陳宏寶

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 應(yīng)用背景

頂推施工方法的雛形來(lái)自早期鋼橋的拖拉法、導(dǎo)梁拖拉法、縱向連接拖拉法等。隨著頂推工藝的不斷完善，頂推方式從單點(diǎn)集中頂推到多點(diǎn)分散頂推，間歇式頂推到連續(xù)頂推，拖拉式頂推等，逐步過(guò)渡到現(xiàn)如今成熟的步履式多點(diǎn)連續(xù)頂推[1]。國(guó)內(nèi)已有頂推結(jié)構(gòu)橋梁，大部分以市政鋼橋居多，橋梁線形單一，墩高較矮，橋長(zhǎng)或單次頂推長(zhǎng)度均較?。?00 m 左右），且頂推場(chǎng)地開(kāi)闊。在復(fù)雜施工條件下，長(zhǎng)度更長(zhǎng)，墩高更高的彎橋頂推施工，可靠有效的方案比選和優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

2 工程概況

寧波至東莞國(guó)家高速公路沙埕灣跨海大橋位于福建省福鼎市境內(nèi)，其中南引橋坐落于沙埕灣南汊水域，采用鋼混組合梁橋[2]，左右幅各兩聯(lián)，跨徑布置分別為（6×80）+（64+4×80+64）=928 m 和（6×80）+（64+4×80）=864 m。

南引橋地形地勢(shì)和水文條件復(fù)雜，北（島）側(cè)橋頭與主橋相接，為坡度約70°的山坡，南側(cè)橋頭與互通匝道銜接為山坡坡腳，兩側(cè)橋頭高差超過(guò)20 m。橋址區(qū)最大水深26 m，潮差5~7 m，水上墩身平均高度接近50 m。

南引橋總體布置見(jiàn)圖1。

圖1 南引橋橋型布置圖（mm）Fig.1 South approach bridge layout（mm）

組合梁為等高單箱單室鋼混組合連續(xù)結(jié)構(gòu)，中心線高3.72 m（不含28 cm 橋面板），頂板寬17.9 m，底板寬7.6 m，挑臂長(zhǎng)3.45 m。位于R1= 肄、R2=1 730 m 的緩和曲線及R3=1 730 m 的圓曲線段上，縱斷面位于半徑R4= 50 000 m 兩側(cè)坡度分別為-2.499%與-2.0%的豎（直）曲線內(nèi)。左右幅橫坡分別為：2.713%~3%和-0.158%~3%。典型跨中斷面見(jiàn)圖2。

圖2 槽型梁跨中橫斷面圖（mm）Fig.2 Diagram of traverse cross section of groove beam（mm）

3 施工難點(diǎn)

1）施工條件惡劣多變，安全風(fēng)險(xiǎn)高。橋址區(qū)降水頻率高，且夏秋季臺(tái)風(fēng)和季風(fēng)頻發(fā)，對(duì)頂推作業(yè)，尤其是現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量影響大。地形地勢(shì)起伏較大，梁段需要通過(guò)臨時(shí)碼頭、施工棧橋、施工便道和國(guó)道進(jìn)行場(chǎng)地內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)，施工組織協(xié)調(diào)工作量大。頂推作業(yè)全為水上作業(yè)和高處作業(yè)，安全管控難度大。

2）施工技術(shù)復(fù)雜，線形控制難度大。梁段槽口開(kāi)敞，頂推過(guò)程中梁體截面正負(fù)彎矩交替變化，需采取合理有效的方法將結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形控制在合理范圍內(nèi)。頂推過(guò)程中槽型梁因自重產(chǎn)生的撓度，頂推和落梁過(guò)程中底板與墩頂臨時(shí)支墊的不均勻接觸，均可引起槽梁結(jié)構(gòu)的變形不可逆。因此，在確保千斤頂同步頂推的同時(shí)，需確定合理的頂推步距及糾偏措施。

4 頂推方案優(yōu)化

橋位單幅整體頂推施工主要施工流程為，梁段場(chǎng)地內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)（或提梁）寅存梁寅導(dǎo)梁組裝與首片梁焊接寅梁段滾動(dòng)拼裝焊接寅梁段滾動(dòng)頂推及糾偏寅頂推到位后，拆除導(dǎo)梁，整體落梁進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換寅拆除兩聯(lián)之間臨時(shí)剛接寅墩頂雙結(jié)合施工寅橋面板安裝寅橋面濕接縫澆筑寅橋面系施工[3]。其中導(dǎo)梁采用桁架變截面構(gòu)造，長(zhǎng)3×10+2×7.5+1×5=50 m，分5 節(jié)制造，相鄰節(jié)段之間栓接，末端與首片鋼槽梁焊接。

4.1 梁段轉(zhuǎn)運(yùn)（或提梁）方案比選

南引橋水域水深適合大型運(yùn)輸船靠泊，滿足水上運(yùn)梁條件?；A(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)采用全棧橋施工，并在棧橋下游側(cè)搭設(shè)一靠船高樁碼頭與棧橋相連，可以滿足槽梁場(chǎng)地內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)需要。梁段拼裝與頂推施工有兩種方案可供選擇，第一種為在南引橋兩聯(lián)交界的水中墩（15 號(hào)墩）設(shè)置提梁門架[4]和高支架拼裝平臺(tái)，門架與拼裝平臺(tái)一并在水上搭設(shè)。第二種則通過(guò)臨時(shí)碼頭上岸，陸運(yùn)至地勢(shì)相對(duì)較平緩的南橋頭（20 號(hào)墩）后方存梁，直接采用龍門吊起吊梁段進(jìn)行梁段拼裝頂推。南橋頭頂推場(chǎng)地布置見(jiàn)圖3。

兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

圖3 南橋頭頂推場(chǎng)地總體布置圖（m）Fig.3 Overall layout of the push field at the south bridgehead（m）

表1 水上提梁頂推和南橋頭陸上頂推方案優(yōu)缺點(diǎn)比較一覽表Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of water lifting beam top push and south bridgehead land top push scheme

通過(guò)表1 綜合評(píng)估可知，在南橋頭進(jìn)行槽型梁拼裝和頂推施工，支架投入量小，安全風(fēng)險(xiǎn)顯著降低。實(shí)際施工階段采用方案二。

4.2 頂推設(shè)備占位優(yōu)化

國(guó)內(nèi)已有的頂推成功案例，由于墩頂和梁底之間的凈高難以滿足頂推設(shè)備——三向千斤頂?shù)恼嘉恍枰?，均需另行設(shè)置墩旁支架或臨時(shí)墩。水上高墩搭設(shè)墩旁支架或臨時(shí)墩，與拼裝高支架和提梁門架的搭設(shè)和拆除一樣，安全風(fēng)險(xiǎn)高。且設(shè)備和支架材料投入大。需要合理規(guī)避。經(jīng)對(duì)擬采用的三向千斤頂和墩頂結(jié)構(gòu)尺寸的比對(duì)發(fā)現(xiàn)，橋墩墩頂中心位置縱向位置設(shè)置有U 形槽，凈高和凈寬均不能滿足頂推設(shè)備占位需要。經(jīng)與設(shè)計(jì)溝通，調(diào)整墩頂U(kuò) 形槽的橫橋向?qū)挾群蜕疃?，并?duì)墩頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)滿足受力需要，解決了頂推設(shè)備的占位問(wèn)題。U 形槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化后見(jiàn)圖4。

圖4 南引橋橋墩U 形槽尺寸優(yōu)化調(diào)整圖（cm）Fig.4 Optimization adjustment of U-groove dimensions of the south approach bridge pier(cm)

頂推三向千斤頂布設(shè)位置位于墩中心，但槽型梁的擱置支點(diǎn)位于腹板和底板的交界位置，千斤頂直接作用在槽型梁的底板中心位置，底板僅設(shè)置通長(zhǎng)板式加勁肋難以滿足受力需要。因此，需在千斤頂與槽型梁之間設(shè)置橫橋向布置箱型結(jié)構(gòu)的墊梁[5]，避免千斤頂直接作用在相對(duì)較弱的底板中心位置。頂推施工時(shí)，千斤頂作用在墊梁底，墊梁頂承受槽型梁在頂推過(guò)程中的豎向力。從而確保了頂推施工過(guò)程中，槽型梁的主體結(jié)構(gòu)不因局部荷載過(guò)大而變形。墊梁結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 墩頂墊梁結(jié)構(gòu)圖（cm）Fig.5 Structure diagram of bearing beam on the pier top（cm）

4.3 槽型梁結(jié)構(gòu)臨時(shí)加勁

1）首跨跨中槽梁局部加強(qiáng)

通過(guò)MIDAS 建模，右幅首跨槽型梁在頂推至最大懸臂（32 m 長(zhǎng)梁段+50 m 導(dǎo)梁，導(dǎo)梁前端未擱置在墩頂）時(shí)，跨中腹板（16 mm）和底板（20 mm）承受最大支撐反力，對(duì)應(yīng)最大應(yīng)力達(dá)到了312.5 MPa，超過(guò)了強(qiáng)度設(shè)計(jì)值275 MPa，需要臨時(shí)加勁補(bǔ)強(qiáng)[6]。加勁結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。臨時(shí)加勁結(jié)構(gòu)與槽型梁按永久結(jié)構(gòu)一并在工廠內(nèi)制造完成。

圖6 首跨鋼槽梁跨中臨時(shí)加勁橫斷面圖（mm）Fig.6 Temporary stiffened cross-section diagram of the first span steel groove beam（mm）

2）聯(lián)與聯(lián)之間臨時(shí)剛接

一幅兩聯(lián)之間按先后順序分別頂推，第一聯(lián)頂推需要布設(shè)前后導(dǎo)梁，其就位后，后導(dǎo)梁處于水上的兩聯(lián)之間的交界墩15 號(hào)墩頂，需要大型起重船才能夠拆除。為此，將兩聯(lián)槽型梁的伸縮縫位置臨時(shí)進(jìn)行連接，連接結(jié)構(gòu)與槽梁主體結(jié)構(gòu)一致，取消了后導(dǎo)梁，既解決了高處拆除的麻煩，又減少了后導(dǎo)梁的投入。一幅槽型梁兩聯(lián)之間的臨時(shí)加勁在落梁后切割拆除。

3）墩頂臨時(shí)抄墊優(yōu)化

南引橋鋼槽梁在里程樁號(hào)K14+129~K14+270內(nèi)縱坡為1%；里程樁號(hào)K14+270~K14+830 內(nèi)縱坡為2.499%；里程樁號(hào)K14+830~K15+065 內(nèi)縱坡為2%。由于縱坡的不斷調(diào)整，在墩頂位置需根據(jù)頂推過(guò)程中梁底與永久支座之間的高差進(jìn)行臨時(shí)抄墊[5]。本橋抄墊的最大高度達(dá)到了1 440 mm，抄墊結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)，重量太大不利于現(xiàn)場(chǎng)人工安裝。經(jīng)過(guò)計(jì)算，采用抗壓強(qiáng)度較高的150 mm ×150 mm ×1 500 mm（橫紋承載壓力大于6 MPa）松木先疊成整塊，然后根據(jù)需要累加。單塊方木之間，以及塊與塊之間均采用螺桿固定。松木的輕便方便了現(xiàn)場(chǎng)人工疊放作業(yè)。

4.4 頂推同步控制及糾偏

1）頂推同步控制

頂推系統(tǒng)主要由三向千斤頂、液壓泵站、主控系統(tǒng)和PC 控制系統(tǒng)組成。以右幅為例，12 個(gè)中間墩，以及起始拼裝平臺(tái)和末端導(dǎo)梁拆除用臨時(shí)墩[7]共投入28 臺(tái)套800 t 步履式千斤頂。步履式千斤頂?shù)目v向豎向頂升高度和橫向糾偏距離分別為400 mm、200 mm 和50 mm。

由于槽型梁空間姿態(tài)受大橋平縱曲線影響，其重心和形心不重合，單次頂推豎向千斤頂頂升時(shí)，單個(gè)墩頂?shù)? 臺(tái)千斤頂?shù)牧χ稻嬖谝欢ú町?，即頂升不同步，使得單次頂推工效降低，且可能增加了糾偏的頻次。因此，在控制系統(tǒng)結(jié)合控制軟件對(duì)頂推設(shè)備進(jìn)行有效控制程序設(shè)計(jì)時(shí)，在液壓控制系統(tǒng)中的液壓泵站加設(shè)流量控制閥，根據(jù)頂升力值自動(dòng)分配油壓，從而確保了頂升的同步性。

2）頂推糾偏方法

為確保槽梁腹板始終在頂推設(shè)備支承面范圍內(nèi)，經(jīng)計(jì)算，在曲率最大區(qū)段，約3 片梁12 m 的頂推行程，其徑向偏位接近122/（2×1 730）=42 mm，即將千斤頂橫向糾偏的最大值50 mm 設(shè)為橫橋向偏位的預(yù)警值。頂推過(guò)程中，以末端為定點(diǎn)（確保后續(xù)槽梁滾動(dòng)拼裝在拼裝平臺(tái)上），整體向平曲線圓心方向糾偏，輔以部分墩位設(shè)備橫移[8]。

5 實(shí)施效果

1）山區(qū)海洋環(huán)境的鋼槽梁的轉(zhuǎn)運(yùn)（或提梁）方案的比選，以及墩旁支架的取舍，受大橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地形和地貌等因素的制約較多，直接關(guān)系到施工成本和施工安全。本工程選定運(yùn)梁工藝，并取消了墩旁支架，盡可能將高處作業(yè)改為陸上作業(yè)，明顯地降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，且節(jié)約了大量的機(jī)械設(shè)備和鋼管支架投入。

2）通過(guò)對(duì)過(guò)往大量頂推工程實(shí)例的調(diào)研，聯(lián)合設(shè)計(jì)對(duì)大橋橋墩結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并對(duì)梁段結(jié)構(gòu)局部位置進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)，以較小的成本投入，既滿足頂推施工需要，又確保了大橋成橋后結(jié)構(gòu)的受力安全?？勺鳛楹罄m(xù)采用頂推施工的橋型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種思路或方向。

3）隨著頂推設(shè)備不斷的推陳出新，造就了頂推施工的同步控制和糾偏技術(shù)的日趨成熟和完善，使得過(guò)往僅單一線形橋梁才能頂推施工，逐步發(fā)展至曲線橋梁也能采用頂推施工。目前，沙埕灣跨海大橋南引橋右幅頂推施工接近尾聲，已成梁段的線形、軸線偏位和應(yīng)力等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了優(yōu)良等級(jí)。