橋梁施工步履式頂推技術(shù)應(yīng)用分析

陳建湘

（宜春市公路事業(yè)發(fā)展中心奉新分中心，江西 奉新 330700）

0 引言

步履式頂推技術(shù)較之傳統(tǒng)橋梁施工技術(shù)來(lái)說(shuō)，施工精度較高、速度快、工期短、安全性好，不會(huì)形成墩頂水平力，梁體結(jié)構(gòu)受力比較均勻，是目前廣泛應(yīng)用的橋梁施工技術(shù)。在跨線橋梁以及斜拉橋梁的建設(shè)中，使用步履式頂推技術(shù)有更高的安全性、舒適性，完全可以滿足工程的施工標(biāo)準(zhǔn)要求。在2009年，我國(guó)引入步履式頂推技術(shù)，雖然經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，但是在鋼梁橋頂推作業(yè)中應(yīng)用并不多。為了能夠研究步履式頂推技術(shù)在橋梁工程的應(yīng)用效果，以實(shí)際橋梁工程項(xiàng)目為案例，從施工工藝、材料及設(shè)備方面分析，對(duì)今后的橋梁施工起到指導(dǎo)性作用，帶動(dòng)橋梁事業(yè)的發(fā)展。

1 步履式頂推技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

其一，在橋梁施工中，應(yīng)用步履式頂推技術(shù)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)施工方式，讓水上施工變得更加順利。將水上施工作業(yè)調(diào)整為岸邊施工，所以效率以及安全性大幅提升。減少機(jī)械設(shè)備方面的投資，施工速度不斷提高，橋梁工程質(zhì)量符合要求。此外，應(yīng)用該技術(shù)受到水體環(huán)境的影響比較少，也不會(huì)阻礙通航，所以更加安全。

其二，步履式頂推技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施全面的整合應(yīng)用。較之傳統(tǒng)的施工技術(shù)，可以減小現(xiàn)場(chǎng)施工規(guī)模，將預(yù)制工作提前，然后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組拼、頂推作業(yè)，使施工作業(yè)的過(guò)程得到簡(jiǎn)化，降低施工難度，可以全面提高施工的安全性和穩(wěn)定性，保證橋梁工程的質(zhì)量。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，不需要使用大型施工設(shè)備，不需要較多的施工人員，降低技術(shù)難度，簡(jiǎn)化施工過(guò)程，優(yōu)化施工流程，從而提高施工管理水平，保證施工有序進(jìn)行[1]。此外，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工的培訓(xùn)和質(zhì)量管理，提高施工效率，促進(jìn)項(xiàng)目施工水平的提高。

其三，在橋梁施工中，應(yīng)用步履式頂推技術(shù)，施工工序緊湊，使施工流程得到優(yōu)化。在施工現(xiàn)場(chǎng)，設(shè)置搭棚，避免天氣因素的影響，保證全天候施工。在橋墩施工之前，進(jìn)行橋梁預(yù)制和組拼工作，有效縮短項(xiàng)目施工工期，控制項(xiàng)目成本，所以不會(huì)對(duì)交通造成過(guò)大的影響，保證交通正常通行。

其四，在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁項(xiàng)目施工中，應(yīng)用步履式頂推技術(shù)比較常見(jiàn)，其節(jié)能優(yōu)勢(shì)比較明顯，可以節(jié)省支架模板、支架結(jié)構(gòu)材料，避免多次倒運(yùn)材料，有效降低支架基礎(chǔ)、模板支架方面的成本，還能減少吊裝設(shè)備的數(shù)量，降低使用頻率，且夜晚行車(chē)噪聲比較小，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響較小，不會(huì)干擾人們的日常生活，安全性高。

其五，在橋梁施工中，應(yīng)用步履式頂推技術(shù)，采取集中預(yù)制—組合拼裝—頂推的作業(yè)工序，所以現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)用比較多的是定型的不銹鋼模板，對(duì)各種工序進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并且提高機(jī)械化的生產(chǎn)水平，發(fā)揮液壓自動(dòng)化、智能張拉方面的優(yōu)勢(shì)，切實(shí)提升我國(guó)的橋梁工程的現(xiàn)代化水平，促進(jìn)綜合效益提升[2]。

2 工程概況

某大型公路為PPP項(xiàng)目，是當(dāng)?shù)貥O為重要的交通設(shè)施組成部分，貫穿整個(gè)區(qū)域。該項(xiàng)目的施工長(zhǎng)度為13.25km左右，設(shè)計(jì)雙向六車(chē)道，路寬60m，其中一座大型橋梁是關(guān)鍵性組成部分。該工程項(xiàng)目和已經(jīng)營(yíng)運(yùn)的城際鐵路項(xiàng)目共線約10km。

3 施工工藝

步履式頂推技術(shù)的原理是應(yīng)用千斤頂將整體結(jié)構(gòu)頂升起來(lái)，再把梁體向前推移和橫向平移，然后整體移動(dòng)就位。單次行程結(jié)束之后及時(shí)回收千斤頂，在梁體的下部，反復(fù)多次進(jìn)行調(diào)試，將梁體安裝到規(guī)定的部位。在步履式頂推技術(shù)應(yīng)用中，施工工序比較多，具體包括如下幾個(gè)方面。

3.1 鋼箱梁預(yù)制

此次橋梁項(xiàng)目的主橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用的是A345qD雙箱截面的形式，在2個(gè)箱室的結(jié)構(gòu)上布置橫向挑臂，為了使泄水孔設(shè)置符合要求，2箱室采用的是不對(duì)稱(chēng)的設(shè)計(jì)形式，箱寬有著很大的差異。箱梁底板采用平行布置的方式，設(shè)計(jì)為2%的單向斜坡，箱體寬24.75m，高2.0m，總重3400t左右。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的施工條件以及具體的作業(yè)環(huán)節(jié)，確定吊裝設(shè)備，并將項(xiàng)目分為9個(gè)階段，長(zhǎng)度在12～17m之間。經(jīng)過(guò)分解之后，每個(gè)部分的重量在54～61t之間。鋼箱梁通過(guò)專(zhuān)業(yè)的廠家預(yù)制完成，按照設(shè)計(jì)方案的要求進(jìn)行質(zhì)量檢查，并由制造廠進(jìn)行試拼作業(yè)，符合要求才能運(yùn)輸?shù)阶鳂I(yè)現(xiàn)場(chǎng)，并且按照施工的先后順序運(yùn)輸，對(duì)每個(gè)部件進(jìn)行編號(hào)，為現(xiàn)場(chǎng)施工順利進(jìn)行提供基礎(chǔ)條件[3]。

3.2 拼接平臺(tái)和架設(shè)臨時(shí)墩

根據(jù)該工程項(xiàng)目的鋼箱梁拼裝施工工藝以及鋼梁頂推技術(shù)的要求，在9#—10#布置拼接平臺(tái)，10#—13#排架區(qū)域內(nèi)布置8座臨時(shí)墩，如圖1所示。

圖1 拼裝平臺(tái)與臨時(shí)墩平面布置示意圖

拼裝平臺(tái)的目的是使鋼箱梁節(jié)段拼裝有支撐結(jié)構(gòu)，其制作結(jié)構(gòu)是鋼管樁、樁頂分配梁、斜撐、頂推設(shè)備梁等。在頂部結(jié)構(gòu)上布置滑道，端部設(shè)置橫移反力座，確保箱梁橫移達(dá)到正常運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，如圖2所示。

圖2 拼接平臺(tái)結(jié)構(gòu)縱斷面示意圖

根據(jù)工藝方案的要求，平臺(tái)設(shè)計(jì)尺寸為25m×21m，將支撐點(diǎn)布置在引橋墩臺(tái)結(jié)構(gòu)上。按照目前的箱梁結(jié)構(gòu)形式變化趨勢(shì)，平臺(tái)的頂部要設(shè)置相應(yīng)的坡度尺寸。在通常情況下，還要在頂部支架和鋼箱梁之間預(yù)留50cm以內(nèi)的調(diào)位空間。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，橫移設(shè)備的選擇和控制極為重要，通常要保證不少于4臺(tái)設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備的前后都要布置鋼管混凝土墊墩。后部要設(shè)置臨時(shí)性設(shè)備，只進(jìn)行鋼箱梁前后2個(gè)節(jié)段部分的移動(dòng)。因?yàn)樵摌蛄旱淖畲罂缍葹?0m，所以在現(xiàn)場(chǎng)施工中頂推作業(yè)除了應(yīng)該制作拼裝平臺(tái)外，還要設(shè)置4排臨時(shí)墩，作為現(xiàn)場(chǎng)施工的頂推墩結(jié)構(gòu)，承受相應(yīng)的施工荷載。加強(qiáng)橫坡坡度的控制，臨時(shí)墩橫橋向制作獨(dú)立的支墩結(jié)構(gòu)，2個(gè)臨時(shí)墩之間通過(guò)平聯(lián)、斜撐組合形成整體的結(jié)構(gòu)，并且將臨時(shí)墩距離控制在6.6m左右，各個(gè)臨時(shí)墩都要由頂推設(shè)備完成施工，如圖3所示。

圖3 臨時(shí)墩結(jié)構(gòu)縱斷面示意圖

經(jīng)過(guò)計(jì)算，臨時(shí)墩結(jié)構(gòu)中設(shè)置的單根鋼管樁豎向荷載按1380kN進(jìn)行布置。該工程的持力層結(jié)構(gòu)為粉砂，樁底直接插入該結(jié)構(gòu)，并且在單個(gè)墩體的縱梁中布置2個(gè)臨時(shí)墊墩。墊墩的頂部應(yīng)用鋼管進(jìn)行調(diào)節(jié)，使線形符合要求。在墊墩設(shè)計(jì)中，墊板高度在300mm以內(nèi)，確保結(jié)構(gòu)尺寸和形式符合要求。

3.3 鋼箱梁階段拼接

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)施工的鋼箱梁與既有的城際鐵路線路最窄處只有75cm左右，應(yīng)用以往的施工方式，將鋼箱梁梁體吊裝到規(guī)定部位，然后焊接連接，達(dá)到結(jié)構(gòu)施工安全性的要求?；诖?，在現(xiàn)場(chǎng)的拼裝平臺(tái)中，安裝橫移軌道。在外側(cè)拼裝工作結(jié)束后，采取橫移的操作方式進(jìn)行鋼箱梁的拼裝作業(yè)，并且在相應(yīng)部位上設(shè)置限位擋塊，實(shí)現(xiàn)鋼箱梁的二次保護(hù)管理。在鋼箱梁現(xiàn)場(chǎng)拼接過(guò)程中，各個(gè)階段部位要進(jìn)行箱梁內(nèi)部的安裝，各個(gè)節(jié)段的吊裝順序符合工藝方案要求，并且完全匹配，從而完成整個(gè)結(jié)構(gòu)的拼裝施工。根據(jù)施工工藝方案的要求，先進(jìn)行內(nèi)側(cè)箱梁各個(gè)梁段的吊裝，并安裝挑臂形成整體結(jié)構(gòu)；將整個(gè)內(nèi)側(cè)梁段橫移到規(guī)定部位，使用千斤頂調(diào)整；布置外側(cè)箱梁梁段，通過(guò)外側(cè)懸臂組合形成整體結(jié)構(gòu)；安裝內(nèi)部橫梁嵌補(bǔ)結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)焊接方式組合成為整體結(jié)構(gòu)；在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用三向千斤頂調(diào)整，運(yùn)輸?shù)揭?guī)定部位后，通過(guò)箱梁焊接完成固定[4-5]。

在該工程的施工中，鋼箱梁采用分段作業(yè)的安裝方式，單塊最大重量為60.4t。鋼箱梁頂部與地面距離在10m左右，去除梁體高度，支架凈空高度在8m左右。根據(jù)目前的吊裝工作需要，按照設(shè)計(jì)方案放樣，并進(jìn)行吊索控制，才能提高結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，并應(yīng)用300t汽車(chē)吊在外側(cè)進(jìn)行安裝。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的工作情況分析，現(xiàn)場(chǎng)施工最不利工況下回轉(zhuǎn)半徑為10m，臂長(zhǎng)為30.5m。因此，選擇合適的吊裝設(shè)備極為重要，滿足吊裝工序標(biāo)準(zhǔn)，且安全性合格。

3.4 導(dǎo)梁安裝

在鋼箱梁頂推作業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)，加強(qiáng)導(dǎo)梁設(shè)計(jì)極為重要，該結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)于最大跨度具有直接影響。為了使結(jié)構(gòu)受力條件合理，通常將導(dǎo)梁設(shè)置為變截面的形式，以達(dá)到結(jié)構(gòu)安裝尺寸的要求。為了提高現(xiàn)場(chǎng)施工的平衡性，導(dǎo)梁設(shè)計(jì)為左右兩幅，分為兩節(jié)主梁結(jié)構(gòu)，根部直接通過(guò)焊接的方式與鋼箱梁連接，形成整體結(jié)構(gòu)。應(yīng)用結(jié)構(gòu)的支撐作用，桁架與主梁在連接過(guò)程中應(yīng)用銷(xiāo)軸連接。導(dǎo)梁總體分為4個(gè)階段，使用法蘭連接形成整體結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，先進(jìn)行橋下主梁的連接，并進(jìn)行平面位置、姿態(tài)的調(diào)節(jié)，以達(dá)到設(shè)計(jì)方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.5 節(jié)段頂推

拼裝平臺(tái)以及臨時(shí)墩制作結(jié)束后，將步履式頂推設(shè)備安裝到位，其中每4個(gè)拼裝平臺(tái)4臺(tái)、每個(gè)臨時(shí)墩2臺(tái)，整個(gè)橋梁總計(jì)需要頂推設(shè)備24臺(tái)。在設(shè)備的運(yùn)行中，通過(guò)頂推滑移系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)、油缸等組合形成系統(tǒng)作業(yè)，按照要求推入到規(guī)定部位，完成項(xiàng)目的整體施工。在該橋梁施工中，使用的24臺(tái)頂推設(shè)備通過(guò)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)整體性的控制，符合現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的要求。每一臺(tái)設(shè)備要配置10個(gè)不同行程、頂推力的液壓油缸，根據(jù)功能性的要求完成頂推、平移、頂升等工作，合理分配頂推力，以達(dá)到結(jié)構(gòu)運(yùn)行的要求，且各個(gè)油缸的行進(jìn)偏差在1mm以內(nèi)，頂推作業(yè)的速度控制在1～2m/h。將頂推設(shè)備安裝到規(guī)定部位后，及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試處理，并檢查設(shè)備的運(yùn)行行程，每項(xiàng)設(shè)備功能都符合要求，確保同步協(xié)調(diào)運(yùn)行，提高頂推作業(yè)的精度水平。頂推設(shè)備調(diào)試工作結(jié)束后，進(jìn)行設(shè)備的縱向軸線測(cè)量和控制，使得每臺(tái)頂推設(shè)備與箱梁的軸線平行，安裝精度合格。第一段的鋼箱梁與導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)拼裝作業(yè)后形成，調(diào)節(jié)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，在鋼箱梁中實(shí)施首次頂推作業(yè)。在單幅鋼箱梁的頂推過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)的總行程達(dá)到154m。采取分次作業(yè)的方式，并由現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢人員進(jìn)行檢查，確保頂推作業(yè)的精度和質(zhì)量符合要求。在頂推結(jié)束后，及時(shí)拆除導(dǎo)梁，確保橫縱坡達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。在首次頂推環(huán)節(jié)，采用手動(dòng)操作的模式，設(shè)備達(dá)到正常的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。主梁滑移開(kāi)始之后，各項(xiàng)設(shè)備都切換后自動(dòng)化運(yùn)行的模式，并且逐步完成梁體頂推施工。在一個(gè)行程結(jié)束后，全部的頂推油缸回縮到下個(gè)行程的起點(diǎn)，開(kāi)展下一行程的頂推施工。導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)因?yàn)樽灾囟霈F(xiàn)前段下?lián)系淖兓?，在臨時(shí)墩上應(yīng)用50t螺旋頂順利頂起，并安裝到規(guī)定的橋墩部位上，確保有足夠的空間可以工作，一般為30mm。

3.6 鋼箱梁落架

鋼箱梁頂推到設(shè)計(jì)的位置之后，通過(guò)油缸完成頂推，并確保相鄰的軸線、橫坡、縱坡等調(diào)節(jié)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的部位上，然后是鋼梁落架。首先把整體的結(jié)構(gòu)吊裝頂起，拆除反力座的墊板，并進(jìn)行整體落架，然后是拆除結(jié)構(gòu)，保證作業(yè)空間。最后將永久支座安裝到規(guī)定的部位上，和支座鋼板、箱梁底調(diào)平鋼板緊密貼合，應(yīng)用螺栓進(jìn)行連接。支座下部應(yīng)該設(shè)置模板，預(yù)留螺栓孔，應(yīng)用合適材料灌入縫隙，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度填充完整，結(jié)束落架。

4 結(jié)語(yǔ)

該工程項(xiàng)目的施工周期為70d，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)順利，經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)鋼箱梁安裝位置精度合格，線性尺寸達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過(guò)總結(jié)確定，在鋼箱梁的安裝施工中，應(yīng)用步履式頂推技術(shù)有著極為明顯的優(yōu)勢(shì)，大幅提升施工速度，確保施工質(zhì)量和安全性，為項(xiàng)目施工總體效益的提升奠定基礎(chǔ)。