摘要 為了提升公路橋梁建設(shè)水平，總結(jié)了頂推技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和工作原理，文章以某公路連續(xù)等高鋼箱梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，從臨時(shí)支架布置、導(dǎo)梁選型、頂推方法選擇、梁體線形和應(yīng)力控制等方面來(lái)闡述橋梁頂推技術(shù)的控制要點(diǎn)。同時(shí)，利用Midas/Civil 軟件建立計(jì)算模型，模擬橋梁的頂推施工，得到鋼箱梁結(jié)構(gòu)在不同工況下的變形，研究成果可為公路橋梁施工提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 公路橋梁；頂推法；控制要點(diǎn)；數(shù)值模擬；工程實(shí)例

中圖分類號(hào) U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）15-0144-03

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。橋梁是公路的重要結(jié)構(gòu)物，其施工質(zhì)量直接影響到施工和運(yùn)營(yíng)安全，因此，加強(qiáng)橋梁施工質(zhì)量的控制十分關(guān)鍵。頂推法因具有施工周期短、安全性好、施工成本低、不影響橋下交通等優(yōu)勢(shì)，在大跨徑橋梁施工中取得了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)橋梁頂推法中的平底船、臺(tái)車等機(jī)具已經(jīng)被先進(jìn)的頂推設(shè)備所代替[1]。目前，對(duì)于大型橋梁結(jié)構(gòu)多采用機(jī)械化程度高、精確性好的步履式頂推技術(shù)。因此，進(jìn)一步研究公路橋梁的頂推施工技術(shù)具有重要的工程意義。

1 公路橋梁頂推技術(shù)優(yōu)勢(shì)及工作原理

1.1 頂推技術(shù)優(yōu)勢(shì)

典型的步履式頂推技術(shù)施工流程如下：安裝頂推設(shè)備→ 頂升梁體→ 梁體前移→ 梁體降至墊梁，完成體系轉(zhuǎn)換→ 水平千斤頂回程。相對(duì)于支架法和轉(zhuǎn)體法，頂推法在施工場(chǎng)地、施工周期、安全、成本、對(duì)交通影響等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，總結(jié)見表1[2]。

1.2 頂推技術(shù)工作原理

公路橋梁的頂推系統(tǒng)包括步履式頂推千斤頂、頂推泵站、主控室等組成，每2 臺(tái)千斤頂配備一個(gè)頂推泵站，并根據(jù)主控室的指令完成頂推作業(yè)，具體工作原理如下：主控室的行程開關(guān)作為動(dòng)作傳感元件，可將千斤頂活塞的位置信號(hào)傳遞給主控室。隨后，主控室分析所得到的位置信號(hào)，并將控制信號(hào)傳遞給頂推泵站。頂推泵站可通過(guò)電磁換向閥來(lái)控制千斤頂?shù)母鞣N動(dòng)作。

2 公路橋梁頂推技術(shù)控制要點(diǎn)

2.1 工程概況

（1）建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。研究對(duì)象為某連續(xù)等高鋼箱梁橋，橋梁全長(zhǎng)140 m，跨徑組合是（40+60+40）m，斷面形式為單箱四室，腹板之間為封閉箱型。橋面板選用正交異性板結(jié)構(gòu)，頂板、底板厚度均為16 mm。橋面橫坡為2%的單向坡，縱坡為雙向坡，以路線設(shè)計(jì)線為準(zhǔn)。為了減小縱坡對(duì)橋梁受力的影響，在支座處安裝橡膠支座調(diào)整梁底高程。鋼箱梁采用Q345q—D 鋼材，將其劃分成15個(gè)施工段，施工節(jié)段劃分時(shí)要保證每片鋼箱梁帶一塊腹板，且滿足道路運(yùn)輸要求。最終，劃分的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段寬約3 m，長(zhǎng)度在10～15 m。

（2）施工條件。施工沿線路網(wǎng)較密集，以國(guó)省道、村道等為主，交通運(yùn)輸條件便利。同時(shí)，施工用水可采用沿線河流，為滿足現(xiàn)場(chǎng)施工用電要求，擬架設(shè)兩臺(tái)400 kVA 的變壓器。

2.2 臨時(shí)支架布置

該鋼箱梁的頂推支架采用鋼管樁支撐于擴(kuò)大基礎(chǔ)上，并在鋼管樁上布置雙拼H 型鋼作為分配梁，鋼管柱間連接系采用雙拼槽鋼。同時(shí)，為了消除頂推支架的彈性變形，需要對(duì)其開展預(yù)壓試驗(yàn)。支架預(yù)壓荷載要大于1.2 倍最大試驗(yàn)荷載，加載形式為分級(jí)加載，加載中心線要與支架軸線相一致，且加載時(shí)無(wú)沖擊。需注意，支架每級(jí)加載結(jié)束后，要安排專職人員來(lái)測(cè)量支架變形，待變形穩(wěn)定后方可開始下一級(jí)加載。

2.3 導(dǎo)梁選型

在公路橋梁頂推施工期間，導(dǎo)梁是安裝在主梁前端的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，從而減少主梁在頂推期間的懸臂長(zhǎng)度，降低主梁負(fù)彎矩，提升橋梁的整體穩(wěn)定性。在實(shí)際項(xiàng)目中，常用的導(dǎo)梁形式有桁架梁和工字型變截面導(dǎo)梁兩大類。

（1）桁架式導(dǎo)梁。桁架式導(dǎo)梁大多采用萬(wàn)能桿件或貝雷架拼裝，由上弦桿、下弦桿、立桿、腹桿等部件通過(guò)螺栓連接在一起。桁架式導(dǎo)梁的抗風(fēng)性能好，運(yùn)輸便利，可重復(fù)利用，不做導(dǎo)梁時(shí)有其他用途。但是，桁架式導(dǎo)梁主要是節(jié)點(diǎn)受力，在主梁自重較大的條件下，適用性差，需對(duì)弦桿進(jìn)行加強(qiáng)處理。大量工程實(shí)踐表明，桁架式導(dǎo)梁多用于跨徑不大的橋梁。

（2）工字形變截面導(dǎo)梁。工字形變截面導(dǎo)梁多用于較大跨徑的橋梁頂推施工，由主梁、縱向和橫向聯(lián)系桿（鋼管或型鋼）等部件組成，其中主梁的寬度和厚度與設(shè)計(jì)剛度密切相關(guān)[3]。設(shè)計(jì)剛度大，主梁的寬度和厚度需取大值，反之亦然。為了提高運(yùn)輸效率，工字形變截面導(dǎo)梁的主梁在制作時(shí)宜分成若干個(gè)節(jié)段，不同節(jié)段之間利用拼裝鋼板和螺栓連成一體，以提高導(dǎo)梁的強(qiáng)度、剛度、承載力。當(dāng)工字形導(dǎo)梁在臨時(shí)墩上滑動(dòng)時(shí)，下弦受力好，不需特殊加固，且其截面是變化的，能大幅減小導(dǎo)梁自重。但是，工字形導(dǎo)梁的抗風(fēng)性能較差，拼裝拆除難度大，主梁用途單一，只能用于頂推。

綜上，由于該項(xiàng)目跨徑較大，梁體重量大，故選用工字形變截面導(dǎo)梁用于頂推施工中。

（2）多點(diǎn)頂推法。目前，單點(diǎn)頂推法因自身缺陷，在實(shí)際橋梁項(xiàng)目中已經(jīng)演化為多點(diǎn)頂推，即在每個(gè)臨時(shí)墩上都設(shè)置頂推千斤頂，各臨時(shí)墩共同承擔(dān)頂推水平力。多點(diǎn)頂推法要求各個(gè)墩臺(tái)的千斤頂同步向前頂推，每個(gè)臨時(shí)墩所承擔(dān)的水平力按其剛度大小進(jìn)行分配。對(duì)于柔性墩，則不應(yīng)承擔(dān)頂推水平力或水平力盡量取小值，以免墩身出現(xiàn)破壞。根據(jù)相關(guān)研究成果，公路橋梁的多點(diǎn)頂推方法有拖拉式、楔進(jìn)式和步履式，該文從施工成本、施工速度、技術(shù)特點(diǎn)等方面對(duì)上述多點(diǎn)頂推方式進(jìn)行對(duì)比，見表2。

2.5 頂推期間線形和應(yīng)力控制

（1）線形控制。線形控制是該鋼箱梁頂推期間的關(guān)鍵任務(wù)之一。梁段在完成拼裝到頂推至設(shè)計(jì)位置后，結(jié)構(gòu)體系不斷轉(zhuǎn)換。同時(shí)，考慮到外界溫度、制造誤差等因素，橋梁不可避免地存在線形偏差。在頂推期間，橋梁頂推線形偏差包括水平線形偏差和豎向線形偏差，可通過(guò)全站儀、傳感器等儀器實(shí)時(shí)采集線形偏差數(shù)據(jù)。每一輪頂推結(jié)束后，要對(duì)橋梁線形校核一遍，并將實(shí)際線形與設(shè)計(jì)線形調(diào)整一致后再繼續(xù)施工。如果橋梁線形與設(shè)計(jì)偏差過(guò)大，鋼箱梁和橋墩受力不均衡，落梁時(shí)可能導(dǎo)致支座脫空或頂推期間產(chǎn)生倒塌、傾覆等現(xiàn)象，增大了橋梁的施工風(fēng)險(xiǎn)[5]。

考慮到橋梁結(jié)構(gòu)的水平線形能通過(guò)微調(diào)頂推設(shè)備來(lái)進(jìn)行糾偏處理，該文主要分析了豎向線形控制措施：以鋼箱梁頂板端頭為基準(zhǔn)點(diǎn)，利用全站儀、傳感器等測(cè)量鋼箱梁在每次頂推結(jié)束后的相對(duì)高程，與理論高程進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)實(shí)際值與理論指標(biāo)偏差超過(guò)10 mm，要立即停止施工，查明原因后對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行糾偏，高程滿足設(shè)計(jì)要求后再繼續(xù)施工。

式中，σ—— 關(guān)鍵斷面應(yīng)力（MPa）；E—— 彈性模量（MPa）；ε—— 總應(yīng)變；Δε——應(yīng)變初始誤差。需注意，公路橋梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵斷面一般選彎矩最大的跨中截面、剪力最大的主橋根部截面等，且各斷面的應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)以橋墩軸線為中心對(duì)稱布置，以便于應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的互相校驗(yàn)。

3 公路橋梁頂推數(shù)值模擬

3.1 計(jì)算模型建立

（1）建模要點(diǎn)。鋼箱梁、導(dǎo)梁等均用Midas/Civil 軟件內(nèi)置的梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，而橋墩大多是因延性能力不足彎曲破壞或因剪切強(qiáng)度不足剪切破壞，可用非線性梁柱單元模擬。剛箱梁的建模要點(diǎn)如下：①假定條件。鋼箱梁在頂推期間，每個(gè)的臨時(shí)支墩反力相等，且按平面桿系計(jì)算。②一次頂推。在鋼箱梁施工期間，將“ 頂升、頂推、下降、收縮” 四個(gè)動(dòng)作視為一次頂推。③鋼箱梁建?；凇?墩動(dòng)梁不動(dòng)” 的原則，即將主梁劃分為若干施工段，保持主梁位置不變，改變臨時(shí)支墩的位置來(lái)模擬頂推。根據(jù)上述方法，最終建立的橋梁模型見圖1[6]。

（2）荷載大?。撓淞喉斖颇M時(shí)只考慮風(fēng)荷載和自重，同時(shí)將鋼箱梁自重簡(jiǎn)化為均布荷載施加在頂推支架上，以便于支架受力分析。經(jīng)查詢，該鋼箱梁所在區(qū)域的年平均風(fēng)速為1.6～4.0 m/s，取最不利工況，風(fēng)荷載按4.0 m/s 計(jì)算，梁體自重荷載在輸入材料重度、尺寸等基本參數(shù)后，軟件能自動(dòng)計(jì)算出。

（3）邊界條件。鋼箱梁端頭與導(dǎo)梁是焊接在一起的，需設(shè)置為剛性連接。在頂推期間，鋼箱梁是布置在頂推支架和永久支墩上，將其簡(jiǎn)化為連續(xù)簡(jiǎn)支梁。此外，在分析頂推支架受力時(shí)，將直接底部設(shè)置為固定約束，不產(chǎn)生位移和彎矩。

3.2 結(jié)果分析

該鋼箱梁的頂推分為9 個(gè)工況，具每個(gè)工況下的工作內(nèi)容見表3。

隨后，利用Midas/Civil 軟件計(jì)算了不同工況下的鋼箱梁撓度，見圖2。

隨著鋼箱梁頂推的不斷進(jìn)行，梁體撓度呈先增大后減小、再增加又減小的趨勢(shì)。第三輪頂推完成，鋼箱梁撓度達(dá)到峰值13.1 mm。頂推結(jié)束后，鋼箱梁撓度為2.8 mm，滿足設(shè)計(jì)文件要求。

4 結(jié)語(yǔ)

該文研究了公路橋梁頂推技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、工作原理、施工要點(diǎn)及數(shù)值模擬結(jié)果，得到了以下幾個(gè)研究成果：

（1）公路橋梁的頂推系統(tǒng)包括千斤頂、頂推泵站、主控室等，具有施工周期短、安全性好、施工成本低、不影響橋下交通等優(yōu)勢(shì)。

（2）公路橋梁頂推施工時(shí)要對(duì)臨時(shí)支架預(yù)壓，并選擇合理的導(dǎo)梁形式和頂推方法。

（3）公路橋梁頂推時(shí)要嚴(yán)格控制梁體線形和應(yīng)力，如果實(shí)際值與理論指偏差過(guò)大，應(yīng)停止施工，查明原因后繼續(xù)頂推。

（4）頂推施工期間，鋼箱梁的撓度會(huì)在第三輪頂推結(jié)束后達(dá)到峰值。

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