墩，于橋梁北側(cè)邊跨設(shè)置1個(gè)臨時(shí)墩，各臨時(shí)墩之間的間距為47 m。

第2步：結(jié)合已經(jīng)建設(shè)好的臨時(shí)墩和桁吊安裝頂推設(shè)備，并布置組拼平臺。對整個(gè)頂推系統(tǒng)設(shè)置同步控制體系，完成了頂推設(shè)備安裝和控制系統(tǒng)施工之后，需要對提梁桁吊進(jìn)行荷載試驗(yàn)，對頂推設(shè)備進(jìn)行試運(yùn)行，以確保各設(shè)備能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求[4]。

第3步：在頂推平臺上安裝步履頂推設(shè)備，然后安裝橋梁分節(jié)段及鋼導(dǎo)梁。

第4步：對上一梁段進(jìn)行運(yùn)輸、吊裝和焊接，使各梁段與鋼導(dǎo)梁焊接成一個(gè)整體。

第5步：開始第1輪頂推施工，通過頂推系統(tǒng)和組拼平臺對鋼箱梁進(jìn)行整體頂推平移，使第7、第8梁段和鋼導(dǎo)梁得到前移，并預(yù)留出第6、第5、第4橋梁段的拼裝空間，依次完成梁段的運(yùn)輸、吊裝和焊接。然后按上述方法進(jìn)行重復(fù)，直到第3、第2、第1各梁段完全吊裝平移拼裝完成。

在全橋進(jìn)行頂推施工過程中，按橋梁所設(shè)計(jì)的38個(gè)節(jié)段分為13個(gè)輪次進(jìn)行施工，在各輪次施工時(shí)可結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行及時(shí)糾偏，及時(shí)對標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。于橋梁頂推作業(yè)結(jié)束之后隨頂推進(jìn)度逐漸拆除鋼導(dǎo)梁。

4 步履式頂推施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 頂推平臺的荷載分析

在該橋梁工程中，按照墩的編號，頂推平臺布置于兩墩之間，平臺承重采用鋼管支架，平臺的外形尺寸設(shè)計(jì)寬度為20 m，縱向長度為36 m，然后在前端設(shè)計(jì)臨時(shí)墩[5]。頂推平臺搭建過程中主要采用Q235和Q345的鋼管和型鋼，按照《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，掛籃設(shè)計(jì)時(shí)鋼材容許應(yīng)力按規(guī)定的1.3倍取值，兩者的容許剪切應(yīng)力分別為[τ]=85×1.3=110.5 MPa和[τ]=120×1.3=156 MPa，而容許的彎曲應(yīng)力分別為[σ]=145×1.3=188.5 MPa和[σ]=210×1.3=273 MPa，容許的軸向應(yīng)力分別為[σ]=140×1.3=182 MPa和[σ]=200×1.3=260 MPa[6]。

該工程施工區(qū)域所處地理位置會受到橫橋向風(fēng)速的影響，施工過程中需考慮頂推平臺在不利工況下的荷載組合，在鋼箱梁頂推施工時(shí)，其荷載組合主要來自頂推平臺自身重量以及鋼箱梁荷載和鋼箱梁在縱向移動過程中產(chǎn)生的水平摩擦力，還包括橫向的風(fēng)力荷載以及水流荷載。

此外在頂推施工完成之后對T梁進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，所產(chǎn)生的荷載在上述基礎(chǔ)之上去除了縱向移動過程中的水平摩擦阻力，但是需要考慮T梁自重荷載。而非工作狀態(tài)下的荷載則沒有鋼箱梁縱向移動產(chǎn)生的水平摩擦阻力和T梁自重荷載影響，因此遠(yuǎn)低于前兩種情況的荷載，可以不考慮[7]。

在工程設(shè)計(jì)過程中，通過Midas Civil結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行頂推平臺的模型建立，考慮鋼箱梁自身荷載、頂推時(shí)的水平荷載分布，T梁運(yùn)輸過程中的荷載以及橫向風(fēng)和水流引起的荷載情況，計(jì)算出鋼箱梁頂推平臺整體組合應(yīng)力結(jié)果[8]，最大應(yīng)力為181.32 MPa。

4.2 頂推設(shè)備選擇和安裝

結(jié)合工程實(shí)際情況，其頂推設(shè)備安裝于臨時(shí)墩和24#、25#墩主塔橫梁，全橋設(shè)計(jì)有7個(gè)頂推點(diǎn)，在各頂推點(diǎn)分別設(shè)計(jì)兩個(gè)橫斷面的頂推設(shè)備。在頂推設(shè)備和鋼箱梁接觸過程中，其面積為2.2 m×0.7 m，如圖1所示。

在進(jìn)行頂推設(shè)備安裝的過程中，需考慮頂推設(shè)備的功能完整性，同時(shí)為有效降低頂推過程中其他阻力和荷載的影響，且不能對鋼箱梁梁體造成破壞，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)頂推作用點(diǎn)位于主梁上[9]。經(jīng)計(jì)算，在進(jìn)行設(shè)備選擇過程中，在水平頂推油缸選型方面，選擇承載能力為160 t、行程350 mm的雙出頭液壓油缸，在頂升油缸方面選擇設(shè)計(jì)值為180 t、行程300 mm的油缸，共4臺。在導(dǎo)向結(jié)構(gòu)方面選擇承載能力為40 t、行程為55 mm的側(cè)向限位油缸。

4.3 頂推操作

在進(jìn)行鋼箱梁頂推的過程中，其頂推操作技術(shù)是整個(gè)工程施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)，主要在于須準(zhǔn)確把握頂推設(shè)備性能參數(shù)和鋼箱梁頂推工藝技術(shù)，且須結(jié)合計(jì)算機(jī)的模擬數(shù)值實(shí)時(shí)進(jìn)行頂推控制調(diào)整[10]。且在施工過程中要同步頂升、同步前進(jìn)、同步下降，以確保頂推操作的穩(wěn)定性和鋼梁前移位置的準(zhǔn)確性。還須隨時(shí)結(jié)合對向量前移結(jié)果進(jìn)行測量，以及時(shí)對頂推工藝和技術(shù)操作進(jìn)行糾偏。該工程頂升、前進(jìn)示意如圖2所示：

5 結(jié)論

鋼箱梁步履式頂推施工相對于傳統(tǒng)的托拉法頂推和其他施工方法，具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢。該研究以1 400 m長的大跨度橋梁建設(shè)鋼梁步履式頂推施工為例，基于步履式頂推施工的基本特點(diǎn)總結(jié)了鋼箱梁步履式頂推施工的基本思路和具體流程，著重分析了鋼箱梁步履式頂推施工的關(guān)鍵技術(shù)。首先在步履式頂推施工時(shí)，在頂推平臺設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮平臺荷載，包括鋼箱梁自身重量荷載、鋼箱梁平移時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力荷載，以及提梁運(yùn)輸時(shí)的自身荷載和外界風(fēng)力及水流產(chǎn)生的影響。其次，在頂推設(shè)備選擇和安裝時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合頂推過程中來自橫向和縱向以及前進(jìn)方向的受力荷載情況科學(xué)選擇頂推設(shè)備，滿足頂推需求。還需考慮頂推過程中鋼箱梁前進(jìn)的整體性以及頂推控制的精確性，合理進(jìn)行各階段的頂推設(shè)備布置。再次是在滑道布置過程中，應(yīng)結(jié)合頂推過程中的受力荷載和摩擦力影響合理設(shè)計(jì)。最后在頂推操作的過程中應(yīng)采用同步提升、同步前移、同步下降、同步后退的工藝方法進(jìn)行施工，隨時(shí)結(jié)合鋼箱梁位置進(jìn)行檢測以及時(shí)糾偏。

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收稿日期：2024-01-29

作者簡介：畢武（1988—）男，本科，工程師，研究方向：隧道橋梁施工技術(shù)。