薛超
中电建路桥集团有限公司北京100048
摘要：文章研究城市交通流量繁忙且严重拥堵路段，修建大跨度快速立交桥，为了避免车流和市民出行的干扰，在车辆严重拥堵的十字路口采取钢箱梁步履式顶推施工，大大节约了工期。
关键词：大跨度；立交桥；钢箱梁；步履式；顶推
工程概况：
西安市西延路与西影路立交工程为快速路工程主线高架桥，南起西延路-西影路十字南侧，北至太乙立交南侧，由南向北跨越西影路、乐游路、后村西路、青龙路及其他小型规划路一条。工程所在位置于西延路（曲江大道）与西影路十字。西延路（曲江大道）是西安总体规划中的城市快速路之一，是连接南二环与南三环、绕城高速曲江收费站的快速通道，也是西安城区东南方向重要的对外连接通道。
特点：本立交桥工程现有地面道路交通繁忙，拥堵严重，为了避免车流干扰和节约工期，所以在十字路口采取钢箱梁步履式顶推施工。
钢箱梁步履式顶推
1钢箱梁顶推段位置及顶推时间：
顶推时间：考虑到西延路与西影路十字路口人流量及交通车辆较为复杂，安排在夜间进行作业，白天停止顶推，不影响交通正常运行。
2钢箱梁顶推方案的原理
原理概述：钢箱梁顶推段以相邻已安装就位的钢箱梁为施工平台，在平台上，通过在桥面轮胎及地面牵引装置将钢箱梁顶推到设计位置，利用升降支架进行接梁落梁，待钢箱梁落至临时支架上，局部调整后焊接分段拼接缝，以此类推。
牵引过程中要求地面整体平整，不能坑洼不平。必要时可以铺钢板。
顶推牵引力计算
多点顶推施工的动力学基础，可用下述数学表达式表示：
∑Hi=K∑Rifi+GI=2*500*0.15+500*0.0225=161T
单侧牵引力为80.5T，选用两台100T牵引装置满足顶推要求。
式中：Hi—第i桥墩千斤顶所施的力；K-安全系数2
Ri-i号墩的支反力500T；fi-i号墩上滑道的摩擦系数0.15
G-顶推箱梁总重500T；I-顶推箱梁的纵向设计坡度2.25%
这个表达式的物理意义是：把顶推设备分散于各个桥墩，分散抵抗各墩水平反力，梁体移动时顶推力之和等于阻力之和。
3钢箱梁顶推施工
3.1顶推施工顺序：
定位测量（在第一联桥面处测量放线第二段圆曲线位置）→安装组装平台→安装纠偏装置→移动升降支架架设→顶推分段单元组拼焊接→检验合格→后端安装导梁→桥面安置牵引行走轮胎→钢箱梁整体顶推平移→顶升固定支架→拆除导梁迁移行走装置→升降支架落梁就位→复测箱梁位置坐标并调整→复测合格→焊缝拼接焊缝→焊缝检测→拆除支架。
3.2顶推施工具体步骤：
（1）第二联钢箱梁全长140米，顶推段长52米分三段在厂内制作，运输到现场，在已安装就位的第一联桥面上及将移动式升降支架升至设计标高锁定，进行预拼装及组装。在拼装前进行组装胎架（如下图）。
（2）当顶推段组焊好验收合格后，将导梁与钢箱梁端头连接，并在导梁底部装置行走轮胎，撤去工字钢胎架，同时固定升降支架架设到预设位置，并与临时支架用横撑连接成一体。
（3）移动支架顶部通过撑杆与钢箱梁底部双耳板连接，支架升降杆柱与下部柱通过板销及抱箍装置锁死，且用临时支撑将上部升起支架连接形成稳定结构，使其与钢箱梁形成整体结构体系，移动支架顶部与钢箱梁通过斜撑连接牢固，开始牵引移动钢箱梁。
（4）待牵引移动钢箱梁到设计位置，固定升降支架开始顶升与钢箱梁底部垫实，使钢箱梁整体支撑体系转换至两端升降支架上，此时撤去导梁及后置行走轮胎（如下图）。
（5）钢箱梁支撑体系完全转换至顶升支架后，拆除移动支架两侧连接支撑。通过液压同步控制系统将箱梁两端同步开始缓慢平稳下降，每降50mm停顿稳压一次并检测钢箱梁保持稳定状态，下降速度≤10mm/min，直至钢箱梁两端降至临时支架顶部，此时安装临时支架在顶推段跨中布置，防止箱梁下挠，根据测量数据调整跨中支架油顶标高。
（6）当钢箱梁支撑体系完全由升降支架转换至临时支架上，钢箱梁通过临时支架顶部油顶微调，调整检验复测钢箱梁平面位置无误后，进行分段处钢箱梁对接缝焊接，此时撤走移动式支架，整体焊接完毕后，拆除跨中临时支架。
3.3顶推施工应注意事项：
1）顶推前检查路面平整度，有坑洼情况将其填平，当不平度较大时采用钢板垫平。
2）移动式支架在顶升到位移后顶部通过撑杆与钢箱梁底部双耳板连接，支架升降杆柱与下部柱通过板销及抱箍装置锁死，且用临时支撑将上部升起支架连接形成稳定结构，使其与钢箱梁形成整体结构体系。
3）复测好施工支架垂直度、标高及中线位置。
4）顶推中时刻观测钢箱梁是否始终保持同一水平度、垂直度的整体稳定性。
5）在钢箱梁下降前，5#墩柱8米梁段向顶推方向偏移8cm，顶推段钢箱梁后部与固定箱梁段保持3cm间隙，保证下降过程中接口处无结构冲突。
6）固定升降支架与旁边临时支架应采用横撑连成一体。
4轮胎牵引装置
牵引力控制系统，它的作用是使车在各种行驶状况下都能获得最佳的牵引力。牵引力控制系统的控制装置是一台计算机，利用计算机检测车轮的速度和转向角，加速时，如果检测到驱动轮和非驱动轮转速差过大，计算机立即判断驱动力过大，发出指令信号降低驱动力，从而减小驱动轮的滑转率。如果检测出轮胎转向不足，计算机立即判断驱动轮的驱动力过大，发出指令降低驱动力，以便实现转向意图。
5顶推移动式升降支架
为达到新结构新技术的应用，钢箱梁采用新工艺顶推法，传统大跨度顶推在前面加设引导梁，利用移动式支架将取代引导梁，可避免出现悬挑。移动式支架上布置液压油缸和行走器，保证每个受力点为均匀受力，移动之前路面需平整，出现坑洼将填平夯实。在横向12米处安装激光测评仪保证两端水平。在行走过程中，为使支架均匀受力在支架底部安装自动式调整液压油缸进行找平。支点处液压油缸同时加压，保证压力一致进行行走，将支点处液压油管进行并联，当遇到路面不平时，液压油缸自动加压进行找平。
（1）移动支架及油缸设置：钢管支架由Ф530×20钢管，底部竹胶板铺δ=30mm的钢板，底部安装自动式调整装置，中间连接件为Ф140×10、Ф89×6钢管、∠100×10的角钢，形成“井字形”支架。底部钢支架为标准节段，高度1.8米。上部安装油缸四件为单作用顶升能力200吨、顶升高度2.8米；四根套管钢柱由Ф426×20及377*20的钢管组成，材质Q235B，油缸（行程2.8米）伸出约2.75米，内套管377*20在Ф426×20钢管内大于1米。待油缸顶升到位后，由连接件Ф140×10、Ф89×6钢管通过撑杆与钢箱梁底部双耳板连接，支架升降杆柱与下部柱通过板销及抱箍装置锁死穿入Ф100㎜×530㎜钢棒，钢棒销材质Q345D，且临时支撑将上部升起支架连接形成稳定结构。
桥面轮胎及底部轮胎行走机构轮胎选用445/65R22.5规格负荷能5.6t，轮胎气压根据重物适当调整。顶推段箱梁重约500吨，桥面设置64个轮胎，地面设置32个轮胎，满足梁段运输工况。移动支架结构及规格：在轮胎顶部安装自动式调整装置，保证支架在行走中均匀受力。
（2）固定式升降支架：支架及油缸设置：钢管支架由Ф530×20钢管，底部竹胶板铺设δ=20mm的钢板，中间连接件为H250×250×11×11型钢、∠100×10的角钢，形成“井字形”支架。底部钢支架为标准节段，高度1.8米。钢管顶部焊接H400×400×13×21的纵横梁，梁内焊接筋板，保证梁的强度。
上部安装油缸两件为单作用顶升能力200吨、顶升高度2.8米；四根套管钢柱由Ф426×20及377*20的钢管组成，材质Q235B，油缸（行程2.8米）伸出约2.75米，内套管377*20在Ф426×20钢管内大于1米。支架顶升或降落到位后用Ф100㎜×530㎜的钢棒销入Ф426×20固定内套管，钢棒销材质Q345D。
（3）跨中固定支架设置，顶推段箱梁整体落梁完毕后，在跨中设置临时支架，防止箱梁下挠，在支架安装液压油顶，将箱梁顶升。顶升高度，由测量人员控制，达到设计预拱度值后，停止顶升，固定液压油顶。待两侧环向接口几何尺寸符合要求后，开始焊接及检测。
固定支架设置：支架由Ф530×20钢管，底部竹胶板铺设δ=20mm的钢板，中间连接件为H250×250×11×11型钢、∠100×10的角钢，形成“井字形”支架。底部钢支架为标准节段，高度1.8米。钢管顶部焊接H400×400×13×21的纵横梁，梁内焊接筋板，保证梁的强度。
6钢梁荷载计算
该主线桥为国家一级公路桥梁，其设计载重量车辆为55吨，前车轮着地面积S1为0.06㎡，中、后轮着地面积S2为0.12㎡。
G=550KN
顶推段钢箱梁长度为52米，G1=250t；导梁G2=30t
支腿垫块0.12×64件=7.68㎡
结论：P1＜P，满足施工要求！
7主线桥荷载验算
桥面牵引车工作时长度×宽度：6×16.5
P=G=G1+G2=2800KN
桥梁结构整体计算应采用车道荷载，车道荷载应由均布荷载和集中荷载组成，主线桥车道荷载Pu
P1：一级公路桥梁均布荷载标准10.5KN/m
PK：集中荷载（根据跨径在5-50米之间时，pk采用直线内插求得）
λ：系数
结论：P＜N，满足施工要求！
8固定支架顶部设置
顶推段落梁就位后，在固定支架顶部设置聚乙烯四氟板，利用已安装好的液压千斤顶进行对箱梁的微调，待梁段前段环向接口合拢后，将纵向顶推5#墩柱处梁段与其顶推段环向接口合拢，调整最终线性及标高。
9钢箱梁预拱度设置
钢箱梁预拱度设置情况如下：
跨中向支点采用二次抛物线过度，支点预拱度值为零，跨中预拱度值见下表所示：
表1-3跨中预拱度值
10顶推中的偏移及纠正
1）顶推纠偏导向装置：钢箱梁在顶推时，在箱梁顶推施工平台上箱梁横截面中心两侧设置顶推纠偏导向装置，该装置为直径90cm的滚轴，滚轴外包工程硬塑用以减小对梁体的压强，横向控制由丝杠调节。该装置工共设置4个，具体位置根据钢箱梁运动轨迹计算后坐标布置，使箱梁按轴线方向顶推，保证顶推方向。
2）施工平台及地面牵引纠偏：
施工平台：在钢梁前端上部安装导梁，导梁底部安装行走轮胎装置，与箱梁形成整体结构，轮胎利用传感器整体电脑操作。
地面牵引：移动支架和钢箱梁牵引端相连接，底部行走装置按照预设行走轨迹进行方向纠偏。行走轨迹根据道路中心线计算坐标在路面进行放线标记。
3）墩柱支架操作平台上安排专职人员监控顶推方向，并用经纬仪观测钢箱梁中心线铅垂线与道路中心线始终保持重合。
4）当钢箱梁将至临时支墩后，通过预设观测点复测钢箱梁空间位置，根据全站仪观测数据在临时支架顶部通过油顶进行微调。
11顶推中控制重点
（1）位移观测：位移观测主要是梁体的中线偏移和墩顶的水平、竖向位移，在顶推过程需用千斤顶及时调整。墩顶位移观测非常重要，根据设计允许偏位作为最大偏位值，换算坐标，从施力开始到梁体开始移动连续观测，一旦位移超过设计计算允许值则立即停止施力，重新调整各千斤顶。
（2）施加顶推力：顶推力的大小是根据摩阻的大小自行调节的，并通过油表来反应，千斤顶使用之前按要求进行校定，油表应进行标定。每工况下施加顶推力时，先将各个墩上的千斤顶逐步加力至计算的顶力。如梁体仍不能向前移动，则可将顶推平台或主墩上的顶力加大至该墩允许的最大顶推力，箱梁在该墩的摩阻力加该墩允许的最大水平力，此时应按上述第2条的要求进行墩顶位移观测。如施加到最大顶推力时梁体仍未能移动，则应进行检查，研究调整顶推力后方可进行继续顶推。
（3）钢箱梁顶推进行至平台末端：顶推到最后梁段时要特别注意梁段是否到达设计位置，须在温度稳定的时间顶推到最终位置，并根据温度仔细计算测定梁长并应采用小行程点动，以便纠偏及纵移到位。