红水河特大桥钢梁顶推施工关键技术

李莘哲，陈云辉

(广西路桥工程集团有限公司，南宁　广西　530011)



红水河特大桥钢梁顶推施工关键技术

李莘哲，陈云辉

(广西路桥工程集团有限公司，南宁广西530011)

文章结合红水河特大桥工程实例，介绍了钢梁顶推总体施工方案，并针对其施工难点，分析了该桥钢梁拖拉式顶推施工关键技术，为类似桥梁顶推施工提供借鉴。

桥梁；顶推；钢梁；施工；技术

0　引言

随着我国桥梁建设的快速发展，桥梁设计不断朝着大跨径、大吨位、高墩塔挺进，顶推法已经逐渐成为桥梁主梁架设的重要发展方向。顶推法于1959年第一次在奥地利的阿格尔桥上使用，直到1974年我国才开始在狄家河铁路桥上采用顶推施工工艺。目前顶推法主要有两种形式，一种为拖拉式，另一种为步履式，当然也有两者结合使用的顶推工艺，但使用较少。拖拉式和步履式顶推各有特点，实际运用可根据桥梁结构形式、现场实际情况、经济指标等择优选用。本文主要针对红水河特大桥拖拉式顶推关键技术进行研究。

1　工程概况

红水河特大桥上部结构为：引桥(2×20)m预应力混凝土现浇箱梁+主桥(213+508+185)m双塔双索面混合式叠合梁斜拉桥。叠合梁由桥面板、边主梁、钢横梁、小纵梁组成，其中桥面板为混凝土结构，桥面板以下的边主梁、横梁和小纵梁均为工字型钢梁。钢梁材质为Q370 qD，全桥主纵梁按顺序划分为ZL1～ZL65共计65个节段。边跨贵州岸及主塔上梁段ZL1～ZL22采用顶推法施工，总长为236.78 m，其中：ZL1为6.375 m一个节段，ZL2～ZL7为11.25一个节段，ZL8为11.4 m一个节段，ZL9～ZL18为11.55 m一个节段，ZL19和ZL21为7.7 m一个节段，ZL20为9.05 m一个节段，ZL22为11.55 m一个节段。

2　钢梁顶推总体施工方案

红水河特大桥边跨贵州岸钢梁安装采用多点同步顶推工艺，其原理是：利用多个支墩作为施力点，安装水平千斤顶，每墩上水平千斤顶施力的大小根据桥墩上所受梁体滑动摩擦阻力大小而确定，千斤顶施力与摩擦阻力基本平衡，梁体能在滑板和滑道组成的滑道装置上以较小的摩擦系数向前移动，柔性桥墩基本不承受或承受较小水平力。水平顶推力分散到各个桥墩、桥台上，各千斤顶出力大小按摩擦阻力大小变化幅度，逐级升压，缓慢对梁体施力，所有的千斤顶同步[1]工作。

3　施工难点

(1)在顶推长度内除需利用永久结构的永久墩台，还需设置4个临时墩满足顶推过程的支撑作用，为此，需设计满足顶推施工需要且具有足够强度、刚度及稳定性的临时墩。

(2)钢梁底部存在拼接板及螺栓，要满足拼装和顶推要求，需设计3种滑块和3类滑道。每墩均有滑道，且滑道有0.8%的纵坡，施工精度要求高。

(3)每墩有4台连续千斤顶，同时工作的千斤顶最多时有34台，保证所有千斤顶同步工作难度大。

(4)临时墩和钢梁的刚度有限，顶推过程既要控制临时墩8个点的墩顶位移，还要控制钢梁的左右行程差、横向偏位及线型等，点多、面广，监控、控制难度大。

4　关键技术

4.1临时墩设计

(1)钢管桁架结构支墩

顶推临时支墩采取装配式设计，桁架结构两侧主支墩对应主梁的两侧边主梁腹板位置布置，在顶推过程中主要承受顶推施工荷载，立柱采用4×φ610×14钢管，钢管间用万能杆件及非万能杆件连接成整体桁架结构，保证临时墩具有足够的强度、刚度及稳定性。墩顶横向采用2HN800×300型钢作为分配梁，纵向采用4HN900×300型钢和Ⅰ32工钢作为承重滑道梁。

(2)临时墩基础

临时墩基础采用4×φ150cm桩基小承台[2]设计，承台尺寸(650×650×200)cm，桩基按嵌岩桩[3]设计，承台与临时墩钢管底法兰采用地脚螺栓[4]连接。

4.2滑道设计

滑道梁是顶推施工时布置在各支承墩顶(永久墩和临时墩)上具有承重及滑动功能的支承装置。

滑道的纵向坡度与桥纵坡一致，本桥钢梁有0.8%的纵坡，因此滑道也应设计成0.8%的纵坡。根据不同的支撑墩结构，滑道梁分为拼装顶推平台滑道梁、永久墩滑道梁和临时墩滑道梁。

(1)拼装顶推平台滑道梁

拼装顶推平台滑道梁采用钢筋混凝土浇筑条形基础作为滑道梁的基梁，基梁断面尺寸宽80cm，之上预埋2cm厚滑道钢板，并于两侧焊接横向限位方钢条，中间则采用不锈钢板作为滑道面板。

(2)永久墩滑道梁

过渡墩、辅助墩及主塔滑道梁设置于永久支座和加长滑道基梁之上，为防止顶推过程中支座承受水平力，采取在加长滑道顶面两侧预埋钢板或型钢，钢板或型钢下焊接足够强度钢筋，支座安装完后，其底部满塞型钢，同时采用型钢包裹框住支座。在加长滑道基梁上满铺型钢，型钢底面与钢板焊接，之后焊接调纵坡型钢板使顶面平整并连成整体，中间则满铺MGE板作为滑道。

滑道面选用MGE滑板，表面有凹槽，涂抹润滑剂减小摩擦系数。安装时将MGE滑板带凹槽面朝上放置在滑道梁上，并用内六角螺栓固定。

(3)临时墩滑道梁

临时墩滑道采用4HN900×300型钢和Ⅰ32工钢作为滑道梁基梁，滑道梁尺寸1.2m。滑道面也是选用MGE滑板，在滑道梁顶面先铺设20mm调平钢板，再铺设MGE滑板。

4.3滑板(走板)设计

钢梁在滑道上移动时，为保证其在滑道上平稳前进，需要在滑道梁与钢梁之间安放滑板(走板)，滑板与钢梁一起前移，与滑道梁上的滑面形成摩擦副。因每节段间接头处梁底有拼接板及高强螺栓，整个钢梁底面纵向不是一条直线，而是连续交替的凹凸折线，为保证钢梁连续平稳前移，钢梁顶推纵向轨迹为连续直线，即钢梁的工字梁底面相对轨迹标高保持不变，滑道梁滑板设计为可组合厚度，根据有无拼接板区域分别采用不同的厚度。

梁底有拼接板区域的滑板采用带孔钢板+不锈钢板，总厚度31mm，略大于高强螺栓外露高度(螺帽+垫片，约25mm)，则钢梁的工字梁底面与滑道面的相对高度=拼接板的厚度48mm+滑板厚度31mm=79mm。钢板一侧(与梁底接触那面)带有直径60mm的凹槽，与拼接板上螺栓位置相适应，且凹槽深度大于螺帽及垫片高度，使之在梁段下拼接板区域喂入滑板时螺栓不突出滑板表面，顶推时将滑板不锈钢板一侧朝下喂入滑道与滑道梁上的滑板(MGE)形成摩擦副。滑板尺寸为(480×480×31)mm，称为A型滑板见图1(a)。不锈钢板与MGE滑板的静摩擦系数按0.07～0.08选用，动摩擦系数按0.04～0.05选用。所需最少的滑板数量根据每个临时墩上可能发生的最大反力和滑道表面的容许承压应力计算决定，滑道表面上的MGE滑板按容许应力8MPa计算，主梁底板拼接板处喂入4块带孔钢板，承压受力计算满足MGE滑板的容许应力要求。

梁底无拼接板的区域即钢梁的工字梁底面与滑道面的相对高度为79mm，则滑板的总厚度亦为79mm，滑板采用垫板加滑块的组合方式，即在无拼接板区域的滑板=A型滑板31mm+橡胶垫板25mm两层(预计压缩后为48mm)=79mm。喂板时橡胶板在上，与钢梁底面接触，A型滑板在下，与滑道面接触滑。橡胶垫板尺寸为(480×480×25)mm，组合后的滑板称为B型滑板见图1(b)。

拼接顶推平台滑道梁滑面为不锈钢板，摩擦副形式为不锈钢板在下、MGE滑板在上，滑动方式为连续不间断，考虑钢梁节段拼装需要穿螺栓，采用型钢和MGE组成滑块作为滑板(走板)，根据实际情况安放在钢梁的底面无拼接板区，跟随钢梁一起沿着滑道梁连续前移，此滑板称为C型滑板见图1(c)。

(a)A型滑块

(b)B型滑块

(c)C型滑块

4.4同步顶推控制系统

同步顶推控制系统采用分布式计算机网络主控系统，由1个主控台、8个泵站启起箱、8个现场分控器、16套传感器组成。每个顶推墩各布置1个控制器，可控制2台连续千斤顶及泵站。在远程状态下，所有控制由主控台完成。

本装置主控单元采用PLC控制，系统的所有操作均受PLC控制，它根据检测到的信号按照连续顶推的工法，控制千斤顶油缸的伸与缩，同时还要控制每个动作持续时间的长短，保证前后顶之间受力平稳转换。主控单元发出的逻辑控制信号驱动相应的电磁阀动作，实现多台千斤顶协调动作，即千斤顶集群控制。见图2。

图2　顶推控制系统连线示意图

4.5顶推过程控制

(1)钢梁顶推过程的轴线控制

钢梁顶推分多个轮次逐次顶推，由于钢梁中线在主桥轴线上，线型方面的计算较简单，线型的控制也较容易。可以在控制点上直接采用全站仪放样主梁的轴线点和边线点。

为保证成桥的线形，顶推过程中必须保证钢梁的轴线偏位在设计及规范要求之内，因此在每个阶段的顶推过程中必须实施跟踪测量，在每个阶段的顶推前和顶推完成后进行复测一次轴线偏位，如果轴线偏位超出规范要求之内就必须进行调整，待调整好之后方可再进行顶推施工。测点采用小棱镜安置在导梁和钢梁的轴线点或边线点上。轴线测点布设如图3所示。

图3　测点布设示意图

(2)钢梁顶推过程的高程控制

钢梁标高控制是非常重要和关键的环节，它的测量精度直接影响到成桥线型的美观，因此对钢梁的控制标高要综合考虑设计标高、设计预抬值、支架挠度变形值及基础沉降值等因素。使用全站仪结合水准仪观测，缩小测量误差到规范范围之内。

考虑到顶推施工中不允许人站到钢梁上立塔尺，所以在顶推施工过程中的高程控制采用全站仪三角高程观测法。三角高程观测的算式为：Hb=Ha+S×tanα+i-v+f，Hb为待求点高程；Ha为已知点高程；S为两点间距离；α为竖角值；i为仪器高；V为目标高；f为不同间距时的地球曲率与大气折射的影响；竖角α=1/2((R-L)-180°)，为竖盘读数：盘左为L度，盘右为R度；f=(0.42×S2)÷R(取R=6 370 km)。

测点采用小棱镜安置在钢梁上，固定好不得前后左右摆动，高程测点具体布设如图3所示。

(3)变形、位移及沉降观测

在顶推施工过程中，永久墩和临时墩除了承受顶推时的竖直荷载，还承受由顶推力和水平摩擦阻力之差的不平衡力，所以在顶进过程中，不仅要观测钢梁位移，也要观测临时墩在承受竖向荷载和水平推力所产生的沉降和水平位移，同时还要观测钢梁和导梁的控制截面的挠度。为此在临时墩和永久墩的顶部左右侧各布置了一个棱镜观测点，每个点作为水平位移和沉降观测共用点。利用两个控制点同时可以对各墩的沉降和水平位移，钢梁、导梁的轴线偏位和变形进行监测。

5　结语

红水河特大桥边跨贵州岸钢梁顶推关键技术的应用，有效解决了大吨位钢梁在复杂山区陡峭地形顶推的施工控制难点，现场顶推过程，钢梁及临时墩监测应力数据≤100 MPa，顶推过程钢梁轴线偏位能控制在2 cm以内，临时墩墩顶位移≤5 cm，基础沉降几乎没有，现场管理、监测、监控工作细致严谨。顶推到位，钢梁纵、横向偏位均≤10 mm。顶推方案实施效果好，顶推施工过程中未出现任何质量安全问题。现场钢梁顶推情况有利验证了该桥顶推关键技术的可行性，为今后类似桥梁顶推施工提供了有益借鉴。

[1]周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[4]GB 799-1988，地脚螺栓标准[S].

Steel-girder Pushing Construction Key Technology of Hongshui River Bridge

LI Xin-zhe，CHEN Yun-hui

(Guangxi Road and Bridge Engineering Group Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530011)

Combining the engineering practice of Hongshui River Bridge，this article introduced the overall steel-girder pushing construction program，and regarding its construction difficulties，it analyzed the drag-and-drop steel-girder pushing construction key technologies of this bridge，thereby providing the reference for the pushing construction of similar bridges.

Bridge；Pushing；Steel girder；Construction；Technology

U445.462

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.07.011

1673-4874(2016)07-0041-04

2016-05-25

李莘哲(1987—)，助理工程师，研究方向：公路与桥梁施工技术；

陈云辉(1984—)，工程师，主要从事公路桥梁隧道施工管理工作。