下承式公路钢桁梁顶推施工技术

下承式公路钢桁梁顶推施工技术

田汉州 （中铁山桥集团有限公司海外工程部河北秦皇岛066205）

【摘要】已完工的埃塞俄比亚钢桁桥部分设计跨径为70m+35m+75m，总宽度为10.3m,总重810t。本文以该桥为例介绍了钢桁梁一次性 快速顶推施工方案以及临时支墩、滑道设置、纠偏控制等关键技术。 【关键词】钢桁梁；顶推；施工 桥梁顶推施工技术最早应用于预应力混凝土连续梁的架设。1959 年由前联邦德国的莱昂哈特博士和W.鲍尔教授首先提出顶推施工方 案并成功应用于修建奥地利的Ager 桥。自Ager 桥成功应用顶推法施 工后，顶推施工法因其具有安全、快速、经济、无干扰和占用场地少等 优点，在世界各地的桥梁建设中得到广泛采用。 钢桥的顶推架设法与预应力混凝土连续梁桥顶推安装法相似。特 别适用于跨江河或跨线桥，且桥头路基或引桥上有拼装场地的钢桥施 工。本文以去年完工的青尼罗河大桥为例，谈谈顶推施工法在下承式 公路钢桁梁建设中的应用。

1 工程概况

埃塞俄比亚青尼罗河大桥位于青尼罗河较为平坦和宽浅的河道 处，桥梁全长355.8m，桥梁布局(自西向东)为：2×20m(钢筋混凝土“T” 梁)+70m(钢桁架梁)+35m(钢桁架梁)+70m(钢桁架梁)+7×20m(钢筋混凝 土“T”梁)，桥面宽10.3m，即：7.3m 行车道+ 2×1.5m 人行道。

2 施工方案

2.1 利用旱季水深浅水流平缓的特点，设置围堰，在3# 墩和4# 墩中 间、5# 墩和6# 墩中间分别设1# 和2# 临时墩， 减小钢梁在悬臂顶推 过程中的倾覆力矩。

2.2 通过现场勘查，决定在西岸设置混凝土地梁，并在地梁上铺四氟 板做为下滑道。钢桁梁下弦杆节点处设置不锈钢板作为上滑道。桁梁 在西岸拼装完成后，由西侧向东侧顶推到位。

2.3 设置船型三角架做为前导梁，前导梁长度为15m，与钢桁桥采用 高强螺栓连接。根据计算，顶推过程中最大悬臂（33m）状态下，前端约 有18m 的钢桁梁处于悬臂状态， 此时抗倾覆安全系数为K=6.94。因 此，顶推时钢桁梁后端不需要设置配重。

2.4 顶推到位后拆除墩顶临时支撑，落梁。

3 施工关键技术

3.1 桥墩支墩 因为钢梁拼装在混凝土桥面进行，其比墩顶高出约2.8m，所以支 墩高度配合顶推高度拟设为约2.3m。顺桥向长度按盖梁顶面的宽度 通长布设。 盖梁顶面5%流水斜坡，可采用楔形木块或低标号水泥混凝土(接 触面上铺水泥纸袋)垫平。 支墩主体结构采用质量较好，厚薄相同的枕木搭设，受力很大超 过枕木应力时，换用短钢轨、扣轨束、槽钢等搭设。

3.2 临时墩支墩 临时墩支墩主体采用贝雷片组成，便于安装和拆卸，支墩顶面约 1.2m 的高度用枕木搭设，以供落梁和调整高度的需要。 这种支墩受载时，除上部枕木垛有沉落外，贝雷架孔眼间也有不 同程度的沉落量，难以计算，可按每一层接触面2mm 的沉落量估算。 钢梁前端外伸上滑道沿着下滑道逐渐上升到支墩上时，支墩直接 受到斜面的水平推力。上升到滑道顶面后，反力增大，摩擦力作用也增 大，支墩有沿桥墩前缘倾覆的可能，故验算支墩的稳定性如下： n= （P+0.5W）B Hh ＞1.5 （1） 式中，n———倾覆系数； P———支墩所受竖直反力； H———水平推力； W———墩身重力； B———沿水平力作用的宽度； h———验算断面至水平推力的距离。 支墩受到水平推力后，各枕木层间受到剪力，为避免相邻枕木层 间相互错动，上下层枕木或方木层间用扒钉钉牢。

3.3 滑道和滑动设施

3.3.1 上下滑道 对设在钢梁底面和支墩顶面的上下滑道，总的要求是有充分的长 度，表面光滑平整，刚度大，能均匀传布反力，结构简单，拆装方便，与 钢梁、支墩的联结牢固可靠。 （1）上滑道 主桁的上滑道设于主桁纵梁HE900A 的下面， 做成间断的滑道， 净距为1m。钢桁梁的上滑道由纵向垫木、枕木、滑座、钢板及不锈钢板 组成。 每根纵梁下的滑道用吊木搁挂在纵梁下翼缘上， 以两根Φ22 螺 栓吊住下面枕木，枕木侧面用钩头螺栓钩住纵梁外翼缘，将上滑道固 定。 （2）下滑道 下滑道在路面和混凝土桥面上的连续地梁顶面和桥墩支墩上铺 设，材料是聚四氟乙烯滑板，其与上滑道上下相对。下滑道长度按支墩 顺桥向宽度决定。 顶推架设时上、下滑道的细部构造如图2 所示。 3.3.2 滑动设施 滑动装置由上滑道板、四氟滑板组成。 （1）上滑道板 作为上滑道的滑道板为一块整钢板，面铺不锈钢板，焊接固定在 上滑道滑座底面，如图2 所示。主体钢板厚度在40mm 以上，不锈钢板 厚2mm，不锈钢板表面粗糙度小于Ra5μm。根据上滑道滑座的设计形 式和反力大小，拟定主体钢板的平面尺寸为1.8m×0.7m，不锈钢板的 平面尺寸为1.5m×0.5m。 （2）滑板 顶推适用的四氟滑板面积按容许应力8MPa 和可能发生的最大 反力计算决定。滑板厚度约为24mm，不宜太薄，需要一定厚度以调整 滑道顶面标高；滑板也不宜太厚，以免容易损坏和增加施工成本。 3.4 导向装置 在顶推梁的两侧设置导向轮纠偏器，调整钢梁横向位置，对其进 行纠偏，使钢梁在顶推过程中不致发生偏移，控制梁体在顶推过程中 的中线始终处于设计范围内。导向轮纠偏器由螺旋千斤顶与导向轮组 成，如图3 所示。

4 顶推

4.1 顶推水平力的限定值 为了减小对桥墩的反复冲击，水平千斤顶的顶推力和总阻力的差 值应满足以下公式： 0≤F-KΣ（μi +ki ）Ri≤［H容］ （2） 式中，Hi———各支墩上承受的水平摩阻力； Ri———由主梁自重及施工荷载引起的支墩上的反力； μi———滑板与滑道间的摩擦系数， 静摩擦系数一般取 0.07~0.08， 动摩擦系数一般取0.04~0.05； ki———上坡阻力系数，该钢桥纵向坡度为零； ［Hi 容］———各墩容许承受的水平力； K———安全系数，K=1.5~2.0； F———水平千斤顶所施的水平力， 其值随着顶推施工阶段的不同 而变化； ［H容］———容许承受的水平力的总限定值。 单点顶推要求限制各墩承受的水平摩阻力、顶推力与总摩阻力的 差值在桥墩能够承受的水平推力范围内，既不能过大，也不可过小，即 满足公式（1）~（2），以便每个墩能够合理地承受该墩上的摩阻力，确保 桥墩的安全。 主梁自重及施工荷载引起的桥墩上的总反力ΣRi =8000kN。由 公式（2）可得水平千斤顶需施加的最大水平力： Fmax≥KΣ（μi +ki ）Ri ＝2.0×0.08×8000＝1280kN 4.2 挠度计算 桁梁由于自重、上滑道及人员、机具产生的弹性挠度f1 f1= ql4 8EI （3） 式中，q———悬臂的桁梁由于自重、上滑道及人员、机具产生的均 布力； l———顶推过程中的悬臂长度，lmax=35000mm。 经计算，预顶推的桁梁总重约700t，每道下弦纵梁HE900A 所承 受的线荷载为q'= 700×10 175×2 =20.0kN/m。顶推过程中，主梁每悬出一节 f'= q'l'4 8EI = 20.0kN/m×（7m）4 8×200GPa×（4220.7502×106mm4 ） =7mm 根据顶推时钢梁悬出的长度不同，总挠度值也随之变化，顶推时 以最大挠度值控制。顶推前，在混凝土桥面上应将梁按产生最大悬臂 情况起顶，顶推过程中实测挠度数值。 4.3 千斤顶、拉锚器的设置位置

4.4 落梁 落梁是全梁顶推到位后安置在设计支座上的工作，是钢桁架梁安 装的关键一环，也是整个顶推法施工的最后一道工序。落梁步骤如下：

4.4.1 在落梁前，利用水平-竖直千斤顶对钢梁主梁进行微调，使其能 够准确就位；

4.4.2 竖直千斤顶举梁，然后将滑道和聚四氟乙烯滑板拆除；

4.4.3 拆除临时墩上的支墩，使临时墩脱离钢梁。此时钢梁的受力状 态应该基本上和设计受力状态相同； 4.4.4 利用安置在支墩上的竖直千斤顶，轮换顶托钢梁；

4.4.5 松千斤顶将全梁准确坐落在顶推前预先安装完成的支座和支 座承座构件上，使支座完全受力； 4.4.6 测量并调整梁体线形达到设计和规范要求，锚固支座。

5 施工观测 为了保证桥梁线形为直线，验证钢梁前端挠度、钢桁架梁和桥墩 等的变形是否符合安全要求和误差限值，应精心进行施工观测。

5.1 施工观测内容

5.1.1 桥梁顶推过程中，钢桁梁最不利断面的变形

5.1.2 桥墩受垂直荷载和水平推力所产生的变位、沉降量；

5.1.3 水准仪、经纬仪控制钢桁梁的轴线；

5.1.4 桥梁顶推过程中，四氟板与不锈钢板的启动静摩擦系数和动摩 擦系数变化的观测； 5.1.5 各工序施工测量及提升设施全方位监测。

5.2 观测方法和器具

5.2.1 钢桁梁挠度、桥墩的压缩变形和沉降等可在观测部位设置固定 的水准尺或测点用精密水准仪观测。相邻两跨支点同侧滑移装置的顶 面高偏差±1.0mm，同墩两支点滑移装置的顶面高偏差±0.5mm。为达到 规范要求，每次顶推后都要进行测量校正；

5.2.2 钢桁架平面轴线的偏移，桥墩受水平推力发生的偏转位移可在 桥墩上标记的轴线位置用全站仪观测。顶推施工中必须控制钢桁架平 面轴线处在允许范围，要求主梁的中线偏差≯2.0mm；

5.2.3 静动摩擦系数可由千斤顶的顶推力(由压力表显示的压力求得) 和滑动装置的支座反力为据进行计算； 5.2.4 主梁压在桥墩上的荷载产生的反力，可用竖向千斤顶上的压力 表计算出反力，然后与理论值进行比较； 5.2.5 为防止出现差错，施工测量必须由二人相互检查校对并做出测 量和检查核对记录。

6 结束语 埃塞俄比亚青尼罗河大桥作为当地第一座钢桥，全跨175m 一次 顶推到位，取得了很好的经济和社会效益。为我国桥梁建设企业进一 步拓展国际市场起到了良好的示范作用。

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