摘要：对于跨越既有交通干线、深谷等桥梁的顶推施工，步履式顶推与传统拖拉法相比，具有改善主梁在顶推过程中受力、减小临时墩水平荷载、减少临时工装量等优点，故被广泛应用。结合郑州市107快速路跨连霍高速钢箱梁顶推施工，针对步履式顶推过程中导梁过墩、竖向调整、线型控制等进行详细模拟和研究，总结了大跨径、双向纵坡钢箱梁顶推施工的控制方法和注意事项。
关键字：步履式顶推；导梁过墩；竖向调整；双向纵坡
1 工程概况
郑州市107快速路跨连霍高速钢箱梁跨径组合为40m+60m+40m，钢箱梁位于1.9%和2.77%的双向纵坡段，梁高2.8m，顶板宽32.5m，底板宽24.577m，顶面设2%的双向横坡，底面水平。钢箱梁顶板厚度为16mm，底板厚度分别为12mm、22mm，腹板厚度分别为16mm、18mm。钢箱梁沿桥纵向分成15个节段，节段间采用焊接连接。1～12节段在顶推平台上安装完成后采用步履式整体顶推上跨连霍高速，顶推到位后再进行13～15节段的拼装。顶推距离达114m，总重量达2600t，最大水平推力约为240t。
图 2导梁结构示意图
根据有限元软件Midas/civil 2015建模计算顶推不同工况下导梁的组合应力、剪应力及挠度，其中钢箱梁顶推前进60m，导梁在最大前悬臂状态下的最大组合应力为σmax=169.5Mpa，最大剪应力为τmax=13.9Mpa，均满足规范要求。
2.2顶推平台布置与计算
在1#～7#主墩两侧及0#～1#主墩之间、2#～3#主墩之间设置顶推平台，顶推平台采用桩基+承台+临时墩的形式。为降低顶推过程中顶、底板的应力效应，将顶推平台上的千斤顶落位于钢箱梁腹板正下方，同时对该处腹板用加劲板加固。临时墩采用4根φ630×14mm钢管，横桥向布置2根，间距3米；顺桥向布置2排，间距4米。立柱之间采用φ300钢管连接成整体，保证临时支墩整体稳定性。临时墩顶横向设置分配梁F1，纵向设置分配梁F2以布置千斤顶。
图 4顶推平台布置图2-2
根据有限元软件Midas/civil 2015建模计算顶推不同工况下临时墩的支反力，其中钢箱梁顶推前进85m，主梁在最大后悬臂状态下，临时墩支反力最大，最大支反力为6998KN。
再根据最大支反力并考虑纵向水平力及风荷载建模计算分配梁的最大组合应力为σmax=180.3Mpa，最大剪应力为τmax=99.5Mpa，临时墩的最大组合应力为σmax=139.6Mpa，最大剪应力为τmax=15.2Mpa，均满足规范要求。
2.3顶推竖向调整计算
为确保钢箱梁成桥线型满足设计要求，顶推前钢箱梁须按照设计的纵坡及成桥预拱度和施工预拱度进行整体拼装，故顶推过程中顶推设备与主梁底板间距不断变化，每顶推一个循环须进行竖向调整。
每个临时墩竖向调整最大高度的计算方法为：施工模拟钢箱梁跨过每一个临时墩的顶推过程，在保证任意两个临时墩高度不变的情况下，根据钢箱梁梁底标高与其他对应位置的临时墩顶标高计算需增加的垫块高度，并累计求和所有工况下的垫块高度，求得竖向调整的最大高度。
表 5临时墩竖向调整表
根据计算的竖向调整数值，顶推前在每个临时墩上提前准备好临时垫块和垫板，确保顶推过程中钢箱梁充分受力。
3 顶推施工过程
3.1工艺流程
施工工艺流程为：顶推系统安装及调试→钢箱梁同步顶推→竖向调整与导梁过墩→主动纠偏→钢箱梁调整及落梁。
3.2顶推系统安装及调试
以每2个千斤顶为一组布置1台液压泵站和1套PLC分控制系统，千斤顶、液压泵站及PLC分控系统之间采用油路及电路连接，其中每套PLC分控系统都可以作为集成主控系统。
联机调试时首先在PLC分控系统启动泵站，控制每组千斤顶进行伸缸或缩缸动作，检查动作是否正确，同时调节行程检测装置的检测元件。调试完成后在集成主控系统启动泵站，控制所有千斤顶进行伸缸或缩缸动作，检查各千斤顶的动作协调性及同步性。如不满足要求，应认真查找原因，排除故障，待系统的动作完全协调同步后方可进行顶推。
3.3钢箱梁同步顶推
首先进行试顶推，启动泵站控制千斤顶将钢箱梁顶起至一定高度，并监测主梁、导梁及临时墩的应力、变形，确认无异常后方可正式顶推。
在集成主控系统启动泵站同步控制所有千斤顶的顶升、平移、横向调整的组合工作，利用顶推系统自身的滑动装置将钢箱梁整体向前循环顶推。每循环流程如下图所示：
步骤一（顶升）：开启顶升油缸，支撑钢箱梁同步上升，直至钢箱梁脱离临时支撑。
图 9顶推循环示意图4-4
3.4竖向调整
钢箱梁设计为双向纵坡，顶推过程中千斤顶与主梁底板间距不断变化，为确保钢箱梁顺利顶推到位，钢箱梁每顶推一个循环须进行竖向调整。调整以支反力控制为主，高程控制为辅的原则进行。具体步骤如下：
（1）根据计算出每个顶推循环的竖曲调整值确定千斤顶的竖向调整范围，若范围超过千斤顶行程，用准备好临时临时钢垫块及临时钢垫板进行分级调整。
（2）根据支反力变化值确定千斤顶的压力调整范围，并在变化范围内控制千斤顶顶升油缸将钢箱梁顶起，并将计算好的临时钢垫块及临时钢垫板布置在A垫块上。
（3）启动千斤顶顶推油缸向前顶推一个行程后，控制顶升油缸将钢箱梁落至A垫块上，此时顶升油缸与钢箱梁脱离。
（4）将计算好的临时钢垫块及临时钢垫板布置在顶升油缸上，在支反力变化范围内重复下一个循环。
图 11 导梁过墩示意图1-1
（2）使用100t千斤顶将导梁前端向上顶起，消除导梁下挠，保证梁底高度高于顶推千斤顶顶面高度；
图 14 导梁过墩示意图4-4
3.6轴线纠偏
顶推过程中，由于千斤顶顶推不同步等多种原因可能使梁体结构偏位，因此顶推过程中须采用全站仪实时对梁轴线进行监测，如有偏差立即在集成主控系统上启动泵站控制横向纠偏油缸，主动调整梁体轴线确保梁的横向偏移始终被限制误差允许范围内。
3.7调整及落梁
钢箱梁顶推到位后开始调整及落梁，主要步骤如下：
（1）在主体墩顶支座处布置落梁千斤顶和垫块，使钢箱梁支承在支座垫块上，然后拆除各临时墩顶推设备。
（2）落梁千斤顶起顶使钢箱梁与支座垫块脱空，将支座处垫块抽取一层后，用落梁千斤顶将钢箱梁整体降落150mm，使钢箱梁重新支承支座处垫块上。
（3）落梁千斤顶回油使其与梁底脱空，将落梁千斤顶下方垫块抽取一层后，落梁千斤顶起顶重新与梁底顶紧。
重复步骤（1）～（3），逐层抽取支座处与落梁千斤顶垫块；直至完全将钢箱梁下落到支座上。
4 顶推注意事项
（1）顶推过程中应确保千斤顶上的钢垫块或钢垫板与梁底部完全接触。
（2）顶推时应派专人检查导梁及钢箱梁，如发现导梁与钢箱梁联结处有变形或箱梁局部变形等情况时，应立即停止顶推，进行处理。
（3）若顶推过程间歇时间长，应保证钢箱梁落在顶推千斤顶上，利用千斤顶的自身滑移结构，减小温度引起的水平荷载。
（4）每个顶推循环必须对钢箱梁中线进行测量，并控制在允许范围以内，如出现偏差，则立即用纠偏千斤顶进行调整。
（5）顶推过程中若发现顶升力、顶推力骤升，应及时停止并检查原因。
（6）最后几次顶推循环时应采用小行程点动，以便纠偏及纵移到位，顶推到位后应根据温度计算测定梁长，确保钢箱梁顶推到设计位置。
5 结论
对于郑州市107快速路跨连霍高速的钢箱梁步履式顶推施工，利用Midas/civil 2015建模计算和模拟顶推过程计算竖向调整值，并采用千斤顶辅助导梁过墩及增减临时钢垫块及钢垫板进行竖向调整等关键技术，解决了大跨径、双向纵坡钢箱梁顶推的施工难题；并以此发明了《一种步履式顶推连续钢箱梁导梁过墩组合装置》（专利号：ZL 201620903403.1）和《一种步履式多点同步顶推工作平台》（专利号：ZL 201720659659.7）两项国家实用新型专利；总结了一篇《钢箱梁步履式多点同步整体顶推》（EJGF54-2017）省部级施工工法，并获得了2017年河南省工程建设科学技术奖科技创新成果一等奖。
连续钢箱梁步履式整体顶推采用导梁过墩和竖向调整等关键技术，确保了顶推过程安全平稳、成桥线型控制精准，对于跨越既有交通干线、深谷等桥梁的大跨径、双向纵坡钢箱梁顶推施工具有很强的应用价值。
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[5]彭昌利，王荣辉.悬臂施工预拱度的研究.科学技术与工程.2009
论文作者:沈福生,曾煜
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/5
标签：千斤顶论文; 垫块论文; 步履论文; 组合论文; 泵站论文; 支座论文; 垫板论文; 《防护工程》2018年第35期论文;