大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法及装置

摘要

本发明的大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法，包括以下步骤：在桥梁各跨主墩之间设置临时墩；在临时墩上安装顶推装置与两垫梁，顶推装置设置于两垫梁之间；将钢混结合梁架设在各临时墩的垫梁上；顶推装置向上顶升就位，接触钢混结合梁的底部；顶推装置继续向上顶升，将钢混结合梁顶起并脱离垫梁；顶推装置向前推送，带动钢混结合梁向前移动一设定行程；顶推装置下降，使钢混结合梁再次架设在各临时墩的垫梁上；顶推装置继续下降至初始位置，并向后推送至初始位置，完成一个顶推行程；重复上述步骤直到整个桥梁完成施工。本发明在保证工期的前提下，节约了人力、物力及财力；同时具有施工操作方便，安全可靠，效率高，工期短，综合成本低的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别是指跨铁路、公路、河流等桥梁 工程施工领域中的一种大跨度钢混结合梁或钢箱梁或钢筋混凝土梁步履 式顶推施工方法及装置。

背景技术

随着桥梁事业的发展，各种各样的施工方法相继出现，施工方法必须 适应桥梁本身的结构特点和具体的施工环境，而特定的施工环境和施工条 件也促进了新的施工方法的产生。目前国内桥梁施工中较为常用的顶推工 艺为拖拉式多点连续顶推法，该方法工艺成熟，施工成本低、对设备要求 不高。

顶推法的构思来源于钢桥的纵向拖拉施工法，其用水平千斤顶取代了 卷扬机和滑车，用板式滑动支座取代了滚筒；同时顶推法为分段施工方法 之一，与悬臂施工、逐跨支架施工、逐段支架施工相比，顶推施工方法对 于桥下交通干扰最小，在跨越江河及既有线路的桥梁施工中具有广泛的应 用前景。顶推法施工还具有结构预制场地集中，施工快捷的优点。

拖拉式顶推为钢箱梁顶推施工的常规工艺，即在拼装平台、临时墩、 主墩下横梁上设置滑道梁，钢箱梁在滑道梁上采用钢绞线通过前方的连续 作用千斤顶牵引而滑动。每提升、焊接一个节段，则拖拉一个节段，循环 工作，逐步将钢箱梁拖拉至对岸，直至钢箱梁完成安装。

此方案在国内顶推施工中使用较多、工艺成熟，其主要缺点归纳如下：

①、墩顶产生较大水平力

拖拉式顶推会在临时墩与主墩的墩顶位置产生较大水平力，对临时墩 刚度要求高，对主墩可能造成根部混凝土开裂而无法修复。

②、临时墩墩顶结构复杂

拖拉式顶推临时墩墩顶结构非常复杂，稳定性较差，特别是竖向调整 千斤顶的稳定性不好，在拖拉过程中，受偏载(水平力)的影响，钢箱梁 有倾覆的危险。

因此，该工艺施工时存在对墩身产生较大的水平推力，且横向限位装 置等设置困难，效果难以保证的问题；同时，此方法施工中需要大量的人 力给每个钢滑道喂送滑块，施工工期长，施工效率较低，因此必须对以往 的顶推施工方法进行改进，以满足工程使用要求。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明的目的是为了保证桥梁顶推施工的顺利进 行，有效减少纠偏次数，节约纠偏所需时间，在有效保证工期的前提下， 节约纠偏时的人力、物力及财力。

为达到上述目的，本发明提供了一种大跨度钢混结合梁步履式顶推施 工方法，包括以下步骤：

(1)在待施工桥梁的各跨主墩之间设置数个临时墩；

(2)在所述临时墩上安装顶推装置和两垫梁，所述顶推装置顶面高 度的初始高度小于所述垫梁的高度，所述两垫梁沿所述待施工桥梁的长度 方向前后设置，所述顶推装置设置于所述两垫梁之间；

(3)将钢混结合梁架设在各所述临时墩的垫梁上；

(4)所述顶推装置向上顶升就位，使所述顶推装置接触所述钢混结 合梁的底部；

(5)所述顶推装置继续向上顶升，将所述钢混结合梁顶起并脱离所 述垫梁至一设定高度；

(6)所述顶推装置上的滑箱沿所述待施工桥梁的长度方向向前推送， 带动所述钢混结合梁向前移动一设定行程；

(7)所述顶推装置下降，使所述钢混结合梁再次架设在各所述临时 墩的垫梁上；

(8)所述顶推装置继续下降至初始位置，顶推装置上的滑箱沿所述 待施工桥梁的长度方向向后推送至初始位置，完成一个顶推行程；

(9)重复上述步骤(4)～(8)直到整个桥梁完成施工。

本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法的进一步改进在于，所 述钢混结合梁在现场进行梁段组拼，拼接长度为14～16m的吊装梁段。

本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法的进一步改进在于，所 述临时墩顶部设有盖梁，所述顶推装置和所述两垫梁安装于所述盖梁上。

本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法的进一步改进在于，包 括一判断所述钢混结合梁轴线偏差的方法，包括以下步骤：

在所述盖梁的前后两侧面上离开所述钢混结合梁腹板底边线外侧 50cm处，放样出控制点，各所述临时墩盖梁上的所述控制点均处于一条直 线上，该直线与所述钢混结合梁的中轴线平行；

在顶推的过程中，通过测量每个盖梁上的控制点与所述钢混结合梁腹 板底边线的距离变化，判断所述钢混结合梁的轴线偏差。

本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法的进一步改进在于，还 包括一纠偏方法，包括以下步骤：

在所述顶推装置上设置水平调节油缸，所述水平调节油缸可沿所述待 施工桥梁的宽度方向对所述钢混结合梁进行左右水平调节；

对所述钢混结合梁的轴线偏差设定一预警阈值，当所述钢混结合梁的 轴线横向偏差达到所述预警阈值时停止顶推，所述水平调节油缸对所述钢 混结合梁左右调节进行横向纠偏。

本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法的进一步改进在于，将 所述预警阈值设置为所述钢混结合梁的轴线偏差增量与轴线偏差累计值 的线性段与非线性段的交界处。其中，所述的预警阈值采用统计学原理对 现场实测数据进行科学分析并参考经验数据综合得出，作为是否进行钢混 结合梁横向纠偏的判断依据。

在上述施工方法中，本发明还提供了一种大跨度钢混结合梁步履式顶 推装置，包括：

一滑道，所述滑道底部设有竖向千斤顶；

一滑箱，设置于所述滑道顶部，所述滑箱两侧沿第一方向设有水平千 斤顶以及用于测定所述水平千斤顶顶推行程的位移传感器，所述滑箱与所 述水平千斤顶保持传动连接，所述水平千斤顶的水平顶进距离由所述位移 传感器实时测定。

本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推装置的进一步改进在于，所述滑 道外侧面沿垂直于所述第一方向的第二方向设有水平调节油缸，所述滑道与 所述水平调节油缸保持传动连接。

本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推装置的进一步改进在于，所述滑 箱顶部设置有橡胶垫。所述橡胶垫的长度与所述滑箱长度一致，其宽度、 刚度等采用有限元计算分析优化确定，以使钢混结合梁底板和腹板受力大 小符合要求。

本发明的大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法，通过顶推装置与垫 梁的配合作用，将钢混结合梁逐段进行推移，进而完成整个桥梁的施工。 保证了桥梁顶推施工的顺利进行，根据钢混结合梁轴线横向偏位值与预警 阈值的比较，适时进行横向纠偏，有效减少了纠偏次数，节约了纠偏所需 时间，在有效保证工期的前提下，节约了纠偏时的人力、物力及财力；使 用本发明方法还具有施工作业操作方便，安全可靠，效率高，总工期短， 综合成本低的优点。

本发明的大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法对桥下地基和净空 无要求，不影响通车或通航；搭设平台的材料大多为型钢和钢板，便于取 材和重复使用；顶推过程中主梁受力明确，标高等较容易控制，不存在合 龙问题。

采用本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法中提出的纠偏预 警阈值d确定方法及纠偏方法，根据专项研究成果，将实际顶推循环中横 向偏位增量与横向偏位累计值控制在线性关系阶段，在此阶段单次循环的 最大偏位增量将大大减小(针对具体工程可由30mm降低为10mm)。同 时采用本发明提出的控制偏位措施后，可使各个临时墩位置单次循环横向 偏位的均值及标准差有明显下降，因此可使顶推施工的偏位纠偏得到有效 的控制。

采用本发明的大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法运用于具体的 实际工程中，通过对比分析，整个顶推过程中所需的时间仅为传统方法的 1/2～1/3，效率高、工期短。

附图说明

图1是本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法的流程示意图。

图2是本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推装置的平面示意图。

图3是本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法中的桥梁总体布 置图。

图4是本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法中的临时墩示意 图。

图5是本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法中顶推装置的就 位示意图。

图6是本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法中顶推装置的顶 升就位意图。

图7是本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法中顶推装置的顶 升示意图。

图8是本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法中顶推装置的水 平推送示意图。

图9是本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法中顶推装置的下 降示意图。

图10是本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法中顶推装置的 下降回程示意图。

图11是本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法中顶推装置的 滑箱的回程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

先配合参看图2所示，本发明的大跨度钢混结合梁步履式顶推装置1， 包括：

一滑道10，所述滑道10的底部设有4个竖向千斤顶120；

一滑箱20，所述滑箱20设置于所述滑道10的顶部，所述滑箱20的 前后侧面沿第一方向(图中所示为X方向)设有4个水平千斤顶110以及 用于测定所述水平千斤顶110顶推行程的位移传感器，所述滑箱20与所 述水平千斤顶110保持传动连接，所述水平千斤顶110的水平顶进距离由 所述位移传感器实时测定。所述滑箱20的顶部还设置有橡胶垫220；

所述滑道10的左右侧面沿垂直于所述第一方向的第二方向设有4个水 平调节油缸130，所述滑道10与所述水平调节油缸130保持传动连接，所 述水平调节油缸130可带动所述滑道10沿第二方向进行移动，从而带动 钢混结合梁沿第二方向移动。

再配合参看图1所示，是本发明大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方 法的流程示意图，包括以下步骤：

S101结合图3所示，为桥梁总体布置图，待施工桥梁30完成后架设 在主墩40上，再结合图4所示，在待施工桥梁的各主墩40之间设置数个 临时墩50，主墩40和临时墩50顶部设有盖梁60，临时墩50之间为铁路 或河流等中间间隔物90；

S102结合图5所示，在所述临时墩50的盖梁60上安装顶推装置1 和两垫梁70，所述顶推装置1上滑箱20的顶部的初始高度小于所述垫梁 70的高度，所述两垫梁70沿所述待施工桥梁30的长度方向前后设置，所 述顶推装置1设置于所述两垫梁70之间；

S103将待施工的钢混结合梁80架设在各所述临时墩50的垫梁70上， 图中所示仅为顶推的钢混结合梁80的梁段；

S104结合图6所示，将所述顶推装置1的竖向千斤顶120通过设定的 顶升力值向上顶升就位，使所述顶推装置1的滑箱20的顶部完全接触所 述钢混结合梁80的底部；

S105结合图7所示，将所述顶推装置1的竖向千斤顶120继续向上顶 升，带动所述滑箱20将所述钢混结合梁80顶起并脱离所述垫梁70至一 设定高度；

S106结合图8所示，将所述顶推装置1的滑箱20通过水平千斤顶110 沿所述待施工桥梁30的长度方向向前(图中箭头方向所示)推送，带动 所述钢混结合梁80向前移动一设定行程，移动至设定好的行程位置；

S107结合图9所示，钢混结合梁80前移完成后，将所述顶推装置1 的竖向千斤顶120缩缸回程，使所述钢混结合梁80再次架设在各所述临 时墩50的垫梁70上；

S108结合图10所示，将所述顶推装置1的竖向千斤顶120继续缩缸 回程至初始位置，使所述滑箱20完全脱离钢混结合梁80，再结合图11 所示，再将所述顶推装置1的滑箱20通过水平向千斤顶110沿所述待施 工桥梁30的长度方向向后缩缸回程至初始位置，完成一个顶推行程；

S109重复上述步骤S104～S108直到整个桥梁完成施工。

优选的，在上述顶推过程中，在桥梁各跨主墩之间布置若干个临时墩， 作为顶推装置1的安装位置，以减小钢混结合梁悬臂端的长度。主墩在顶 推过程中也可作为临时墩，在主墩位置处的临时墩共用主墩桩基及承台， 其余临时墩可采用群桩基础，其桩径、桩间距及桩位布置形式等根据主梁 顶推过程中的受力大小、受力形式等具体确定。

钢混结合梁的断面形式可采用4.5m(也可采用3.9m、4.2m、4.8m等其 他高度)高的槽型钢梁与0.3m等厚度钢筋混凝土面板或变厚度钢筋混凝土 面板组成，槽型钢梁具体高度由钢混结合梁的设计抗弯承载力大小确定。 钢混结合梁的制作、运输等受道路限高限宽的影响，其采用现场加工、焊 接成节段、吊装至支架上接长的施工方法，并在现场进行梁段组拼，拼接 长度为14～16m的吊装梁段。进一步，各吊装梁段采用大型汽车吊吊运至 由各临时墩和主墩组成的拼装平台上，按设计线形组拼成128m长的顶推 钢混结合梁段，实施顶推施工。

顶推过程中顶推装置1的滑箱20是支撑钢混结合梁80主梁的受力结 构，为使主梁受力均衡，在滑箱20的顶部设置橡胶垫220，其尺寸(长、 宽、高等参数)根据顶推过程中的强度、刚度及稳定性的要求具体确定。

钢混结合梁80主梁上墩时为确保安全，顶推装置1在主梁最前端距 离垫梁的距离达到40～60mm时，停止顶推，回程千斤顶，重新进行下一 个行程的顶推循环并恢复到正常的230mm顶推行程，然后再进行主梁上 墩，以满足主梁底部与垫梁接触宽度达到50cm以上的要求。同时，主梁 脱墩时为确保安全，顶推装置1在主梁最后端距离垫梁的距离达到 150～170mm时，停止顶推，回程千斤顶，重新进行下一个行程的顶推循环 并恢复到正常的230mm顶推行程，然后再此循环内主梁能完全脱离垫梁 的范围，使落梁后以满足主梁底部与垫梁接触宽度达到50cm以上的要求。

优选的，在上述顶推过程中，还包括一判断所述钢混结合梁轴线偏差 的方法：在所述全部临时墩上，在钢混结合梁的下方的盖梁的前后两侧面 上离开钢混结合梁腹板底边线外侧50cm处，放样出控制点，前后临时墩 盖梁上的全部理论控制点都在一条直线上，该直线与钢混结合梁的中轴线 平行；

在顶推的过程中，通过测量每个盖梁上的控制点与钢混结合梁腹板底 边线的距离变化即可判断所述钢混结合梁的轴线偏差。

为了控制主梁在顶推过程中的中轴线始终处于规定的范围内，在上述 顶推过程中，还包括一纠偏方法，包括以下步骤：

1.1在顶推装置1上设置水平调节油缸130，所述水平调节油缸130 可沿待施工桥梁30的宽度方向对钢混结合梁80进行左右调节；

1.2顶推过程中对钢混结合梁80的轴线偏差设定一预警阈值d(预警 阈值d的大小根据主梁的跨度、各幅宽度、统计学方法及工程经验等具体 确定)，当钢混结合梁80的轴线偏差达到预警阈值d时停止顶推，侧向 水平调节油缸130对钢混结合梁80左右调节进行纠偏。

1.3确保同步顶推：每次顶推前，应仔细检查中央控制系统和各墩处 顶推装置的性能，顶推过程中通过顶推位移和顶推力进行双控，以顶推位 移控制为主，确保主梁左右侧前行位移量协调统一。

1.4顶推时动态监测措施：在主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。主梁吊至拼装平台后，在主梁腹板下边线上方用红 油漆笔作里程标线，标线刻度为1cm，同时在临时墩的垫梁内侧对应腹板 的位置处做有标记，这样顶推过程中位于临时墩工作平台上的操作人员能 直观地观测两侧进尺是否同步、主梁是否偏位，当发现中线偏位时，根据 预警阈值与实际偏位值得大小比较，进行适时纠偏。

1.5限位措施：主梁顶推时通过各种导向装置限位，控制主梁横向偏 移。

在上述纠偏方法中，通过监测数据对钢混结合梁的轴线偏差(横向偏 位)进行统计分析，当钢混结合梁轴线偏差累计值较小了，轴线偏差增量 与之成线性关系，当钢混结合梁轴线偏差累计值增大到一定时，轴线偏差 增量与之成非线性增长，因此可将预警阈值d设为循环偏位增量的线性段 与非线性段的交界处。其中，所述的预警阈值采用统计学原理对现场实测 数据进行科学分析并参考经验数据综合得出，作为是否进行钢混结合梁横 向纠偏的判断依据。

采用本发明的大跨度钢混结合梁步履式顶推施工方法：保证了桥梁顶 推施工的顺利进行，有效减少了纠偏次数，节约了纠偏所需时间，在有效 保证工期的前提下，节约了纠偏时的人力、物力及财力；同时使用本发明 方法还具有施工作业操作方便，安全可靠，效率高，总工期短，综合成本 低的优点。

并且本发明对桥下地基和净空无要求，不影响通车或通航；搭设平台 的材料大多为型钢和钢板，便于取材和重复使用；顶推过程中主梁受力明 确，标高等较容易控制，不存在合龙问题。

另外本发明中提出的预警阈值d确定方法及纠偏方法，根据专项研究 成果，将实际顶推循环中横向偏位增量与横向偏位累计值控制在线性关系 阶段，在此阶段单次循环的最大偏位增量将大大减小(针对具体工程可由 30mm降低为10mm)。同时采用本发明提出的控制偏位措施后，可使各 个临时墩位置单次循环横向偏位的均值及标准差有明显下降，因此可使顶 推施工的偏位纠偏得到有效的控制。

在本发明的一个具体实施例中，钢混结合梁主梁上部为(65+100+65) m三跨钢混结合连续梁，桥面采用双幅，每幅桥面宽度为16.5m；根据设 计要求，中跨8#墩侧63m梁段及大里程侧65m边跨共计128m钢梁，采 用本发明的步履式顶推施工方法施工，顶推距离为128m，与剩余102m钢 混结合梁在支架上焊接接长成230m的钢梁后整体落梁就位。左右幅各设 置8个临时墩，在每个临时墩顶部安装顶推装置。其中1#、4#临时墩共用 主墩桩基、承台，其余采用群桩基础，桩径为1.2m，矩形墩柱。

本实施例先进行右幅桥段顶推施工，在此实施例中，得到了此纠偏预 警阈值为5cm，并将此用于左幅桥的施工中，当偏位值大于此值时进行纠 偏，小于此值时不进行纠偏；因此在左幅桥的施工中纠偏次数远远小于右 幅桥施工时的纠偏次数，工期明显减少，为右幅桥施工工期的1/3。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上 的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明， 任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围 内。