摘 要：本文以重庆两江新区L9路西段高架桥钢箱梁顶推施工方法作为研究对象，对钢箱梁厂家制作、运输、现场拼装、顶推施工及落梁、施工过程监控等进行分析总结，最后采用有限元软件进行模拟分析，指导类似项目施工。
关键词：桥梁施工、钢箱梁、顶推法施工
Abstract: This paper takes the steel box girder jacking construction method of the viaduct west section of L9 Road, Liangjiang New District, Chongqing as the research object, analyzes and summarizes the manufacture, transportation, site assembly, jacking construction, beam falling and construction process monitoring of steel box girder manufacturers. Finally, finite element software is used for simulation analysis to guide the construction of similar projects.
Key Word: Bridge construction, steel box girder, incremental launching
1 顶推技术的发展史
最早顶推施工的构思是从刚梁纵向拖拉法演化而来。相比较传统的钢梁纵向托拉法，首先顶推过程中运用千斤顶作为拖拉动力的来源，使得拖拉力吨位增加很大，为大吨位的拖拉施工提供可能性；其次采用聚四氟乙烯滑板或不锈钢板代替原先施工中的滚轴，使得拖拉作业更加容易掌握方向和速度。1959 年所建的奥地利 Ager 桥是世界上第一个用顶推施工的预应力混凝土连续梁桥，它开创了顶推施工的先河。我国最早使用顶推施工方法建立的桥是家河铁路桥。虽然此桥总长才不足 200m，但说明我国已经能够将顶推法运用到桥梁施工实际，是桥梁施工方法的一个标志。此后，又有很多桥梁使用顶推法相继建立。比如，湖南沩水桥工程段，首次使用了多点顶推技术，并在之后的中堂大桥采用了竖曲线上顶推技术进行施工；广州北站大桥的主体箱梁的建设采用的就是顶推施工，而且将钢绞线作为拉杆进行施工，钢箱梁顶推技术得到了发展及创新。
2 顶推方法分类及优点
顶推方法可以根据顶推时梁体受力特点进行划分为单点顶推和多点顶推两种方法；按顶推方向可以分为单向顶推和双向顶推；按动力装置可以分为步距式顶推和连续顶推。他们共同的特点都是先根据桥梁轴线的方位确定顶推施工的场地，然后对预制梁段进行顶推就位，最后进行支座更换完成桥梁顶推作业。
顶推施工的桥梁一般单跨顶推力通常在50~100t之间，远比梁体自重小，所以顶推设备轻型简便,不需大型吊运机具,保养与运输方便,适合特殊场地使用，如水深较小浮吊不能进入的河流或者深谷等；,不影响通车或通航,由于预制场通常设在岸上，搭建拆除简单,混凝土或者是钢构件运输方便，场地固定集中，便于安全施工，受环境干扰小，工作条件相对较好,所需劳动力少,劳动强度不高。
3 案例项目概况
L9路高架桥桥梁工程，起终点桩号：K1+266.462~K1+483.562，桥跨布置形式为（2×30+（28+40+24.5）+2×28m，最高点高程272.344m，最低点高程260.213m，桥面与地形高差最大约为15m。第一二联采用现浇连续箱梁桥梁结构，第三联采用钢箱梁拼装顶推技术。位于桥梁5#墩~7#墩，为2×28 m预制拼装顶推钢箱梁（拖拉），跨越现状G75渝武高速，施工过程中需对G75高速对通信管网做好保护措施， 拼装场地位于7#桥台后，长度60m，宽度30m，标高要低于7#墩墩顶0.5m～0.8m，并设置纵坡，与桥梁纵坡相同，场地加固硬化，纵向设置4个条形基础，作为拼装用支架和纵移临时墩基础，场地设置排水坡及排水系统，无积水，吊车作业区域无高压线及其它电力线通过。
4 顶推（拖拉）技术的简述
经现场查勘及方案比选，第三联桥梁跨越现状通行渝武高速路，车流量较大，为减小施工对桥下高速交通影响，根据钢桥总长度56m，自重584.24吨，建议采用牵引式顶推施工。在7#桥台后设置拼装平台，钢箱梁在拼装平台上整体焊接成型。在5#、6#、7#桥墩之间设置临时墩和顶推平台，并在顶推平台、临时墩上布置滑道。在顶推平台上安装张拉反力架，在反力架的前端顶推千斤顶，在钢箱尾端设置固定反力架，用两点千斤顶同步张拉精扎螺纹钢筋使钢箱梁向前滑移，直至达到设计位置，详见工艺流程图。
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图一：顶推（拖拉）技术流程图
5 顶推（拖拉）技术工法研究
5.1 顶推设备选择
经计算并综合现场实际情况，摩阻、爬坡阻力取钢箱梁自重的10%，钢箱梁自重584.24吨，需要的牵引力为60吨。钢箱梁顶推纵向布置一个顶推点，横向设置2台千斤顶，选用YDC1000b穿心千斤顶，顶推拖拉杆各采用3根Φ15.24钢绞线。为防止钢绞线束在
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5.2 顶推平台、临时支墩搭设等施工措施
5.2.1顶推平台及临时支墩布置
全桥共设置一个顶推平台，设置于6#墩与7#墩之间，距7#吨12m处。设置6处临时墩，1处设置于5#墩与6#墩之间，距5#吨12m处，1处设置于6#墩墩顶，4处设置于拼装平台位置。顶推平台及临时墩设计时均能承受一定的水平力，顶推平台承受水平力最大为60吨，临时墩承受水平力最大为30吨。
图二：顶推平台、临时支墩平面布置图
5.2.2临时支墩结构及基础
临时墩布置在6#墩前后，距6#墩16m处。临时墩横桥向22.7m，，纵桥向5m。下部采用8根Φ600×16mm钢管立柱，钢管立柱之间采用H型钢连接，使成整体受力；临时支墩基础采用C30混凝土条形扩大基础形式，基础尺寸为长7米，宽3米，高1.2米。要求地基承载力不小于250Kpa。
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图三：临时支墩横断面图
5.3 顶推千斤顶结构
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图四：顶推千斤顶结构示意图
5.4 梁体行走及纠偏原理
钢箱梁截面变宽，施工过程中通过不断调整侧向限位适应钢箱梁宽度的变化；在顶推施工过程中，必须保证梁轴线与设计位置一致，因而施工中横向导向是不可少的。通常在临时墩上主梁的两侧各安置一个水平千斤顶，千斤顶的高度与主梁的底板位置平齐，由墩台上的支架固定千斤顶位置。在千斤顶的顶杆与主梁侧面外缘之间放置滑块，顶推时千斤顶的顶杆与滑块的四氟乙烯板形成滑动面，顶推时由专人负责不断更换滑块。横向导向千斤顶在顶推施工中一般只控制两个位置，一个是在顶制梁段刚刚离开预制场的部位，另一个设置在顶推施工最前端的桥墩上，因此梁前端的导向位置将随着顶推架的前进不断更换位置。施工中如发现梁的横向位置有误而需要纠偏时，必须在梁顶推前进的过程中进行调整。对于曲线桥，由于超高而形成单面横坡，横向导向装置应比直线处强劲，且数量要增加，同时应注意在顶推时，内外弧两侧前进的距离不同，要加强控制和观测。
5.5 液压系统工作原理
5.5.1纵移顶推控制，采用单独一台泵站，两个手动换向阀分别控制左右两侧纵移油缸顶推箱梁向前纵移。
5.5.2 支点顶升控制，当支点位于箱梁中部时需要对支点进行顶升力控制，根据纵移位移量手动调节电磁溢流阀压力，通过对整个系统压力的调节来改变顶升油缸的顶升力，每纵移1m需调节一次；当支点位于箱梁两端时需要对支点进行顶升高度自动控制，本系统采用欧姆龙接近传感器对高度位置信号进行采集，配合控制电路对顶升高度进行自动控制，控制误差≦3mm。
5.6 顶推装置构成
5.6.1滑道布置：在顶推平台顶、各临时墩顶均布置滑道，滑道横向为8条，与钢箱梁腹板对应。每幅箱梁滑道通过扁担梁连接，中间设置顶升千斤顶，横向设置4台千斤顶。由于钢箱梁设有竖向预拱度，在顶推过程中通过调整顶升千斤顶标高来保证各支点受力均匀。滑道顶面采用MGE滑板，在滑板后侧设置200mm×10mm倒角，方便滑道垫板安装。MGE滑板顶面涂抹润滑脂，以减小摩擦系数，当损坏时，通过回落大顶进行更换。为保证钢箱梁不被污染，在钢箱梁与滑道顶面之间设置钢垫板。钢垫板一面焊接3mm不锈钢板，不锈钢板表面粗糙度小于Ra5μm，一面做喷砂处理，增大与钢箱梁的摩擦系数。每处滑道配置2块1.5m长钢垫板，钢垫板两端设置圆弧，在顶推过程中循环使用。
5.6.2侧向限位布置，在顶推平台及临时墩均设置侧向限位装置，限位装置与顶推平台及临时支墩顶横向分配梁焊接。
5.7 钢箱梁制作、导向、后端反力架及顶推加筋板加工
结合钢箱梁结构形式、运输能力、吊装能力、桥址场地等各种条件，采用厂内分节段制作，工地组装。箱梁两节段之间的顶、底板与腹板环缝分别错开200mm，成Z字布置。工序为顶板单元件上胎架定位→横隔板单元件定位→腹板单元件定位→两侧挑梁部件件定位→两侧檐板定位→底板单元件定位→装焊附件（临时吊耳）→整体焊接（翻身焊接）→矫正→装焊附件（临时吊耳）→标记标识→涂装；钢箱梁节段汽车运输至现场拼装；因顶推平台及临时支墩间距不大于18m，钢箱梁不需设置导梁即可满足纵向稳定性，为避免钢箱梁前端悬臂下挠，需在钢箱梁前端设置纵移导向结构，导向结构在钢箱梁加工时与钢箱梁统一制作，纵移到位时割除；在钢箱梁后端，横向布置在1#、2#箱梁之间和3#、4#箱梁之间需设置反力架，将箱梁后端部分底板及腹板延长作为反力架的部分翼缘板及腹板，反力架与临近支点焊接成整体，待钢箱梁顶推到位后割除反力架；沿钢箱梁纵向两相邻隔板之间设置两道顶推加筋板
5.8 顶推施工
顶推准备→试顶推（拖拉）→正式顶推→更换滑板→第一阶段（导向至顶推平台）→第二阶段（导向上至6#墩临时墩,跨域渝武高速单向行车道）→第三阶段（导向上至顶最前端临时墩,跨域渝武高速双向行车道）→第四阶段（钢箱梁顶推至设计位置）→落梁
顶推至设计位置后，卸除6#墩支点力，钢箱梁由顶推平台和最前端临时墩支撑，顶推临时墩顶面标高设置时高于钢箱梁底板设计标高200mm。割除钢箱梁导向和后端反力架，安装好支座，最后完成落梁。
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图五：顶推示意图
6 钢箱梁顶推监控
（1）施工仿真计算，复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态，即对施工过程进行实时仿真计算。按照施工和设计所确定的施工工序及设计所提供的基本参数，得到各施工状态以及成桥状态下的结构受力和变形等控制数据。主要有各种状态下的理论数据：导梁挠度，导梁及箱梁横向位移。这些数据与设计和监理相应校对确认无误后作为钢箱梁顶推的施工控制理论依据。
（2）预制平台变形与平整度监测，预制平台变形与平整度监测预制平台平整度及刚度是否满足要求是能否保证梁体预制精度的关键，一旦预制平台发生下沉或变形，就可能使梁底平整度和梁体高度出现偏差，从而使顶推出现困难，并可能使梁体在顶推过程中的出现较大的附加内力。因此，必须监测预制平台变形与平整度监测，一旦通出现超出允许的预变形立即停止并进行处理，在节段浇筑前应对平台顶面平整度进行检查，保证平整度符合要求。
（3）临时支墩变形监测，临时支墩是为减少顶推悬臂长度，从而减小梁截面的弯矩而设置的。由于其所具有的临时性，所以临时支墩的刚度一般比永久性桥墩小得多。虽然在顶推前，一般对其作处理含压重、施加预应力等，以削除非弹性变形，但其弹性变形以及其他不可预见的变形是无法消除的。如果某一个临时支墩发生超过允许的压缩变形，就相当于连续梁在该处存在一个强迫位移，从而在梁内产生较大的附加内力，对梁的安全不利。所以在顶推中必须对其作实时观测，除了对压缩变形进行观测外，对支墩顶的水平位移也要进行观测，因为支墩顶水平位移过大将会对支墩本身的受力产生影响，进而对主梁的受力产生影响。测量值与理论值偏差超过5%时，需停止顶推，查找原因并消除。
（4）顶推同步性与施力监测，顶推方式为单点顶推，梁的两侧顶推同步，否则将使梁体发生横向偏位，前进困难，施工中必须予以专门监测与控制。为保证顶推同步，首先要求顶推千斤顶施力分辨率要高，以保证各顶推点上施力大小基本一致；其次就是对全桥的施顶水平千斤顶进行集中管理与控制，并且通过对各墩油泵分级调压，使其同步运行。条件具备时，在顶推千斤顶上另外安装压力传感器进行施力监测，以便通过液压和电测双控，确保顶推同步。其目标是保证主梁不偏位，并限制各墩上顶推力与摩阻力的差值在桥墩及临时支墩能够承受的水平推力范围内。
（5）主梁轴线位置监测，在顶推过程中，包括梁的两侧顶推不同步在内的多种因素可能使梁偏位，施工中应实时观测，及时发现和纠偏，确保梁的轴线位置正确。
在钢箱梁前端和尾端顶面设中线偏移监测点，顶推过程中连续观测。导梁中线偏差不大于5.0mm；钢箱梁中线偏差不大于5.0mm。
（6）导梁端部标高监测，在顶推过程中，导梁端部标高是不断变化的。一般说来，导梁端部挠度由于滑块压缩量不一、梁体混凝土收缩徐变、温度变化、导梁与梁体连接螺栓松动等原因，总大于预测值。为保证导梁顺利通过支墩，在导梁端部接近支墩时，应对其标高进行监测，确定是否需对导梁端起顶。
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图六：顶推施工现场实景图
7 受力简析
全桥共设置一个顶推平台，设置于6#墩与7#墩之间，距7#吨18m处。设置6处临时墩，1处设置于5#墩与6#墩之间，距5#吨12m处，1处设置于6#墩墩顶，4处设置于拼装平台位置。顶推平台及临时墩设计时均能承受一定的水平力，顶推平台承受水平力最大为60吨，临时墩承受水平力最大为30吨；根据工况最不利条件条件初步分析，2#临时墩受力最为不利，2#临时墩构件主要包括张拉平台立柱、张拉平台梁、横移小车梁、踏板梁、临时墩立柱等构件进行计算；临时墩最大应力为193MPa，位于临时墩墩管桩顶部筋板位置，其强度满足规范要求；临时墩最大变形为15.2mm，满足使用要求；临时墩一阶屈曲特征值（最小）为9.7，满足使用要求。顶端纵向水平力按30t考虑，作用于张拉平台面板上；顶梁纵移产生的摩擦力由两个小车的四个角点分摊；主顶竖向力80t，作用于主梁的中部；人群机具活载按0.5t考虑。有限元计算模型见下图：
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图七：有限元计算模型图
有限元计算结构如下临时墩的应力云图，最大应力为193MPa，发生在受力点下面的两根圆柱上部，临时墩的材料为Q345B，故满足强度要求，临时墩最大变形为15.2mm。
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图八：有限元应力云图
用ANSYS软件的屈曲稳定性计算模块进行临时墩屈曲稳定性计算，通过计算得主梁一阶失稳变形见下图。一阶屈曲特征值为9.7，前后方向整体失稳满足稳定性要求。
结 语：
（1）由于顶推悬臂弯矩不能太大,且施工阶段的内力与运营阶段的内力也不能相差太大；
（2）对于多孔长桥,因工作面所限,顶推过长,施工工期相对较长,但比其他施工方法在工期方面还是有一定优势的；
（3）对于弯桥只能是曲率恒定的桥梁，而且通常要求梁高不变,底面是直线的桥梁；
（4）导梁设计方面,主要考虑了导梁设计对主梁弯矩的影响,而没有考虑其对支点反力的影响，而在钢箱梁顶推过程中,反力同样是比较重要的影响受力的因素；
（5）由于钢箱梁桥在顶推过程中控制安全的因素以局部问题为主,和混凝土桥顶推完全不同，在钢箱梁的局部受力和局部稳定方面缺乏系统的研究；
（6）监控手段单一，传统随意性大，建议加强信息化管理，在钢箱梁、导向设备、反力架及临时支墩等位置加智慧端，传感器，动态监控，保证施工安全。
（7）顶推拖拉过程中，为减少摩擦，涂抹润滑剂，但对钢箱梁还是有局部损伤，后期需要补漆处理，建议在钢箱梁上加装抗摩擦层，较少对钢箱梁的损伤，从而保证使用寿命。
（8）本次研究对类似施工情况有指导及借鉴作用，其他精细化、信息化、智慧控制有待进一步研究提高。
参考文献：
[1]张平华，混凝土斜连续梁桥顶推施工控制技术研究【D】长 沙：长沙理工大学,2012.
[2]安金星，大跨度斜拉桥施工控制与仿真计算【D】成 都:西南交通大学2009.
[3]魏民．广州新光猎德大桥钢箱梁顶推关键技术研究[D].成都：西南交通大学，2008.
[4]王永珠. 江大桥顶推法施工过程仿真分析及相关技术研究华南理工大学,，2003.