城市立交曲线钢箱梁顶推安装技术

城市立交曲线钢箱梁顶推安装技术

 张帅军，蔡力，刘杰 ( 中交二航局第二工程有限公司，重庆401121) 

摘要:青岛海湾大桥连接线工程重庆路互通式立交由于其所处地形和吊装作业高度受限，无法进行常规吊装作 业，故改为顶推安装施工。重庆路互通式立交的钢箱梁为小半径平曲线和小半径竖曲线相结合的空间曲线形桥梁， 该类桥型采用顶推方法作业需解决若干技术难点。介绍此类复杂立交钢箱梁顶推施工采用的各项技术措施，供类 似工程施工参考。 

关键词:城市立交;高墩;小半径平曲线;竖曲线;钢箱梁;顶推安装 

文章编号: 1009 － 6477( 2013) 02 － 0078 － 07 中图分类号: U448. 21 + 3 文献标识码: B Incremental Launching Installation Techniques for Curved Steel Box Girders in Urban Interchanges ZHANG Shuaijun，CAI Li，LIU Jie 

1 工程概况 青岛海湾大桥连接线工程重庆路互通式立交为 连接海湾大桥和青岛市内交通主干道重庆路的交通 枢纽。该立交从下往上共分5 层: 张村河地面桥、重 庆路高架桥、CG 和CH 匝道桥、CE 和CF 匝道桥、海 湾大桥连接线主线。CE2 号和CF2 号为第4 层的2 联钢箱梁匝道桥，跨越交通繁忙的重庆路、张村河及 其支流河，施工受交通干扰和河道汛期泄洪影响较 大。该立交平面布置见图1。

重庆路互通式立交总体平面示意 CE2 号桥为42 m + 54. 945 m + 33. 507 m 连续 钢箱梁结构，全长130. 452 m，平面曲线半径R = 265 m，竖曲线半径R = 1 780 m。桥面最高点约29 m ( 距河底) ，最低点约25 m( 距地面) 。总重约545 t。 CF2 号桥为40 m + 58. 014 m + 40 m 连续钢箱 梁结构，全长138. 014 m，平面曲线半径R = 251 m， 竖曲线半径R = 1 600 m。桥面最高点约28 m( 距河 底) ，最低点约23 m( 距地面) 。总重约564 t。 针对该2 联钢箱梁吊装做业高度受限等特殊地 理位置和结构类型，将其原设计的原位吊装施工方 案进行了修改，改为采用顶推施工工艺进行安装。 本文详细介绍该项目施工方案变更的原因，以及所 采用的顶推安装施工工艺的各项技术措施和相关的 施工体会，供同类城市立交钢箱梁施工参考。 

2 顶推施工方案 

2. 1 施工方案变更 CE2 号和CF2 号钢箱梁原设计的施工方案为 支架原位吊装拼装施工，但在实际施工中通过现场 勘察发现不具备支架原位吊装拼装条件，原因如下。 1) 原临时墩设计间距较小，墩位较密，影响下 层桥梁施工及道路交通。 2) 吊装净空高度难以满足施工要求。 3) 钢箱梁所跨位置为5 层立交的中心位置，箱 梁、墩柱等结构物及施工临时结构密集，且跨越河流 和城市道路，大型吊机站位十分困难。 基于以上原因，经设计院同意，将原位吊装拼装 方法变更为顶推安装施工。 

2. 2 顶推方案 为了在施工期间保证下方城市道路畅通，根据 现场施工条件，在两侧钢箱梁东侧相邻跨各设置1 跨拼装平台，2 跨之间三角区域作为存梁区和吊装 区。钢箱梁在专业工厂分节段加工，然后运至现场 分段拼装和顶推。2 联钢箱梁分别分为9 ～ 10 个顶 推段，每个顶推段由3 ～ 4 节组成，即每次在拼装平 台上焊3 ～ 4 节钢箱梁，焊接完毕且检测合格后即进 行顶推。每段顶推到位后再进行下一段的吊装和焊 接，如此循环，直到全部顶推到位后再进行整体落 梁。

 3 施工工艺及方法 钢箱梁顶推施工分为3 个阶段: 准备阶段、顶推 阶段、落梁阶段，其中准备阶段又分为临时结构设计 施工与顶推系统设计施工2 部分。

 3. 1 临时结构设计与施工 钢箱梁顶推施工的临时结构主要由拼装平台和 临时墩组成，其是顶推施工的主要受力结构和操作 平台。 以 CF2 为例，对该桥顶推工艺进行阐述，其拼 装平台和临时墩总体布置示意见图2。 3. 1. 1 拼装平台 拼装平台作为钢箱梁节段的焊接平台，既要满 足承重和顶推滑行要求，又要满足线形要求，以及满 足工人焊接操作要求。 拼装平台布置在钢箱梁桥位的相邻一跨，长约 30 m，即布满一跨。其承重结构由6 排Φ610 mm × 8 mm 钢管桩组成，每排2 根，柱间用［25 槽钢作剪 刀撑连接。柱顶布置滑道梁，其兼作拼装平台，构造 与临时墩滑道梁相同，线形按钢箱梁曲线布置。在 滑道梁之间和左右两侧各布置操作平台，底板操作 平台位于2 道滑道梁之间往下1. 5 m 处，用型钢焊 接在钢管桩之间，其上铺设钢板; 两侧操作平台则在 钢管桩外侧焊接钢牛腿，上面铺设2 m 宽的型钢和 钢板，兼作行走通道。整个拼装平台宽约8. 1 m。

 3. 1. 2 临时墩 临时墩作为顶推施工中的主要受力结构，既要 满足顶推时的最大竖向荷载和最大水平力，又要满 足钢箱梁在顶推过程中沿同半径平曲线和竖曲线轨 迹前进要求。同时，还要满足顶推作业用的千斤顶、 限位装置位置以及工人操作平台要求等。 ( a) 立面 ( b) 平面 单位: mm 图2 CF2 总体布置示意 2013 年 第2 期 张帅军，等: 城市立交曲线钢箱梁顶推安装技术 79 1) 临时墩分为A、B 2 类。A 类为位于混凝土 结构墩位置的临时墩，通过型钢焊接与混凝土墩连 接成整体; B 类为布置在跨中的临时墩。每个临时 墩均由4 根Φ610 mm × 8 mm 钢管桩组成，柱间用 ［25 槽钢作剪刀撑连接。每联桥共布置3 个A 类墩 和5 个B 类墩。 2) 临时墩和拼装平台均采用钢管桩基础，使用 打拔桩机施打。如个别位置有施工障碍，则采用混 凝土扩大基础替换。 3) 本桥顶推施工的特点除了为曲线桥外，最大 特点是高度较高。虽然顶推产生的水平力并不大， 但临时墩钢管桩高度达到20 余m，水平力产生的弯 矩相当大，故将各临时墩及混凝土结构墩之间用钢 绞线和钢桁架连接起来，形成整体。顶推水平力主 要由混凝土结构墩来承受，可满足施工要求。

 3. 2 顶推系统的设计与施工 钢箱梁顶推系统主要由滑道系统、牵引系统、限 位纠偏系统等组成，其布置示意见图3。 3. 2. 1 滑道系统 滑道系统布置在临时墩顶，从下往上依次由分 配梁、垫梁和滑道梁组成，均纵向布置。 分配梁由双拼I56 工字钢焊接而成，在临时墩 顶部焊接。 垫梁用钢板制成，焊接成长方体形状，并置于分 配梁上。每条分配梁上布置3 个垫梁，其间布置2 个千斤顶，用于调节上方滑道梁的高度。 滑道梁由双拼I56 工字钢焊接而成，顶部铺设2 mm 厚不锈钢板，与滑道梁点焊连接。为防止分配 梁和滑道梁挠度过大，在其腹板分别焊接加筋板以 增强刚度。 滑道系统采用高度可调节式系统，以便调整标 高。将滑道梁置于垫梁上面，且不与垫梁焊接固定。 为防止滑道梁横向失稳，需在其前后两端用竖向槽 钢将其夹住，槽钢下端焊接在分配梁上，并将左右槽 钢之间用小型钢连接成整体，以加强其刚度。 滑道梁顶面铺设2 mm 厚不锈钢板，其与滑道 梁点焊固定。前后接缝处采用以后板压前板的方 式，以避免滑板往前滑行时接缝处出现卡板。 

3. 2. 2 牵引系统 本项目采用的顶推工艺实为牵引方式，即采用 千斤顶牵引拖拉钢箱梁行进的方式。 牵引系统是顶推施工的动力系统和传力结构， 其由千斤顶、钢绞线和拉锚器组成。 本工程中每联钢箱梁总重500 多t，摩擦系数考 虑为0. 1，则顶推中摩擦力为50 多t。考虑足够的 安全系数和顶推能力，每联各采用2 台100 t 的 ZLD100 自动连续顶推千斤顶。 2 台千斤顶分别布置在钢箱梁所在位置的前2 个混凝土结构墩顶。千斤顶支撑架采用预埋在结构 墩外侧面的型钢牛腿，反力架采用预埋在结构墩顶 的竖向工字钢预埋件，通过反力架将顶推反作用力 传递给结构墩。 钢绞线为施工常用的强度为1 860 MPa 的 Φ15. 24 mm 钢绞线。 拉锚器用3 cm 厚钢板加工而成，其配备专用的 锚板和夹片，且被临时焊接在箱梁节段尾部的底板 ( a) 断面( b) 立面 单位: mm 图3 滑道系统、牵引系统、限位纠偏系统布置示意 80 公 路 交 通 技 术 2013 年 上，用作顶推时的传力结构。

 3. 2. 3 限位纠偏系统 限位纠偏系统是使钢箱梁能够沿着曲线半径行 走且不产生较大偏移的主要保证，分为限位导向装 置和纠偏装置。 1) 限位导向装置。 该装置可防止钢箱梁在顶推过程中横向出现较 大的偏位，并使钢箱梁能沿曲线半径行走。 本项目采用滚轮式限位导向装置。具体形式 为，在每个临时墩顶左右均各焊接2 个限位型钢，顶 部连接导向滚轮。滚轮外缘距钢箱梁腹板外侧面约 2 cm 为宜，以使钢箱梁在行进过程中既有一定的活 动偏移量，且又不至于偏移过大。所有滚轮高度宜 统一，以减少钢箱梁外表面划痕。 滚轮由钢套筒和钢轴加工而成。采用螺栓将其 底座连接在限位型钢顶部，以便调节其与钢箱梁外 侧面的距离。 2) 纠偏装置。 在钢箱梁偏移较大时，通过纠偏装置施加横向 作用力，以调节其横向位置，并使其回复到原有轨 迹。 纠偏装置采用2 个25 t 穿心式千斤顶，分别临 时横向固定在钢箱梁首尾两端的临时墩上，并通过 张拉牵引来调整钢箱梁的横向位置。 在顶推初期，因摩擦力较小，可采用5 t 手拉葫 芦来代替千斤顶工作。 纠偏必须在箱梁顶推滑动过程中进行。

 3. 3 顶推施工和线形控制 

3. 3. 1 钢梁分段加工运输及吊装 本项目2 联钢箱梁均纵向分节，分别分为30 和 32 节，每节长约4. 5 m，宽为7 m。 为保证其线形，工厂加工时采用全胎架加工，即 在车间里按线形一次性先布置好全部型钢胎架，然 后在上面匹配焊接各节段钢箱梁。胎架已按设计考 虑预拱度。 钢箱梁用加长拖车经高速公路运输到场。因收 费站有宽度限制，故将钢箱梁横置于拖车上。每车 运输2 节钢箱梁。 单节钢箱梁最大重量约24 t，综合考虑其重量、 宽度和吊高，现场采用160 t 履带吊进行吊装。

 3. 3. 2 辅助杆件 经计算，钢箱梁顶推过程中，最大悬臂20 m，前 端下挠约2. 6 cm。挠度较小，应力也在控制范围 内，故不需要安装前导梁。但钢箱梁首尾两端各有 1 段1. 93 ～ 2. 73 m 变高度截面梁段，无法和正常梁 段实现顺利顶推，故需将其底面临时垫高，使其与正 常梁段高度一致。具体为在梁底设置临时梁垫杆 件，使其底面与等高度梁段的箱梁底面处于同一平 面上，以利于变高度箱梁平顺移动至滑道上，使其沿 着滑道、滑块向前顶推，待安装就位后再将临时垫梁 杆件拆除。变截面段临时衬垫形式见图4。

 3. 3. 3 顶推工艺 本项目采用分段拼装顶推工艺。每次在拼装平 台上焊3 ～ 4 节钢箱梁，焊接完毕且检测合格后即进 行顶推。每段顶推到位后再进行下一个顶推段的吊 装和焊接，如此循环，直至全部顶推到位。 

3. 3. 4 顶推施工要点 1) 每个钢箱梁顶推采用2 台ZLD100 连续顶推 千斤顶。初始阶段可只用1 台，待第1 台顶推力接 近20 t 时，启用第2 台千斤顶。 2) 千斤顶顶推速度不宜过快，控制在10 cm/min， 以便及时发现和处理问题。 3) 顶推时，采用2 cm 厚PE 板作为滑块，润滑 剂采用高级锂基脂。 4) 顶推过程中，每个墩顶安排4 人安装滑块。 因为钢箱梁是沿竖曲线行走，故顶推过程中，梁底易 注: 1. A1 ～ A4 为变截面段; 2. 单位: mm。 图4 变截面段临时衬垫 2013 年 第2 期 张帅军，等: 城市立交曲线钢箱梁顶推安装技术 81 出现脱空现象，需及时暂停顶推，调节滑道梁高度， 使各滑道梁均受力后再恢复顶推。焊接平台处滑道 脱空则采用加塞钢楔子或停止顶推后加塞钢垫板。 5) 顶推过程中，如发现钢箱梁紧贴某一侧的限 位装置，即钢箱梁偏位较大，则需进行调位。具体方 法为在首尾两端横向布置25 t 穿心式千斤顶或5 t 手拉葫芦，结合使用，并在钢箱梁行走过程中纠偏。 顶推过程中的横向偏位一般控制在3 cm 内。 6) 顶推开始前，计算好钢箱梁在各顶推阶段各 节点的坐标与标高。每阶段顶推完毕时，复核各节 点的坐标与标高，确保钢箱梁各节段都在预设轨迹 内，以保证钢箱梁的整体线形。 7) 每段顶推至距离预定位置还剩约50 cm 时， 停止顶推，测量钢箱梁的坐标和标高; 与设计坐标和 标高进行复核，然后进行纠偏。每段顶推到位前需 要多次重复观测、复核和纠偏。节段顶推到位时首 尾两端横向偏位和标高均控制在5 mm 内，以满足 下一节段的拼装精度。 

3. 4 落梁施工 落梁施工采用整体落梁法。即在各墩顶布置千 斤顶和临时垫墩形成换力装置，交错下放千斤顶和 钢垫墩，再整体下放钢箱梁。具体操作如下。 第1 步: 在千斤顶上铺垫高度合适的垫块，顶升 千斤顶，使之撑起钢箱梁; 第2 步: 撤除临时垫墩顶端的部分钢垫块，形成 下放高差; 第3 步: 千斤顶同步下降至临时垫墩高度，钢箱 梁荷载又作用在临时垫墩上; 第4 步: 取下千斤顶上同样厚度( 临时垫墩取走 的高度) 的垫块。 重复以上步骤，完成落梁。

 3. 4. 1 换力装置布置 千斤顶布置在4 个混凝土结构墩顶，每个墩顶 各2 个，共8 个。以CF2 号箱梁为例，CF5 号墩和 CF6 号墩是其中墩，墩顶安装的是单支座，2 个千斤 顶布置在支座左右两侧; CF4 号墩和CF7 号墩是其 边墩，墩顶安装的是双支座，2 个千斤顶布置在2 个 支座之间，尽量靠近支座。 钢垫墩布置在4 个混凝土结构墩顶及两侧的 I56 分配梁上，中墩顶各布置4 个垫墩，边墩顶各布 置2 个垫墩，每个墩I56 分配梁上布置6 个垫墩。 为安全起见，在每跨中选一个临时墩也布置钢垫墩， 每个临时墩分配梁上布置4 个垫墩。垫墩由型钢构 件和1 ～ 3 cm 厚钢板组成。 以中墩CF5 号墩为例，千斤顶和垫墩布置见图5。

 3. 4. 2 落梁步骤 1) 拆除滑道梁。 用置于各混凝土墩顶的千斤顶和临时垫墩撑起 钢箱梁，拆除各墩顶推施工中采用的滑道梁。 在千斤顶顶部放置60 cm × 60 cm 的2 cm 厚钢 板，以增大梁底受力面积。 2) 分2 级落梁。 钢箱梁落梁总高度为73 cm，根据落梁空间和 千斤顶高度并从安全考虑，分2 级落梁。 ( a) A － A 断面( b) B － B 断面 单位: cm 图5 落梁示意 82 公 路 交 通 技 术 2013 年 第1 级落梁高度约为57 cm，采用长行程千斤 顶( YDG3000S 竖向顶) ; 第2 级落梁高度即为剩余 的约16 cm，采用短行程千斤顶( YD200 － 50 型扁 顶) 。第1 级落梁完成后，将长行程千斤顶换成扁 顶，进行第2 级落梁。 为确保落梁时钢箱梁的稳定性，将每次落梁高 度设定为2 ～ 3 cm。即每次让千斤顶受力，抽取各 垫墩上2 ～ 3 cm 厚的钢板，然后将千斤顶落下，如此 循环，直到钢箱梁落在支座上。

 3. 4. 3 落梁设备 落梁设备的动力安全储备系数分别为: 300 t × 8 台/564 t = 4. 3; 200 t × 8 台/564 t = 2. 8。 2 套设备配置富余量大，安全系数较高。 

3. 4. 4 落梁工艺要点 为确保整个落架过程中箱梁和临时墩的安全， 每次顶升和落架时要求千斤顶同步，并依据监控指 令严格控制各墩油压，做到: 1) 充分做好准备工作，顶起、落梁的时间越短 越好。 2) 确定千斤顶布置位置，要求左右对称，且使 千斤顶着力点处于箱梁隔板位置。 3) 密切观测千斤顶油表压力，避免单个千顶受 力过大，保证每个千斤顶都有足够富余顶举力。 4) 每台竖向顶上要求垫1 ～ 2 cm 厚的钢板，以 增大其受力面积，避免小面积活塞直接对梁体施力。

4 质量控制及安全措施 

4. 1 质量控制要点 1) 提高滑道的制作精度，严格控制滑道标高， 每次顶推施工前，均检查各墩顶滑道标高。 2) 以高标准严格控制钢箱梁梁段拼装质量，节 段匹配错台及高差控制在2 mm 内。 3) 为保证梁段的整体线形，顶推过程中，严格 控制梁段横向偏位不大于3 cm，顶推到位时梁段首 尾两端的横向偏位及标高误差控制在5 mm 内。 4) 监控测量，严格控制梁体的挠度，将每次顶 推到位节点都设置在临时墩滑道上，即每段顶推到 位时，立即垫好梁段前端，避免悬臂端，防止前端悬 臂时间过长而引起下挠变形。

 4. 2 安全控制关键点 1) 顶推过程中，密切观测混凝土结构墩和钢管 桩临时墩的偏移。 2) 因为是跨路施工，需防止坠物伤人。应在顶 推操作平台四周设置围栏，并设置跨路防护通道。 3) 对于顶推施工用的千斤顶及油泵，必须经过 第3 方检验标定，做好日常维修保养和每d 的班前 检查，并做好记录。

 5 关于顶推施工的几点体会 

1) 高墩顶推施工，竖向荷载不大，水平推力也 不大。但由于高度较高，产生的弯矩较大，故临时墩 的抗倾覆能力就成为整个施工的关键。通过将各临 时墩与永久墩连接，较好地满足了抗倾覆要求。 2) 本项目CE2 号和CF2 号钢箱梁顶推施工工 艺中，分配梁为纵向布置，其下方未布置横向分配 梁。如布置横向工字钢分配梁，会降低临时墩钢管 桩施打的精度要求，但有利于限位装置的安装和提 高其刚度。 3) 本项目CE2 号和CF2 号钢箱梁顶推施工工 艺中，因为钢箱梁竖曲线行走易导致梁底脱空，为方 便钢箱梁顶推中的标高调整，采用了可调节式滑道 梁，故滑道梁的稳定性十分重要，施工中需特别注 意。 4) 本项目CE2 号和CF2 号钢箱梁匝道桥同时 为平曲线桥梁，采用按平曲线布置的限位装置进行 导向以及顶推过程中进行横向纠偏，较好地满足了 沿平曲线行走的需求。 5) 通过钢箱梁沿竖曲线行走过程中的实际测 算发现，在钢箱梁达到竖曲线顶点之前，即在爬坡 过程中，摩擦系数较大，最大接近0. 2; 过了竖曲线 顶点之后，顶推力并无明显增加，基本保持不变，顶 推全长钢箱梁的摩擦系数也约为0. 1。 6) 每段顶推施工周期约为7 d，其中焊接和检 测约3 d，顶推需1 ～ 2 d，测量纠偏需2 ～ 3 d。单纯 的顶推时间实际上相当短，大量时间花费在顶推过 程中的纠偏、滑道梁标高的调节和每个梁段到位时 的精确调位上。如能加强顶推系统自身的限位能 力，则能节约不少工期。

 6 结语 

青岛市重庆路互通式立交是一个环境复杂、设 计层数较多的重要交通枢纽，其2 条匝道钢箱梁施 工受地形环境和交通调流的严重制约，无法采用常 规吊装工艺进行安装，故采用了顶推工艺。通过加强临时墩、采用可调节式滑道系统和优化限位纠偏 装置等技术措施，较好地克服了高墩顶推弯矩大和 桥梁曲率小等技术难点，顺利完成了该桥的顶推安 装施工，其经验可供同类型桥梁施工借鉴。

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