混凝土连续梁步履式顶推施工

摘要：以朔州至山阴联络线跨北同蒲特大桥为列，通过该桥的设计概况以及重难点控制，介绍了该桥步履式顶推施工方案的 编制、顶推施工过程控制原理、顶推核心控制要素分析等问题。证明了采用顶推方案能够完全满足本桥的施工工艺及设计要求。 

关键词：步履式顶推,顶推施工,顶推方案,连续梁顶推,多点顶推,

1 工程概况 

朔州至山阴联络线跨北同蒲特大桥中心里程为 XLDK2+459.12，孔跨形式为2-24m 简支T 梁+1-（32+48+32） m 连续梁+25-32m 简支T 梁，全长998.63m。其中（32+48+32） m 连续梁结构形式为等截面预应力混凝土连续梁，跨越既有 北同蒲铁路时采用顶推法施工，此处连续梁位于-1‰、-11‰ 的坡道和R=500 的圆曲线和缓和曲线上，小半径曲线上顶推 法施工，施工难度大。如何确保混凝土连续梁顶推过程中既 有线行车和设备的运营安全，是本桥的重点和难点。 

2 工程重难点 

（1）抗裂，跨既有线、跨度大、结构可靠性要求高， 安全储备要求高。 （2）曲线半径500m，国内最小半径曲线顶推。 

3 步履式顶推施工方案 

本桥采用步履式多点顶推方案，梁体在19#-22#墩之间 进行整体现浇，初张完成后安装前后钢导梁，导梁安装完成 后，前后导梁处于18#-23#墩之间，此时利用19#与22#墩完 成前后导梁抗弯能力试验。向前试顶推16 米，下落23#墩竖 向千斤顶，完成前导梁及砼梁续梁的最大悬臂试验。在后导 梁完全支撑在19#墩之前，在安全有保证的情况下，完成后 导梁抗剪切能力试验。在向前试顶推16 米，砼梁续梁到达 23#墩顶上方，在有安全有保证的情况下，完成前导梁抗剪 切能力试验。上述所有试验完成后，顶推进入正式顶推。 本桥利用步履式顶推，每循环由4 步构成，梁体前移- 梁体起升-滑块退回-梁体下落。需要竖向顶24 个，水平顶 12 个，滑道装置，液压泵站，电控系统等设施。其中竖向顶 初步考虑为400t，行程初定为20cm；水平顶初步考虑为50t （额定推力50t>2400t*0.1/12=20t），行程80cm。施工过程 中调整千斤顶油压压力，使得每个桥墩的墩顶水平力小于桥 墩的承受能力，保证桥墩的绝对安全。 本桥顶推轨迹线考虑为一条下坡的平面曲线半径500m 的空间曲线，轨迹线采用比设计标高高出10cm 的基线进行 顶推，以减小落梁工程量。梁体前移过程中的曲线走行原理 和调整方法见后述。顶推过程需要对梁体应力状态进行监控， 采用在梁体危险截面段的表面安装钢弦式应变计，根据控制 仪读取的应变计数值与理论计算值对比，结合顶推设备本身 的支反力监测结果，适时对支撑状态进行调整，从而调整梁 体的应力状态，保证砼梁与导梁的安全。

 4 步履式顶推装置组成 

墩顶顶推装置由滑道、滑块、水平千斤顶、竖向千斤顶、 纠偏装置、泵站及控制系统组成，顶推装置有两种工作状态， 一种是当顶推装置处于端头时，此时，滑块带着导向板一起 运行，导向板与滑道两侧限位之间只有2mm 的间隙，因此千 斤顶只能推道滑块沿滑道中心线向前移动，另一种是当滑块 处于中间装置时，此时将导向板卸下，滑块与滑道测向限位 之间理论有2cm 的间隙，滑块可以自由摆动。 为什么要设计这两种状态，主要是两头需要导向，确保 混凝土梁体沿设计轨迹各前移动，当滑块处于中间位置时， 如果还限制其左右移动，侧混凝土梁体将不能自由地按两端 的导向方向移动，从而会产生抵触，甚至可能会别死，将顶 推装置别坏。 4.1 滑道 滑道由下垫板钢板、不锈钢板及压板组成，自下到上分 别为185cm×60cm×20cm 下垫钢板作为底座，上铺130cm× 50cm×4cm 不锈钢板，不锈钢板与下垫钢板连接采用螺栓连 接，防止钢板发生翘曲变形，为了防止下坡时在意想不到的 情况下梁体下滑超出了人为的控制带来风险，在滑道前端焊 接有防溜挡板，两侧设置有限位板，保障了顶推滑移过程中 的安全。 

4.2 滑块 滑块两侧设计有导向板，导向板通过两条长螺栓与滑块 相连接，导向板可以很方便地安装和拆卸，本案步履式顶推系统设 计有两种系统，三种状态，为了便于各状态间的快速转换， 设计导向板与滑块间仅有两条长螺栓进行连接，拆掉长螺栓 后即可拆除导向板，可实现状态的快速转换。为了方便安装 导向板，在滑块内部设计有导向套，这样长螺栓就比较窥安 装就位。 

4.3 EMG 板 因EMG 板与不锈钢的摩擦系数非常小动摩擦系数为 0.03-0.05，与钢板摩擦系数0.3，所以滑块下接触面与滑道 不锈钢板之间铺设一层20mm 厚的EMG 板，让EMG 板与不锈 钢板的接触面作为滑移面，滑动摩擦力大幅降低，顶推力大 幅减少。使用的滑移EMG 板尺寸为46cm 长X46cm 宽X20cm 厚。 滑块顶部与梁体底板混凝土面之间铺设一层5mm 厚橡胶板。 

4.4 水平千斤顶 水平千斤顶采用QF50-800 型液压千斤顶，顶推力50 吨， 设计行程80cm，千斤顶尺寸23×20×110cm，千斤顶前端设 置支撑底座，与滑道下垫钢板通过用螺栓固定。 

4.5 竖向千斤顶 竖向千斤顶用QF300-80 型液压千斤顶，顶推力300 吨， 千斤顶高度为32cm，设计行程8cm，外径φ35cm，顶部与梁 体底板混凝土面之间铺设一层41cm 长X41cm 宽X0.5cm 厚的 橡胶板，竖向千斤顶与梁体接触面混凝土局部强度验算：σ =N/A=5240/2KN÷π（410/2）²=19.85Mpa<[σ]=25.3Mpa 4.6 纠偏装置 通过丝杆的调整的作用，在梁体没支撑在滑块的情况下， 可以将滑道向外或向内移动几厘米，滑道会饶后部螺栓转动 一个很小的角度，会使千斤顶运动方向与混凝土梁体移动方 向成一个微角度，从而改变梁体的运动方向。 

5 步履式顶推施工过程 

5.1 顶推装置安装 安装顶推装置，首先将滑动调整好，坡度与设计想一致， 要求坡顶与坡底高差与理论值比较不大于1mm，然后对滑道 底与墩顶之间的空隙进行灌浆处理，灌浆完成后再次检查坡 顶与坡底高差是否与理论值相一致。全部检查合格后方可拧 紧滑道固定螺栓。接好液压管路，来回伸缩千斤顶几次，检 查其工作是否正常，一切完好后，水平顶全部退回全缩状体， 取走千斤顶保护装置。 

5.2 步履式顶推工作原理 每个循环走行0.8 米，分四步完成，第一步将滑块停至 起始位置，竖向千斤顶落下将梁体同步落到各滑块上；第二 步水平千斤顶提供水平力克服摩擦力，梁体向前行进一个行 程0.8 米；第三步竖向千斤顶起升将梁体顶起2cm，使梁体 脱离滑块；第四步水平千斤顶缩回至起始位置。至此梁体已 经前行0.8 米，完成一个单循环作业，反复循环至梁体就位。 梁体每行进0.8 米均进行仿真分析，各墩上的支反力行进过 程中全程仿真分析显示理论支反力，通过控制油泵控制支反 力，使各墩上支反力接近仿真分析的支反力。 

5.3 曲线走行原理 连续梁位于500 米半径的曲线上，若按直线行走将偏离 桥梁中心很远，施工过程中采用走割线的方式进行施工，采 用转向原理，水平千斤顶布置时按曲线的割线方向布置，12 台 千斤顶与梁体不产生相对滑动，梁体的走行将沿圆曲线行走。 

5.4 纠偏工作原理 梁体在走行过程中会因为单个行程行走线路为直线，每 个行程会偏0.6mm，同时操作上的精度问题可能会产生走偏， 所以在顶推的行进过程中采取了主纠偏方式和辅助纠偏的 办法克服梁体跑偏。主纠偏方法主要采取微调滑道的办法， 给滑道每个行程或每3 个行程进行微调整，使滑道尽量保持 在走行轨迹的割线上，让梁体自行转弯按照曲线行走，梁体 走偏后，可以以计算为依据，适当使滑道向反方向偏移，在 后面的几个行程中纠偏过来。顶推前在侧面垫石上用膨胀螺 栓固定一根竖向槽钢作为立柱，在立柱上焊接一个螺帽作为 微调螺杆，在需要调整的时候，正反扭动螺杆，滑道将左右 移动方向，滑道左右移动后，会使千斤顶与梁体夹角变化， 从而进行纠偏。 

5.5 液压系统原理 液压系统设计主要考虑了安全性和同步性，在泵站系统 中合理设计了换向阀、液压锁、安全阀、额定流量等。通过 换向阀使与安全阀的配合实现了泵站的双向操作；液压锁设 计保证了千斤顶到液压锁的油压稳定，提供稳定的压力，增 加安全可靠性；通过两种安全阀能控制千斤的油压，防止千 斤顶超载使用。额定流量的设计主要是控制千斤顶的顶升速 度，保证同步性。 5.6 电气控制系统原理 控制系统的设计主要是解决千斤顶同步性和安全性，针 对两大难点进行了电控系统的设计。首先进行了总电路设计， 根据总接线图进行了中央配电箱和中央控制箱设计实现了 步履式顶推系统的远程中控和同步控制；其次进行了端配电路设计， 通过终端配电箱和终端控制箱的设计实现了单个泵站系统 的分控制，同时任何分控系统都可以急停所用控制系统；同 时对中央控制系统和终端控制系统的操作台也进行了设计， 使操作非常的简便，顶推过程主要靠按钮实现。 

6 顶推控制核心环节 

6.1 焊接控制 顶推施工前，砼梁及钢导梁进行焊接拼装，如果焊接施 工控制不合理，产生焊接质量问题，梁段及导梁连接处存在 强度缺陷，则有可能为此后的顶推施工工作埋下隐患。 

6.2 滑道控制 墩顶滑道必须坚固，刚性要好，无下沉及变形，滑道底 部钢板与墩柱顶预埋钢板焊接，为避免在顶推过程中应力集 中对滑道产生破坏，滑道内部灌注C50 混凝土，滑道下面与 墩柱顶接触部位加2mm 水平钢板并加灌C50 稀释混凝土，使 滑道和墩柱连接成整体。 如果砼梁底部预制不够平整，滑道顶面不够光洁，滑道 存在标高误差，则可能造成砼梁底板应力集中，增加顶推的 摩阻力，影响顶推的顺利进行。如不能保证砼梁运动的连续 性，容易造成砼梁的“爬行”运动现象，对墩身造成反复冲 击，超出其允许值，造成危险。 顶推最大跨径墩顶端加焊20cm 高3mm 厚钢板箍，避免 滑道前端因受梁体挠度变化产生应力集中将墩柱顶混凝土 压裂。 

6.3 顶推同步控制 如果顶推不同步，还会产生负载集中的现象，加重先启 动千斤顶的负担，造成墩身水平受力异常增大。导梁横向偏 移、也能造成墩身发生过大偏移，甚至超出其允许值。同时 顶推不同步导致梁中线偏差、各墩顶的偏位超出设计要求范 围，而未及时发现调整，都将会导致顶推施工风险。 

6.4 应力状态控制 砼梁的边界条件和荷载条件在各顶推阶段均在发生变 化，各阶段的结构体系与成形阶段的结构体系是完全不同的， 每一截面的内力为正负弯矩交叉出现。因此顶推施工必须做 应力阶段分析，在阶段分析中需要考虑不同阶段边界条件和 应力的变化等。 

6.5 梁体抗裂控制 砼梁不同于钢梁顶推的最大的特点是砼梁刚度大、容易 开裂，往往在未发现有较大变形时，梁体已经开裂。 采用竖向顶同步是保证梁体按设计受力的前提，可保证 支反力误差控制在10%以内，使梁体应力在安全许可的范围 内进行波动。采用水平顶同步要求更高，水平顶若不能共同 使力，很小的误差也会使得各系统之间产生很大的内力，比 如同一断面4 点支撑，4 点之间前后移动误差哪怕只有1mm， 这1mm 必须通过支撑的变形来适应，走的快的千斤顶拉着走 的慢的千斤顶，而采用步履式多点顶推可使砼梁6 个断面24 个点的水平顶共同顶推，受力均匀。 

6.6 行走曲线与纠偏控制 既有梁处于直线上也不能保证梁体会始终按照直线前 进，虽然每个墩顶都有独立的进行侧向限位和纠偏措施，但 是在布置时很难使得各个墩顶的子系统全部按照理论的方 向定位。采用步履式多点顶推系统，通过曲线走行，纠偏及 三坐标调整功能，很好的通过限位与纠偏功能的调整与转换， 解决曲线走行控制。 

7 结语 

随着国家加快基础设施建设，交通路网越来越发达，公路跨越铁路、铁路跨越公路、铁路跨越铁路等立交形式越来 越多，在以后的交通工程建设中跨越既有运营线路施工的工 况会越来越多。目前使用较多的主要有悬臂法和转体施工， 步履式顶推法施工的推广对类似的工程提供了新的施工思路和方 法，采用顶推法施工，不需大型起吊设备，占用场地小，梁 段预制及顶推可以和其他墩身的施工同时进行，提高施工效 率，节约成本，充分显示了该施工方法的合理性、先进性与 独创性。

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