孫蓬茁 林 康 熊 彧

湖北省路橋集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430056

麻城至安康高速公路（簡(jiǎn)稱(chēng)“麻安高速”）東連大廣北高速，西接麻城至安康高速紅安段，與滬蓉高速公路麻城至武漢段（簡(jiǎn)稱(chēng)“麻武高速”）交叉于麻城市宋埠鎮(zhèn)宋埠互通主線橋處，宋埠互通主線橋是麻城至安康高速公路的重要組成部分，為最大限度地降低宋埠互通主線橋施工對(duì)麻武高速正常交通的影響，選擇采用頂推法進(jìn)行施工。本文以麻安高速宋埠互通主線橋施工為例，探究了頂推法在上跨既有高速主線橋鋼箱梁施工中的應(yīng)用。

1 頂推法原理

頂推法施工原理是沿橋軸縱軸方向的臺(tái)后設(shè)置預(yù)制場(chǎng)，分階段預(yù)制梁體，縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉后，通過(guò)水平千斤頂施力，借助滑道(不銹鋼板)、滑塊（由橡膠、薄鋼板、聚四氟乙烯板組成）滑動(dòng)裝置，將梁逐段向前頂推，就位后落梁，更換正式支座。

頂推法施工的關(guān)鍵是在一定的頂推動(dòng)力作用下，梁體能在滑道裝置上以較小的摩擦系數(shù)向前移動(dòng)。主要施工方法包括單點(diǎn)頂推、多點(diǎn)頂推、臨時(shí)滑道支承裝置頂推施工、永久支承兼用滑道的頂推施工、單項(xiàng)頂推、雙向頂推等，應(yīng)結(jié)合工程的具體特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒ā?/p>

頂推法施工的優(yōu)勢(shì)非常多。①減少施工對(duì)交通的影響：傳統(tǒng)的橋梁建設(shè)和維護(hù)方法通常需要關(guān)閉或限制交通基礎(chǔ)設(shè)施，給道路通行帶來(lái)很大的不便。而頂推法可以在不中斷交通的情況下進(jìn)行施工，減少其對(duì)交通的影響，保障道路的通行能力。②提高施工效率：頂推法可以將橋梁的建設(shè)或維護(hù)工期大大縮短。通過(guò)頂推機(jī)械設(shè)備將鋼箱梁逐段推移到預(yù)定位置，可以快速完成橋梁的建設(shè)或維護(hù)，縮短了工期，節(jié)約了人力成本。③提高施工質(zhì)量：頂推法可以保證橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和連接準(zhǔn)確性。通過(guò)控制頂推過(guò)程中的推動(dòng)速度和推動(dòng)力，可以確保鋼箱梁安裝定位和連接的精度，提高橋梁的穩(wěn)定性和安全性。④節(jié)約成本：頂推法可以減少橋梁建設(shè)和維護(hù)的成本。相比傳統(tǒng)的施工方法，頂推法可以減少對(duì)臨時(shí)交通設(shè)施的需求，節(jié)省人力和機(jī)械設(shè)備的投入，從而節(jié)約了成本。⑤可行性廣泛：頂推法適用于各種類(lèi)型的公路橋梁，包括簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁、懸索梁等。無(wú)論是新建橋梁還是對(duì)現(xiàn)有橋梁進(jìn)行維護(hù)和加固，都可以采用頂推法進(jìn)行施工。

2 工程概況

2.1 總體布置

麻安高速宋埠互通主線橋中心樁號(hào)為（K15+864.45），起點(diǎn)樁號(hào)（K15+825.93），終點(diǎn)樁號(hào)（K15+902.97），橋梁總長(zhǎng)77.04 m，跨徑組合為2×35 m，斜交角度為118.7°。上部結(jié)構(gòu)為鋼混組合結(jié)構(gòu)，橋梁凈寬11.75 m兩側(cè)設(shè)置0.50 m 寬的防撞墻；下部結(jié)構(gòu)橋墩采用樁柱式橋墩、樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)采用柱式橋臺(tái)、樁基礎(chǔ)。

為保障橋梁負(fù)彎矩區(qū)混凝土不被拉壞，采用支點(diǎn)位移法對(duì)橋面板施加預(yù)壓力，同時(shí)通過(guò)配置預(yù)應(yīng)力鋼束防止橋面板開(kāi)裂，橋面板采用A 類(lèi)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)。

2.2 鋼主梁

橋梁總體設(shè)計(jì)為主梁采用單箱三室鋼-混凝土箱形結(jié)合梁。鋼主梁采用槽型截面形式，上口打開(kāi)，腹板間距分別為3.25 m。鋼主梁腹板厚16 mm，采用T形縱向加勁肋加強(qiáng)，底板厚16 mm，在中支點(diǎn)范圍增厚至20 mm，并采用T 形縱向加勁肋加強(qiáng)，上翼緣頂板厚25 mm，并在中支點(diǎn)范圍增厚至40 mm，直接承擔(dān)橋面板荷載。鋼箱梁內(nèi)縱向（設(shè)計(jì)線）每隔1.5 m 或1 m 設(shè)置1 道橫隔板。普通橫隔板厚14 mm，中間開(kāi)設(shè)人孔。支點(diǎn)處設(shè)置支點(diǎn)橫隔板，支點(diǎn)橫隔板厚24 mm。支點(diǎn)橫橫隔板采用整體式并在支點(diǎn)處設(shè)置豎向承重加勁肋。

2.3 混凝土橋面板

橋面板采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，懸臂端部板厚20 cm，腹板中心處板厚35 cm，橫向跨中位置板厚25 cm。

2.4 剪力連接件

鋼主梁與混凝土橋面板通過(guò)剪力連接件連接在一起共同承擔(dān)荷載。剪力連接件采用直徑為22 mm 的圓柱頭焊釘，焊釘熔后長(zhǎng)度為180 mm，每道上翼緣布置6 道焊釘。焊釘橫向間距為130 mm，沿軸線方向間距根據(jù)焊釘剪力承載力計(jì)算確定，支點(diǎn)附近間距為150 mm，跨中位置間距為250 mm。

3 鋼箱梁頂升施工關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

Midas Civil 2019 是一款專(zhuān)業(yè)的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)軟件，使用Midas Civil 2019 設(shè)計(jì)鋼箱梁頂升施工關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)有以下4 個(gè)優(yōu)勢(shì)。

（1）強(qiáng)大的分析功能：Midas Civil 2019 是一款專(zhuān)業(yè)的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)軟件，具有強(qiáng)大的分析功能。它可以進(jìn)行復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分析，包括線性和非線性分析、靜力和動(dòng)力分析等。對(duì)于公路橋梁鋼箱梁頂推法來(lái)說(shuō)，可以進(jìn)行頂推過(guò)程中的結(jié)構(gòu)分析，包括受力、變形等。

（2）準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果：Midas Civil 2019 采用先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算方法和算法，可以提供準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。它考慮了材料的非線性性質(zhì)、結(jié)構(gòu)的幾何非線性、接觸和摩擦等因素，能夠更真實(shí)地模擬實(shí)際工程中的情況。對(duì)于公路橋梁鋼箱梁頂推法來(lái)說(shuō)，可以準(zhǔn)確計(jì)算橋梁在頂推過(guò)程中的受力和變形情況。

（3）靈活的建模工具：Midas Civil 2019 提供了靈活的建模工具，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行橋梁的建模。利用橋梁的平面和立面圖紙進(jìn)行建模，考慮橋梁的幾何形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。對(duì)于公路橋梁鋼箱梁頂推法來(lái)說(shuō)，可以建立鋼箱梁的有限元模型，包括梁體、支座、連接等。

（4）可視化的結(jié)果展示：Midas Civil 2019 可以將計(jì)算結(jié)果以圖形和表格的形式進(jìn)行展示，直觀地顯示橋梁的受力和變形情況?？梢圆榭礃蛄涸陧斖七^(guò)程中的變形、應(yīng)力分布等。對(duì)于公路橋梁鋼箱梁頂推法來(lái)說(shuō)，可以直觀地了解橋梁的施工過(guò)程和結(jié)構(gòu)性能。

3.1 鋼箱梁有限元分析

鋼箱梁主體結(jié)構(gòu)采用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q355q-D，容重為78.5 kN/m3，彈性模量為2.06×105MPa，上屈服強(qiáng)度不小于355 MPa。系梁底部采用Φ820 mm×15 mm鋼管支撐，并在鋼管頂部做局部加強(qiáng)；系梁底部與支座頂部均采用2 cm 鋼板焊接成臨時(shí)鋼墊塊；臨時(shí)支撐材料為Q235 鋼材，彈性模量為2.10×105MPa，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為215 MPa。墩柱系梁為C30 混凝土，彈性模量為3.00×104MPa，軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為14.3 MPa，軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為1.43 MPa；系梁采用對(duì)稱(chēng)配筋，鋼筋均采用HRB400 級(jí)，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為360 MPa，抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值均為360 MPa，頂部與底部縱向受力鋼筋直徑為22 mm，抗扭鋼筋直徑為16 mm，箍筋直徑為12 mm。

3.1.1 建立模型

支架采用Midas Civil 2019 進(jìn)行建模，鋼箱梁主體結(jié)構(gòu)均采用板單元模擬，整體模型見(jiàn)圖1。

圖1 鋼箱梁計(jì)算模型

3.1.2 荷載取值

根據(jù)實(shí)際施工情況，荷載取值如下（文中的負(fù)號(hào)均代表力的方向向下）。

鋼箱梁自重：-1；

橋面板鋼筋荷載：4.911 kN/m2；

盤(pán)扣支撐荷載：0.147 kN/m2；

橋面板混凝土荷載：頂板區(qū)域8.4 kN/m2，底板區(qū)域：6 kN/m2；

強(qiáng)制位移荷載：25 cm。

3.1.3 荷載組合系數(shù)

根據(jù)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ162—2008），荷載組合分應(yīng)力荷載組合和位移荷載組合，荷載按照最不利荷載考慮，設(shè)置荷載組合系數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鋼箱梁荷載組合系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.1.4 計(jì)算結(jié)果分析

計(jì)算結(jié)果表明：在荷載組合作用下，鋼箱梁最大應(yīng)力為298.0 MPa，小于355 MPa，鋼箱梁最小屈曲穩(wěn)定系數(shù)為4.14 ＞4.0，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

3.2 臨時(shí)鋼支撐有限元分析

3.2.1 建立模型

支架采用Midas Civil 2019 進(jìn)行建模，支座鋼墊塊與系梁鋼墊塊采用板單元模擬，系梁鋼管支撐采用梁?jiǎn)卧M，整體模型見(jiàn)圖2。

圖2 臨時(shí)鋼支撐整體模型

3.2.2 荷載取值

根據(jù)實(shí)際施工情況，荷載取值如下。

（1）支座鋼墊塊：自重為-1；荷載為-9 091.3 kN/m2。

（2）支座鋼墊塊：自重為-1；荷載為-21 731.5 kN/m2。

（3）系梁鋼管支撐：自重為-1；荷載為-664.8 kN。

3.2.3 荷載組合

根據(jù)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ162—2008），設(shè)置荷載組合系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 臨時(shí)鋼支撐荷載組合系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.2.4 計(jì)算結(jié)果分析

計(jì)算結(jié)果表明：在荷載組合作用下，支座鋼墊塊最大應(yīng)力為197.1 MPa，系梁鋼墊塊最大應(yīng)力為208.5 MPa，系梁鋼管支撐最大應(yīng)力為206.2 MPa，均小于215 MPa，滿足規(guī)范要求；支座鋼墊塊最小屈曲穩(wěn)定系數(shù)為163.9，系梁鋼墊塊最小屈曲穩(wěn)定系數(shù)為277.4，系梁鋼管支撐最小屈曲穩(wěn)定系數(shù)為11.1，均大于4.0，滿足規(guī)范要求。

3.3 系梁有限元分析

3.3.1 建立模型

支架采用Midas Civil 2019 進(jìn)行建模，系梁、墩柱和承臺(tái)構(gòu)件均采用梁?jiǎn)卧M，整體模型見(jiàn)圖3。

圖3 系梁計(jì)算模型

3.3.2 荷載取值

根據(jù)實(shí)際施工情況，荷載取值如下。

系梁計(jì)算中，自重為-1；預(yù)加力為2 200 kN。

3.3.3 荷載組合

根據(jù)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ162—2008），設(shè)置荷載組合系數(shù)見(jiàn)表3。

表3 系梁荷載組合系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.3.4 計(jì)算結(jié)果分析

計(jì)算結(jié)果表明：系梁在頂升力作用下，截面最大彎矩值為-834.5 kN·m，小于1 504 kN·m；最大剪力值為1 497.8 kN，小于2 190.5 kN。

經(jīng)計(jì)算，鋼箱梁頂升期間鋼箱梁主體結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算、臨時(shí)鋼支撐承載力驗(yàn)算和墩柱間系梁承載力驗(yàn)算的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求及施工需要，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 計(jì)算結(jié)果匯總表

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 總體方案

由鋼箱制造廠家在廠內(nèi)完成頂升處補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的下料，在施工現(xiàn)場(chǎng)完成頂升處箱室內(nèi)的焊接和涂裝等工作，1#墩中系梁?jiǎn)畏贾脙膳_(tái)600 t 千斤頂同步頂升作業(yè)，頂升完成250 mm 后在橋墩支座上墊實(shí)，待上部結(jié)構(gòu)施工完成后頂升回落，總體施工流程如下[1-2]。

第一步：按設(shè)計(jì)要求在頂升點(diǎn)箱室內(nèi)相應(yīng)位置焊接加勁鋼板；在防撞墩頂部設(shè)置Φ820 mm×15 mm 鋼管立柱，在鋼管柱頂部放置一臺(tái)320 t 千斤頂，并對(duì)柱帽做加強(qiáng)處理，加工柱帽時(shí)先焊接隔板和蓋板，再整體插入鋼管的開(kāi)槽，然后進(jìn)行焊接。在鋼箱梁頂升前，對(duì)系梁施工1/2 最大頂升力（經(jīng)計(jì)算約220 t）作為預(yù)應(yīng)力。

第二步：在千斤頂兩側(cè)放置系梁鋼墊塊，移去鋼管樁頂部千斤頂；在系梁頂部頂升點(diǎn)位置放置一臺(tái)600 t千斤頂；按設(shè)計(jì)要求將鋼箱梁主體結(jié)構(gòu)勻速、緩慢頂升至25 cm 高處，頂升過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)鋼箱梁、系梁及鋼管支撐應(yīng)力的變化和整體穩(wěn)定性。

第三步：在永久支座上放置臨時(shí)鋼墊塊，移去系梁頂部千斤頂，澆筑橋面板混凝土，并張拉預(yù)應(yīng)力。

第四步：將600 t 千斤頂再次放置在系梁頂部原有位置，移去支座頂部的臨時(shí)鋼墊塊，將鋼箱梁勻速、緩慢下降至永久支座頂部。

第五步：移去系梁頂部的千斤頂，將320 t 千斤頂再次放置在鋼管樁頂部原有位置。

第六步：拆除臨時(shí)鋼管支架，進(jìn)入橋面系及附屬工程施工。

4.2 技術(shù)要點(diǎn)

4.2.1 材料準(zhǔn)備及加工

補(bǔ)強(qiáng)鋼板零件通過(guò)套料后在數(shù)控等離子下料機(jī)床進(jìn)行下料，其T 形開(kāi)孔肋根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際位置進(jìn)行開(kāi)孔。

4.2.2 千斤頂布置及結(jié)構(gòu)加強(qiáng)

半幅鋼箱底部共設(shè)置2 個(gè)頂升點(diǎn)、3 個(gè)臨時(shí)支撐點(diǎn)，頂升點(diǎn)位于兩個(gè)相鄰支座之間，為同墩位支座中心點(diǎn)連線與鋼箱腹板交匯點(diǎn)，千斤頂落于中系梁，臨時(shí)鋼支撐位于永久支座的頂部，頂升前需對(duì)千斤頂頂升點(diǎn)對(duì)應(yīng)的鋼箱部位進(jìn)行加勁補(bǔ)強(qiáng)。

中系梁落頂處對(duì)應(yīng)系梁底部采用Φ820 mm×15 mm鋼管支撐配置320 t 千斤頂對(duì)系梁施加1/2 最大頂升力（約220 t）作為預(yù)應(yīng)力。鋼管支撐底部設(shè)置2 cm 的厚鋼板，采用螺栓固定于底部承臺(tái)，每個(gè)鋼管柱腳處焊接6 塊厚度為2.0 cm 的加勁板進(jìn)行局部加強(qiáng)[3]。

4.2.3 千斤頂選型

鋼梁?jiǎn)畏s380 t，上部鋼筋混凝土約735 t，其他結(jié)構(gòu)約10 t，合計(jì)1 125 t，采用兩個(gè)600 t 的千斤頂進(jìn)行頂升施工。

4.2.4 支撐體系安裝

因橋底作業(yè)空間受限，不滿足吊車(chē)安拆支撐體系的要求，擬采用人工配合反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行鋼管柱安裝。

為方便施工，可預(yù)先焊接接長(zhǎng)鋼管，根據(jù)支撐體系結(jié)構(gòu)及防撞墩頂面高程的要求，計(jì)算鋼管長(zhǎng)度。鋼管采用長(zhǎng)掛車(chē)由堆場(chǎng)運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)輸過(guò)程中，盡量避免鋼管磕碰，以免造成鋼管變形。鋼管到場(chǎng)后驗(yàn)收合格后方可用于現(xiàn)場(chǎng)施工。鋼管立柱施工前，先用全站儀復(fù)核鋼管立柱在樁基礎(chǔ)及防撞墩上的平面控制點(diǎn)位置。然后用反鏟挖掘機(jī)吊起鋼管，底端與對(duì)應(yīng)鋼管對(duì)接后，采用單面焊的方式進(jìn)行焊接，并在焊接處采取加固措施。

4.2.5 加勁鋼板焊接

頂升施工時(shí)，為滿足頂升位置鋼板局部受力需要，在頂升點(diǎn)箱室內(nèi)相應(yīng)位置焊接臨時(shí)加勁板，鋼板厚度為24 mm。

（1）定位焊。定位焊縫不應(yīng)有裂紋、夾渣和焊瘤等缺陷，對(duì)于定位焊縫的開(kāi)裂，必須進(jìn)行定位補(bǔ)焊，在保證正確焊件裝配尺寸的情況下，對(duì)已經(jīng)開(kāi)裂的焊縫進(jìn)行清除重焊。定位焊縫起弧、落弧處不得存在焊接缺陷。定位焊縫與正式焊縫應(yīng)遵循相同的焊接工藝和焊接質(zhì)量要求。

（2）正式焊接。嚴(yán)禁在母材的非焊接部位引弧，多層多道焊接時(shí)應(yīng)連續(xù)施焊，各層各道間接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)30 mm 以上，焊縫的起落弧處應(yīng)回焊10 mm 以上。背面清根或者用于修補(bǔ)的氣刨必須打磨，嚴(yán)禁氣割進(jìn)行任何類(lèi)型的清根，碳弧氣刨必須刨至見(jiàn)金屬光澤。

（3）千斤頂安裝及頂升。在3 t 叉車(chē)上設(shè)置鋼托盤(pán)，使千斤頂及鋼支撐等構(gòu)件可以通過(guò)3 t 叉車(chē)升至中系梁位置，使用手拉葫蘆等工具將千斤頂移動(dòng)至中系梁頂升點(diǎn)，接好設(shè)備同步頂升。操作千斤頂緩慢、同步、分級(jí)頂升至250 mm高處，在支座處安裝墊塊，將鋼箱梁落于墊塊上，再進(jìn)行上部施工。頂升可設(shè)置為3 個(gè)級(jí)別，分別對(duì)應(yīng)頂升高度9 cm、8 cm、8 cm，每頂升一級(jí)，停機(jī)約15 min，觀察梁體變化情況，并對(duì)千斤頂、支架體系進(jìn)行全面檢查，無(wú)異常情況后進(jìn)入下一級(jí)頂升。完成施工后重新布置千斤頂頂起，拆除墊塊，使鋼梁回落至設(shè)計(jì)位置。

5 結(jié)語(yǔ)

為確保宋埠互通主線橋施工及麻武高速過(guò)往車(chē)輛安全，本次鋼箱梁頂升過(guò)程中，對(duì)麻城至武漢車(chē)道進(jìn)行臨時(shí)封閉[4-5]。頂升過(guò)程中，臨時(shí)封閉武漢往麻城方向的高速公路15 min，待第一級(jí)頂升無(wú)異常后解除封閉。鋼箱梁架設(shè)完成后，將鋼梁中支點(diǎn)位置同時(shí)頂升25 cm，然后分段澆筑橋面板混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度（不小于7 d）后，將抬升的支點(diǎn)緩慢降下，從而在橋面板內(nèi)產(chǎn)生預(yù)壓力。頂升施工時(shí)，應(yīng)在頂升點(diǎn)箱室內(nèi)相應(yīng)位置焊接臨時(shí)加勁鋼板，鋼板厚度不小于24 mm，高度及單側(cè)寬度均不小于50 cm，以滿足頂升位置鋼板局部受力需要。

公路橋梁鋼箱梁頂推法在公路橋梁建設(shè)和維護(hù)中具有重要意義，可以減少施工對(duì)交通的影響、提高施工效率和質(zhì)量，節(jié)約成本，適用范圍廣泛。