大跨度连续刚构桥中跨合龙段顶推施工技术

胡琪

摘要：向莆铁路莆田特大桥跨沈海高速公路连续刚构桥具有跨度大、小半径、施工干扰多、安全隐患大、技术复杂等特点，通过对对中跨合龙段顶推施工技术总结回顾，希望可为今后同类特大桥施工提供借鉴和建议。通过计算、对比、分析，得出四点同时、同步顶推，墩顶偏移控制为主，顶推力控制为辅的双控原则进行指导施工，能够更有利于改善主梁和桥墩的变形，并可以有效改善桥墩底部、顶部墩梁固结处的受力。

Abstract： The continuous rigid frame bridge of the Shenyang-Haikou expressway of Putian Bridge in Xiangpu Railway has the characteristics of large span， small radius， much construction interference， large safety hazard and complicated technology. Through the summary of the incremental launching construction technology of mid-span closure section， the author hopes to provide reference and recommendations for the future construction of similar bridge. Through the calculation， comparison and analysis， the dual control principle of pier top offset control at first and supplemented by the top thrust control is got to guide construction， and this control principle can be more conducive to improving the deformation of the main beam and pier， and can effectively improve the force in bottom of the pier and the top of the pile beam consolidation.

關键词：大跨度；连续刚构；中跨合龙；顶推

Key words： large span；continuous rigid frame；mid-span closure；incremental launching

中图分类号：U448.23 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）18-0121-03

0 引言

连续刚刚构桥具有跨越能力强、结构稳定性好、施工技术成熟、行车舒适性好等优点，特别是在主跨100～350m具有较强的竞争优势。连续刚构桥在长期荷载作用下会引起预应力损失、主梁下挠、主梁及桥墩水平偏位。温度变化也会影响主梁变形。在桥梁结构设计规范中，对均匀温度作用有着明确的规定。计算表明，过大的温差会显著增大主梁和桥墩的附加内力，尤其是桥墩底部，附加内力更大。合龙前在悬臂端进行适当的顶推，是改善长期作用效应和温差效应的一种较为理想的施工措施[1]。

1 工程概况

向莆铁路莆田特大桥左、右线跨沈海高速公路（80+132+80）m、（88+146+88）m为挂篮悬臂施工的连续刚构桥。线路位于R=1600m的小半径曲线上，该桥梁部结构小半径、大跨度、线性控制、中跨合拢顶推控制技术等为该桥的关键控制技术。文章重在对中跨合龙段顶推施工技术进行总结。

在大跨度刚构连续梁悬臂施工过程中，因梁段自重，混凝土收缩、徐变等因素的影响会产生较大的位移和挠度。这就需要在中跨合龙时，对两端梁体施加一个水平顶推力，使主墩产生反向水平位移，以抵消温差和后期混凝土收缩徐变产生的位移，改善墩身和主梁受力结构和挠度。在平常施工过程中设计只要求了顶推力的大小，未明确顶推力施加后各主墩的位移量和合龙段的变化量。为了顶推施工的精确和安全，避免盲目顶推施工，通过查询规范资料、运用Madas软件对结构进行建模模拟分析，得出初步结论，指导现场施工。

2 技术原理及思路

运用Madas软件建立了理论模型，模拟出顶推各主墩施加顶推力后的理论预偏量。顶推时遵循“墩顶偏移控制为主，顶推力控制为辅”的双控原则，通过预埋的钢板和传力型钢构件，四台千斤顶同时、同步顶推，实时测量发生的预偏量。比较分析顶推的效果，最终使实际发生的预偏量值接近模拟得出的理论值，使结构受力趋于更合理，顺利实现设计顶推效果。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 合龙段顶推施工工艺流程

合龙段预埋件的预埋→顶推传力杆件焊接→油压千斤顶安装固定（各观测点测量初始数据的记录、焊缝检查验收）→顺序施加20%、50%、80%顶推力（分别测量记录观测点位移变化）→施加100%顶推力（测量记录观测点位移变化）→分析比较顶推效果（提前模拟得出理论顶推数据）→体外劲性骨架的安装→油压千斤顶卸载、拆除→传力杆件的割除→传力杆件的割除→合龙段后续工序施工。

3.2 操作要点

3.2.1 理论计算

根据设计图纸要求，需要在中跨合龙前，在两侧悬臂端的四个角点均匀施加一对3000kN的水平对顶力，但设计中未给出顶推之后主墩的预偏量。为了更好地控制顶推过程，分析顶推的效果，我们在顶推前，运用Madas软件建立了理论模型，即模拟出顶推后主墩的预偏量，通过实际顶推位移值及时和理论预偏量比较分析，从而可准确判断顶推的效果和质量，以及保证了顶推施工的安全，避免盲目施工。

其中，计算机模拟试验数据如下：

MIDAS/Civil POST-PROCESSOR DEFORMED SHAPE

X-方向 X-DIR=1.735E+001 NOOD=1

Y-方向 Y-DIR=0.000E+000 NOOD=1

Z-方向 Z-DIR=0.000E+000 NOOD=1

COMB=6.212E+001 NOOD=129

系数=8.496E+002

STAGE：对定力 CS：合计 最后

MAX：105 MIN：79

文件：DK537+347 单位：mm 日期：08/24/2010

表示方向：X：0.000 Y：0.000 Z：0.000

通过MIDAS桥梁分析软件模拟，我们按照设计图的要求，在两悬臂端，均匀地施加一对顶推力，见图1施加对顶力，通过图2施加对顶力后整体位移图，可以看出顶推后的理论模型，图3可以看出悬臂端的位移量，最大悬臂端施加对顶力后，450#主墩悬臂端位移为11.73mm，451#主墩悬臂端位移为：13.48mm，共发生位移为25.21mm。通过图4可以看出，双薄臂墩在3000kN的对顶力作用下，450#主墩发生的位移为6.66mm，451#主墩发生的位移为8.59mm。

依据液压千斤顶检定证书和设计顶推力为3000kN，计算顶推过程的千斤顶对应的压力表进程示值。顶推过程所使用的千斤顶为YCW250B型液压千斤顶，测量范围：（250-2500）kN，图纸设计要求施加一对3000kN的对顶力，即每一个角点处施加一对750kN的对顶力，根据校准方程进行计算。

3.2.2 预埋件的预埋

劲性骨架固定螺栓预埋。按照图纸要求在箱梁悬臂最后节段箱梁底板、顶板四个位置分别预埋4根M30地脚螺栓，相对位置严格按照图纸要求设置限位板进行临时固定。

顶推传力杆件固定钢板预埋。在箱梁悬臂浇筑最后一节段梁端四个四个角点位置预埋10mm厚钢板，钢板背面焊接8根Φ16螺纹钢，单根长度不小于0.5m作为锚固钢筋。注意顶推位置和图纸要求设置体外劲性骨架位置尽量错开设置，避免后续交叉施工的影响。

顶推传力杆件的焊接安装。由于千斤顶的长度有限，合龙段的长度为2m，因此必须加工型钢做传力杆件，考虑千斤顶长度0.4m，标准最大行程0.2m，合龙段长度2m，根据计算传力杆件长度选为1.55m。根据计算，型钢用I36双拼焊接即可，焊缝Hf≥8mm，焊缝确保饱满，并在接触面每一面加焊两块三角加筋板，安装时，注意型钢的轴线和梁体轴线要保持一致，在相应位置焊接好四个传力杆件。

油压千斤顶安装固定。用塔吊分别将4个250T油压千斤顶固定在提前搭设好的脚手架上，注意千斤顶的轴心要和传力杆件一致，将千斤顶编号和对应的油表编号连接好油泵，四个油泵同时启动，待千斤顶顶住梁体和传力杆件刚受力停止油泵。

3.2.3 测点布置和数据记录

①提前在刚构连续梁0#块对应墩顶中心位置设置观测点A、B。在合龙段梁端粱面设置4个观测点①、②、③、④。

②测量班用全站仪测量450#、451#墩0#块中心的观测点A、B，得出初始坐标值并记录。A：X=808941.637，Y=507204.560；B：X=808809.589，Y=507208.648。測量观测点①-③，②-④的间距，分别为2200mm，2200mm。

3.2.4 施加顶推力

施加20%顶推力：现按照设计要求，同时开启4台油泵，开始顶推，第一次加载施加设计水平推力的20%，持荷20min；

施加50%顶推力：施加20%顶推力持荷20min后，待合龙段长度及墩顶位移值稳定后，分析测量数据没有什么异常情况，继续施加50%力顶推；

施加80%顶推力：施加50%顶推力持荷20min后，待合龙段长度及墩顶位移值稳定后，分析测量数据没有什么异常情况，继续施加80%力顶推。

以上三次顶推结束后，需要并记录各观测点位移变化值，和理论位移值相比较，没有出现异常位移变化，认为结构安全，可继续顶推，并记录观测点顶推后标高抬高值。

施加100%顶推力：施加80%顶推力持荷20min后，待合龙段长度及墩顶位移值稳定后，分析测量数据没有什么异常情况，继续施加100%力顶推，在顶推过程中，注意实时测量观测点之间的位移，防止出现异常情况。一旦发现异常情况，立即停止顶推，直至分析找出异常情况的原因所在后，解决出现的问题后方可继续顶推，并记录各观测点的位移变化数据和观测点顶推后标高抬高值。

3.2.5 数据分析

各项数据测量完毕后，立即进行分析，和理论模型的数据进行比对，若有大的误差则要找明原因进行分析，再进行处理。通过观测数据分析，实际顶推后的线型、受力状态和理论模型基本吻合，说明顶推达到了预期的设计效果，不需要校正二次顶推。由于本方法采用的顶推技术较好的保证了同步对称顶推，通过测量发现桥梁的轴线没有发生偏移，较好地保证了连续刚构的合龙线性和顶推安全质量和效果。通过测量发现，合龙段最前端的高程变化最大为8mm，高程变化很小，说明本次顶推过程中结构是安全的。（表1）

3.2.6 劲性骨架锁定

顶推结束后，保持千斤顶油泵不回油，保持稳压状态，立即安装合龙段的劲性骨架。劲性骨架的安装严格按照交底及规范要求进行，保证每一个螺帽必须按要求拧紧。劲性骨架安装焊接完毕后，安排技术人员对螺栓和焊缝进行检查，保证劲性骨架的临时锁定的质量和效果。

3.2.7 拆除千斤顶和传力杆件及后续施工

劲性骨架安装完毕后，先将千斤顶同时缓慢卸压、回油，先拆除千斤顶，再拆除顶推传力型钢构件。拆除完顶推的设备后，进行中跨合龙段钢筋的绑扎安装，再进行砼的浇筑，预应力张拉、劲性骨架拆除等工作。

4 施工质量控制要点

在顶推施工中应遵循“墩顶偏移控制为主，顶推力控制为辅”的双控原则，这样才能达到顶推的理想效果，以保证成桥后运行阶段的安全；顶推过程必须保证过程控制，并注意及时把实测观测点的数据和理论模拟值相比较，确保顶推过程的安全和质量；顶推工序的检验、测量、试验和吊装设备都要在实施前进行鉴定和检查，符合要求后才能使用；连续刚构中跨合龙段顶推施工工序必须制定详细的施工工艺及施工作业指导书，绘制详细的施工结构图纸及细部图纸，预埋件的安装方面要严格施工现场管理；加强对工序的监测工作，利用监测数据分析研究顶推出现异常的原因，利用统计技术方法找出影响工序正常的主要原因，采取对策，消除产生影响工序异常的不确定因素；深入、细致地做好线性监控、监测工作，加强测量的真实性和准确性。

5 结语

莆田特大桥跨沈海高速公路刚构连续梁中跨合龙段顶推施工，实际位移和模拟理论位移值相差3mm，达到了设计要求的顶推效果，确保了合龙段的安全顺利施工，合龙后全桥线性与预计成桥线性吻合。施工内力监测表明，该桥施工中所形成的结构内力完全符合设计要求。

合拢顶推施工技术运用Midas桥梁分析软件模拟出顶推施工工况理论位移量，将顶推实际位移和理论位移比较，指导顶推施工，确保顶推施工安全可靠。四台千斤顶同时、同步顶推，现场测量桥梁的轴线，保证了连续刚构的合龙后线性质量和顶推质量。顶推过程遵循“墩顶偏移控制为主，顶推力控制为辅”的双控原则，达到顶推的理想效果，保证了成桥后车辆运行的安全。

参考文献：

[1]胡清和.多跨连续刚构桥顶推合龙方案研究[J].中外公路，2009，29（3）：109-114.

[2]王起才.莆田特大桥刚构连续梁87.3+146+87.3悬臂施工控制报告[R].兰州：兰州交通大学，2010（4）：22-36.

[3]张建军，文良東，闫石，孙雄.汉江五桥主桥中跨合龙段顶推施工关键技术[J].公路交通科技（应用技术版），2013（10）.