合理佈設 循序推進——步履式頂推施工臨時跨徑的設定要素分析

武漢青山長江大橋

步履式頂推裝置是集頂升、平移、橫向調整於一體的頂推裝置，能實現鋼箱梁的順橋向、橫橋向、豎向的移動或調整，利用“頂”“推”“落”“回”四個步驟：鋼樑整體頂升，向前推送，之後將鋼樑置於橋墩臨時支墊上，頂推油缸回縮還原，不斷迴圈以實行頂推過程。

圖1 鋼樑頂升

圖2 鋼樑前移

圖3 鋼樑與墊梁力系轉換

圖4 頂推千斤頂收缸回程

步履式頂推施工自問世以來，由於相比以前“拖拉式”頂推具有摩擦力小、頂推過程平穩等特點，迅速在全國普及。臨時跨徑過大會增加頂推風險，臨時跨徑過小會導致臨時墩的數量增多，同樣裝置數量增多、控制難度大，水面臨時墩數量多會佔用更多洩洪通道，汛期臨時墩沖刷更嚴重，存在較大的安全隱患，經濟性較差。

合理設定臨時跨徑的大小是優秀施工設計的前提，透過對武漢青山長江大橋、武漢江漢六橋、長沙福元路湘江大橋等幾座跨江、跨線橋樑頂推施工進行分析，找出影響臨時跨徑設定的影響要素，選擇合理的臨時跨徑施工設計方法，以達到最佳化的目的。

臨時跨徑的設定要素

橋樑型別、跨徑、結構、橋下空間等各不相同，採用步履式頂推施工主要是為了跨越障礙（水面、跨線等），在施工設計時必須滿足透過性要求。此跨徑設定需滿足特定條件，在非特定條件下的臨時跨徑影響要素有主樑及導梁的剛度、頂推裝置的結構形式、橋位處地理位置、地質條件等。

主樑及導梁剛度

步履式頂推相比“拖拉式”頂推具有很多優點，但受限於透過液壓系統四個頂推步驟循壞，施工速度是最大的弱點（拼裝與頂推時間比約3：1），而頂推施工過程中經常需要增減墊塊來改變鋼主樑的高程，此項工作主要依靠人工完成，需要的時間較長，會給施工進度帶來較大影響。而在鋼樑頂推過程中，導梁前端會下撓，即將到達臨時墩時需要對導梁進行抬高以順利透過臨時墩，所以在設定臨時跨徑時控制好導梁前端下撓，既能保證結構安全性，也能大幅提高施工便利性。

從上表統計資料可以看出，螺洲大橋由於採用主縱梁代替導梁，前端荷載過大，下撓達到了1000mm。而江漢六橋由於通航要求，臨時跨徑按90m設定，導梁前端下撓達到了655mm，使頂推臨時墩受力分配不均，帶來了較大的安全隱患，所以不得不對臨時墩進行了加固處理。而其他橋樑頂推時導梁前端下撓較小，頂升安全性及施工便利性得到了保證。

針對主樑及導梁剛度小的問題，可以採取一些方式進行最佳化。

增加鋼主樑剛度。關於臨時跨徑因通航或跨線等原因設定明顯過大時，可以採取江漢六橋增加背撐的方式增加鋼樑前端及導梁剛度，以減小大懸臂狀態下導梁前端下撓程度。此最佳化方案背撐受力較大，背撐與鋼主樑連線點受力根據頂推過程不斷髮生變化，易產生區域性破壞，且經濟性較差。

圖5 背撐增加鋼主樑與導梁剛度

圖6 導梁前端臺階式處理

增加導梁剛度。一般情況下適當增加導梁長度也可以滿足頂推時鋼主樑懸臂透過的要求，但長度增加會導致導梁自重偏大，對鋼主樑也會帶來不利影響，所以應在儘量減小導梁自重的前提下增加其剛度。一般採用雙拼工字型或桁架結構導梁能較好地適應長度和剛度要求，同時在工字型導梁腹板上開孔，既可以減小自重，也可以減小風阻，提高結構的安全性。此最佳化方案能解決絕大部分問題，經濟性較好。

導梁前端進行臺階式處理，可以有限地提高導梁前端到達臨時墩時的施工便利性。此最佳化方案經濟性最好，但過大的撓度不僅影響施工進度，而且易造成導梁和主樑結構損壞，帶來更大的結構安全風險。

頂推裝置的結構形式

步履式頂推裝置結構形式多樣，頂升力大小不一，在進行施工設計設定臨時跨徑時也會產生較大的影響。主要有以下幾種情況：

（1）頂推裝置頂升力較小。頂推裝置的頂升力小，必然會增加更多的頂推裝置，相應的臨時墩數量增加，臨時跨徑變小。裝置數量增多也會帶來同步性控制難度大的問題。

主要方法是先進行頂推過程計算，逐步確定導梁、臨時跨徑及臨時墩後，按照計算的臨時墩反力選擇規格合適、數量合理的頂推裝置。

（2）頂推裝置上部滑塊結構尺寸偏小。部分頂推裝置頂升力滿足要求，但其上部滑塊結構尺寸偏小，與鋼主樑接觸面積較小，易產生區域性變形。

在武漢青山長江大橋引橋鋼槽梁頂推施工時，採用頂推裝置的頂升力達到了1200t，但上部滑塊長度約1。6m。如果臨時跨徑設定過大，頂升時鋼樑底部會因區域性受力過大產生區域性變形，所以即使導梁前端撓度較小，但臨時跨徑設定值未超過34。2m。

解決措施主要是按照裝置最大頂升力（非臨時墩反力），對上部滑塊與鋼主樑接觸部位進行區域性受力計算，根據計算結果對不滿足要求的上部滑塊進行改造。同時在鋼主樑內增加筋板以增大區域性承載力，確保鋼主樑結構安全。

（3）頂推裝置橫向糾偏距離偏小。步履式頂推過程中由於各種原因會導致鋼主樑產生軸線偏位，軸線偏位達到一定值需進行橫向糾偏，而較多引橋鋼樑設計為水平彎曲，在頂推時按照頂推一段距離進行一次橫向糾偏方式實現曲線頂推，臨時跨徑設定過大，頂推時會頻繁地進行橫向糾偏，施工效率差。

橋位處地理位置及地質條件

還有橋位處地理位置、地質條件會對臨時跨徑的設定帶來影響。

橋位處於水中、陸地或是以上兩者均存在，也會影響臨時跨徑大小，其地質條件不同，臨時跨徑大小也不同。一般情況下水中臨時墩較大，臨時跨徑也較大；陸上臨時墩較小，臨時跨徑也較小。特別是在鋼主樑拼裝平臺位置，臨時跨徑會更小。

臨時跨徑會根據地質條件進行適當調整，如表1中提到的武漢某跨線橋，其拼裝平臺位置臨時跨徑較小的臨時墩採用了擴大基礎，而在其主要跨線位置臨時跨徑最大的臨時墩採用了鋼管樁。根據不同的地質條件，採用了不同的基礎形式，既滿足了頂升臨時墩要求，也提高了頂推施工便利性，更節約了造價。

設定臨時跨徑的步驟

經過對以上幾座不同型別的跨江、跨線橋樑上構鋼樑步履式頂推施工過程，及施工設計時臨時跨徑的設定影響要素進行分析，可以看出，雖然上述橋樑步履式頂推施工均順利完成，但未能做到安全性和經濟性最優。武漢青山長江大橋臨時跨徑偏小，江漢六橋臨時跨徑偏大，螺洲大橋採用主縱梁做導梁帶來了安全風險。主要原因是步履式頂推施工招標階段，在進行頂推施工設計時往往先確定頂推裝置後設定臨時跨徑，這樣導致臨時跨徑大小與鋼樑不匹配，對施工安全性、便利性和經濟性帶來了不利的影響。正確地設定臨時跨徑的順序是先根據鋼樑進行計算確定，然後根據裝置、地質條件等進行最佳化，以達到最優的目的。設計時設定臨時跨徑的步驟如下：

（1）先按經驗確定採用導梁的自重、長度、結構形式等，然後對鋼主樑及導梁建立模型進行計算，控制導梁前端下撓量（裝置頂升高度）。根據計算結果確定臨時跨徑大小。

（2）根據已確定的臨時跨徑計算結果，選取結構尺寸及頂升力滿足要求的頂推裝置。

（3）根據計算得到的頂升力及臨時墩反力和橋位地質情況，設計臨時墩大小。

（4）結合實際情況適當最佳化臨時跨徑大小完成設計。

透過分析可以看出，步履式頂推臨時跨徑影響要素按影響力大小排序如下：鋼樑剛度、頂推裝置的頂升力及結構尺寸、臨時墩大小、地質條件。

對於步履式頂推時，臨時跨徑設定的範圍可參考大跨徑橋樑鋼主樑頂推引數，臨時跨徑宜設為60～90m，一般跨徑橋樑鋼主樑頂推臨時跨徑宜40～70m，普通跨線橋樑鋼樑頂推臨時跨徑宜30～50m，可進行步履式頂推的下承式鋼拱橋，在主樑頂推時，臨時跨徑一般設為主跨的1/2。

本文刊載 / 《橋樑》雜誌 2020年 第5期 總第97期

作者 / 祁江波 王利光

作者單位 / 武漢青山長江大橋建設有限公司