连续组合箱梁桥顶推施工新方法开发研究

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摘要：本文以杭州市九堡大桥工程为实例，对国内新兴的组合结构桥梁施工的新方法：顶推法进行简单分析，以期对阅读本文的工程技术人员有所帮助。

中图分类号：U215.7文献标识码： A 文章编号：

杭州市九堡大桥是国内第一座全桥采用组合结构的大型越江桥梁。在工程建设过程中，参建各方对组合结构桥梁基础理论，设计、施工、管理养护等方面，开展了成套关键技术研究，填补了相关技术标准的空白。

九堡大桥首创了大跨连续拱-梁组合结构桥梁顶推施工方法，研制了多点步履式自平衡平移顶推装置及控制方法，开发了大吨位与超长联多点同步顶推系统及装备，国内首次实现了无临时墩顶推施工。

顶推施工设计方案与优化研究

连续组合结构箱梁施工方法从大的方面可以分成两种：钢梁顶推或者吊装到位，形成连续结构，再施工混凝土板，形成组合结构连续梁；钢梁与混凝土板在预制场地形成组合结构，吊装到位，形成组合结构连续梁。

两种方案对施工设备要求不同，钢梁、混凝土板受力不同，结构用钢量与混凝土板配筋率等不同，需要结合工程具体条件、施工设备等进行综合比较。

结合九堡大桥工程具体条件，考虑以下几点：

南岸存在大范围滩地，水深较浅，且受潮汐影响较大，工程船舶难以进入。

主通航孔桥也采用顶推施工方法，北侧引桥可以共同使用顶推平台。

因此，综合考虑全桥施工情况，顶推施工方法更适合本桥。

顶推施工设计方案

利用顶推或者阶段拼装首先形成钢梁，这就为后续工序提供了施工平台，从而可以较为方便地施工混凝土板，混凝土板浇筑或者安装的顺序较为重要。对于大跨径连续组合结构梁来说，一般首先施工跨中断面的混凝土板，后续节段浇筑时，已浇筑节段参与整体受力，这样可以最大限度地控制跨中钢梁和支点混凝土板的应力水平。

85m组合梁顶推施工具体过程如下：

在岸侧支架上拼装导梁及导梁连接段。

在支架上拼装首次顶推节段钢结构。

进行顶推，前端到达墩顶后，在岸侧支架上继续接长拼装。

继续顶推，重复以上步骤直到顶推到位。

工程采用多点步履式自平衡顶推工艺，这种新的顶推工艺有利于精确控制顶推状态，明确顶推节段结构受力行为，具有主动纠偏能力，相对于传统的拖拉法顶推，能大幅减少槽型钢主梁因顶推施工所需的加劲数量，较之传统的顶推方式有很大的经济效益比。

顶推施工腹板优化研究

顶推过程中钢结构腹板受力较大，腹板稳定性问题较为突出，针对不同腹板加劲肋布置方式进行研究，确定受力合理、构造简洁的腹板加劲肋布置方式。

本工程研究了3种加劲肋布置方式及施工顶推阶段可能碰到的2种受力模式，根据计算结果，最终施工图阶段在计算结果基础上结合成桥阶段受力，在每个4.25m间距范围内布置2道腹板加劲肋，根据位置不同分为板式加劲肋、T形加劲肋。

在整个施工过程中，监测到腹板变形很小，可以忽略不计，证明腹板加劲布置足以保证顶推过程中腹板稳定性能需求。

顶推施工优化研究

施工中采用多点步履式自平衡顶推工艺，顶推装置位于各永久墩，具备水平、竖向及横向三套独立千斤顶系统，分别完成前进及升降工作，，对外施加很小的水平力，具备竖向调节、横向纠偏功能。在竖向千斤顶与钢梁之间设置支撑钢垫梁，使千斤顶集中力分布均匀，步履式自平衡顶推装置与临时钢垫梁组成一套顶推设备，临时钢垫梁在自平衡顶推机具回位时支撑钢结构主梁。

多点步履式自平衡顶推体系特点如下：顶推设备集顶升、平移、横向调整于一体，实现箱梁的竖向、顺桥向、横桥向的移动或调整，从而保证结构的坡度、全桥线形。

该方案利用“顶”和“推”两个步骤交替进行，先将整体钢箱桥面托起，再向前推送，之后将钢梁置于桥墩上，顶推油缸缩缸到底，继续实现下一个循环通过往复顶推步骤的循环，最终箱梁被送到预定的位置。

多点步履式自平衡顶推体系优点：

因为摩擦全部是在顶推装置内部进行的，桥墩不受水平荷载。

顶推装置分布在各桥墩上，形成多点推进，保证了箱梁的前进方向。

即便有少量偏斜，通过两侧支撑油缸也可以做灵活的纠偏工作。

横向调整油缸保证钢箱梁水平移动，不会产生偏移。

整套设备集顶升、平移、横向调节于一体，成本低。

多点步履式自平衡顶推体系施工关键技术：

多点顶推，压力调节。

计算机控制同步顶推，避免桥墩受到集中荷载。

计算机控制液压同步下降，避免单个顶升油缸受到偏载。

实时检测移动偏差，及时使用千斤顶纠偏。

实时监控桥墩水平位移，结合顶推压力观察，防止桥墩遭受破坏。

图1顶推机械结构示意图

整个顶推体系通过控制器局域网，按照“位置同步，荷载跟踪”的控制策略，以各支墩顶升油缸支撑力为依据，以顶推油缸的顶推力和位移作为控制参数，实现力和位移（速度）的综合控制，确保顶推过程中各顶推装置同步工作。

连续组合箱梁无临时墩顶推技术与措施研究

连续组合箱梁体系完成部分拼装之后，从顶推平台开始向江心侧顶推，期间跨越桥墩，最大顶推跨径为85m。对于这样跨径的顶推，必须采用一定的辅助措施，使得结构在85m跨径顶推过程中应力、变位较小，在这里比较了较为传统的添加导梁措施以及添加前端临时体外索的措施。

导梁设置

工程引桥顶推过程中设置的前钢导梁，应同钢箱梁两道腹板对应布置，间距为11.5m，导梁长度约50m，控制重量不大于135t。

总体计算结果表明，整体受力均满足规范要求。

在顶推过程中，主梁最大拉应力为116MPa，最大压应力为-82MPa，均发生在78m跨靠交接墩1/4跨位置处。

设置前端体外索

采用临时塔架设置前端体外索，最大悬臂钢结构提供牵拉作用，能减少梁端部位移及墩顶部结构应力。依托工程临时塔架拟采用塔高为28m，临时索倾角27°，临时索长119.3m。

经分析，顶推阶段钢结构上缘最大拉应力为105MPa，出现在85m跨中部位，下缘最大拉应力为67MPa，出现于77m跨中部位；上缘最大压应力为-123MPa，出现于77m跨中部位，下缘最大压应力为-84MPa，出现于77m跨中部位。

两种方式比较

在施工进度安排合理的前提下，采用传统的导梁辅助措施实现无临时墩顶推，结构在刚度、强度等方面均满足要求。临时体外索需设置塔架及临时索锚固措施，塔架为承压结构，需设置较多杆件来满足塔架的稳定性能，另每过一个墩顶均要调整一次临时体外索，工作量偏大。九堡大桥工程结合我国桥梁施工的现状及施工控制精度，采取导梁顶推的施工方式。