试论大跨度钢桁架桥整体顶推施工方法的应用

2013 NO.16Science and Technology Innovation Herald科技创新导报试论大跨度钢桁架桥整体顶推施工方法的应用①

周广庆

（中国水利水电第二工程局有限公司 北京 100120）

摘 要：大跨度钢桁架桥因为跨越能力较强、造型美观、坚固耐用、有利于观瞻等特点，越来越多地被用于工程建设中。采用何种施工技术是实现大跨度钢桁架桥质量和安全的重要保证，为了大跨度钢桁架桥施工技术的进一步完善，从大跨度钢桁架桥的实际出发，紧紧围绕现代技术对大跨度钢桁架桥施工技术日益提高的质量和安全要求，对整体顶推施工方法进行有特色的科学研究，充分发挥大跨度钢桁架桥为社会、公共事业、经济服务的优势，是摆在每一个大跨度钢桁架桥施工技术人员工面前的重要任务，该文立足于大跨度钢桁架桥整体顶推施工方法的应用现状，针对大跨度钢桁架桥整体顶推施工中应当注意的事项，采用例证分析的方法，结合埃塞俄比亚青尼罗河大桥的施工实际，对大跨度钢桁架桥整体顶推施工方法进行探讨，希望能够为大跨度钢桁架桥施工技术的完善和发展提供可靠的依据。关键词：大跨度 钢桁架桥 整体顶推 施工方法 应用中图分类号：U445.462 文献标识码：A

文章编号：1674-098X(2013)06(a)-0027-04

随着高科技的飞速发展和经济的快速增长，人类对自然环境的改造力度越来越大，跨河大桥等桥梁建设项目纷纷上马，采用何种架桥技术成为衡量桥梁技术水平的标尺，同时，对桥梁架设过程中的质量和安全提出了更高的要求。冯岩在《大跨钢桁架施工方法优选与技术研究》一文中提出：“随着中国经济的迅猛腾飞和现代化程度的不断提高，使得大跨度建筑的应用得到了前所未有的发展，因此也为建造大跨度建筑提出了更高的要求，除了必须解决大跨度结构设计和开发的理论问题之外，还必须由于科学水平的发展，涌现了越来越多的新

必要的。”因此，结合桥梁施工实际，对大跨度钢桁架桥整体顶推施工方法进行研究，从中总结出科学、合理的施工方法既符合客观实际的需要，又有利于桥梁建设的科学发展。

推施工，为了减小顶推梁运行中的内力，便于顶推运行，简化施工结构，在3#墩和4#墩中间、5#墩和6#墩中间分别设1#和2#临时墩。

1.2 埃塞俄比亚青尼罗河大桥顶推架设特点概述

由于钢桁架结构纵桥向坡度为零，顶推设计为平坡顶推。顶推架设特点如下：一是半悬臂采用70 m跨径桥孔内设1个临时支墩，减小钢梁在悬臂顶推过程中的倾覆力矩；二是在滑道设置方面采用纵梁下设连续上滑道，墩顶面设通长下滑道，桥头路基和混凝土桥面上设间断下滑道；三是采用高位顶推的方法，在桥头路基和已完工的钢筋混凝土桥面上设下滑道顶推；四是在顶推方法采用多次顶推就位法，一次整体拼装，多次顶推就位；五是顶推装置使用水平-竖直千斤顶顶推；六、顶推方式采用多点顶推。

1 埃塞俄比亚青尼罗河大桥概况及顶

推架设特点概述

1.1 埃塞俄比亚青尼罗河大桥概况

埃塞俄比亚青尼罗河大桥位于BLUE NILE RIVER较为平坦和宽浅的河道处，桥梁西岸(ASSOSA方向)的桥台桩号为KM163+973.5，东岸(GUBA方向)的桥台桩号为KM1+329.30，桥梁全长355.8m。桥梁布局为：2×20M(钢筋混凝土“T”梁)+70M(钢桁架梁)+35M(钢桁架梁)+70M(钢桁架梁)+7×20M(钢筋混凝土“T”梁)，桥面宽10.3 m，即：7.3 m行车道+2×1.5 m人行道。考虑到175 m钢梁顶

特别关注解决施工组织及其设计的问题。

.com.cn. All Rights Reserved.思路、新方法、新工艺，对于施工方案的优选，直接影响了工程的成本、质量和进度等重要因素，优选的目的就是运用科学的方法，以最小的劳动消耗取得最大的社会经济效益。因此对该类问题进行研究是十分

2 埃塞俄比亚青尼罗河大桥整体顶推

施工的配置

2.1 整体顶推施工的系统配置

埃塞俄比亚青尼罗河大桥大跨度钢桁架桥整体顶推施工采用ZLD连续顶推系统，该系统由柳州欧维姆机械股份有限公司生产。ZLD自动连续顶推系统目前有2000 kN级、1000 kN级、200 kN级三个

图1 顶推梁体受力示意图

品种，主要特点在于它的连续性和同步性。连续性，就是它能不断的并且匀速地将一大型物件水平顶推几十米甚至几百米的距离或水平转体任意角度；同步性，就是它能多台千斤顶同步工作。这样，不仅克服了多点顶推中由于反复起动、停止而对工程造成的不良影响，而且大大地加快了施工的速度。ZLD自动连续顶推系统采用柔性墩顶推工艺，该工艺将水平顶推力分散到多个桥

图2 自动连续顶推千斤顶、自动连续顶推泵站和主控台三者关系示意图

台、桥墩上，在所有千斤顶的同步作用下，按照千斤顶出力大小按摩阻力大小变化分为

①作者简介：周广庆（1971.2—），内蒙古自治区,哲里木盟，大学本科，工程师,研究方向:金属结构制作与安装工程，工业与民用建筑，道路

桥梁施工，水利水电工程。

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科技创新导报2013 NO.16Science and Technology Innovation Herald四级，逐级升压，对梁体施力，两台千斤顶ZLD自动连续顶推系统由三部分组纵向串联再通过自动控制装置来实现交替成，即自动连续顶推千斤顶、自动连续顶推牵引。牵引的速度连续、不间断。

泵站和主控台，其相互关系如图2所示。

多点柔性墩顶推的技术关键：每墩上主控台由主控单元、检测单元、显示单水平千斤顶施力的大小应根据桥墩上所受元及执行机构等组成。主控单元采用 PLC梁体滑动摩擦阻力大小而确定，也就是说（可编程控制器）控制，检测单元由安装在千斤顶施力与磨擦阻力基本平衡，梁体能在千斤顶上的接近开关组成，将千斤顶活塞四氟板和不锈钢滑道板组成的滑道装置上位置信号送到主控单元。每台千斤顶有6个以较小的摩擦系数向前移动，柔性桥墩承接近开关组成1～6#感应位，1～3#位为后受的水平力合力为零(图1)。

顶行程感应位，4～6#位为前顶行程感应其数学表达式：位。显示单元由面板上的指示灯及液晶触｜Fi-(μi+ki)Ni｜≤[F许]摸屏组成，用于显示控制系统的运行状况。式中：

执行机构由液压泵站上的电磁换向阀构Fi：表示某墩水平千斤顶所施的力；成、受PLC的控制。

μi：表示摩擦系数0.04～0.08；自动连续顶推泵站分液压系统和控制ki：表示上坡阻力系数。

电路系统两部分。自动连续顶推泵站液压系统原理图如图3所示。

图3 泵站液压系统原理图

（1）电磁换向阀；（2）溢流阀；（3）压力表；（4）油泵；（5）电动机；（6）滤油器位；（7）油箱；A1、后

顶进；B1、后顶回；A2、前顶进；B2、前顶回

图4 自动连续顶推千斤顶的结构

（1）后顶穿心套；（2）油缸；（3）后顶活塞；（4）后顶密封板；（5）后顶锚板；（6）后顶夹片；（7）行程开关SQ1；（8）行程开关SQ2；（9）行程开关SQ3；（10）前顶穿心套；（11）前顶活塞；（12）前顶密封板；（13）前顶锚板；（14）前顶夹片；（15）行程开关SQ4；（16）钢绞线；（17）行程开关SQ5；（18）

行程开关SQ6；（19）前顶回油嘴；（20）前顶进油嘴；（21）后顶回油嘴；（22）后顶进油嘴

图5 连续顶推示意图

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该钢梁的上坡阻力为零（纵坡为零度），顶推时的钢梁总重约558 t（拼装桥面板10块）。水平静磨擦力按钢梁自重10%，最大静推动力约为55.8 t。顶推设备采用10台ZLD20自动连续顶推千斤顶，5台ZLDB-G泵站。顺桥向每隔35m，以桥面中心线为对称轴设置两台ZLD20和一台ZLDB-G，顶推千斤顶与下弦距离1.725 m（图4）。

连续顶推的工作原理如图5所示。2.2 埃塞俄比亚青尼罗河大桥整体顶推施工的准备

在埃塞俄比亚青尼罗河大桥整体顶推施工中，为保证桥梁施工的安全、质量和进度，必须做好实施整体顶推施工的各项准备工作，为桥梁的顺利施工打下坚实的基础。

2.2.1 埃塞俄比亚青尼罗河大桥整体顶推施工的现场准备

在埃塞俄比亚青尼罗河大桥的施工过程中，施工方法的使用的基础是施工场地的准备工作。三跨连续钢桁架桥位于3#墩与6#墩之间，总长为175 m，其东端与7跨每跨20 m钢筋混凝土桥紧接，西端与2跨每跨20 m钢筋混凝土桥连接。由于钢桁架梁夹在两边钢筋混凝土桥之间，利用已经完成的钢筋混凝土桥面作为顶推场地是唯一选择。

在钢桁梁进行顶推施工之前，1#台-3#墩和6#墩-13#台之间的钢筋混凝土桥面已经完成浇筑。钢筋混凝土桥面宽度达11.1 m，扣除两侧各40 cm的人行道栏杆净宽仅有10.3 m，其中双车道宽7.3 m，两侧人行道各宽1.5 m。钢桁架梁底部两道下纵梁HE900A的中距为7.95 m(>7.3 m)。在横桥向勉强可以满足钢桁梁拼装空间的需要，但在桥面上不易调用和运转大型运输、吊装设备如装载机和50 t吊车等，而且下滑道必须设于混凝土桥行车道和人行道交接处；在纵桥向，钢桥两端的混凝土桥面长度均不能满足桁架整体拼装所需的拼装场地。因此，为了尽量

减少和避免上述顶推架设的不便，为拼装钢梁提供足够的操作空间，初步拟定在与ASSOSA岸桥台相接的路面上拼装钢桁梁，拼装场地顺桥向长175 m。结合拼装场地条件，全桥钢梁一次整体拼装175 m，多次顶推就位。

钢桁架梁主梁两桁架间的中距为7.95 m，而钢筋混凝土梁外侧的两片梁的中距为8.0 m，与钢桁架主梁基本吻合，因此可以将桥面中线作为拼装场地的中线。

2.2.2 埃塞俄比亚青尼罗河大桥整体顶推施工的临时墩的准备

因为埃塞俄比亚青尼罗河大桥钢梁的最大设计跨径为70 m(大于50 m)，为

减少顶推钢梁的悬臂长度和梁体过大的

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弹性下挠，在3#墩和4#墩中间、5#墩和6#墩中间分别设1#和2#临时墩，此时顶推跨径为35 m。为了加快临时墩施工进度，临时墩基础和下部分墩身采用刚度大的混凝土结构，上部分墩身设计为贝雷桁架。1#、2#临时墩的混凝土结构部分已经完工。基础坐落于未风化的坚硬基岩上，采用和主体墩身基础相似的扩大基础，尺寸为12 m×4 m×0.7 m。墩身平面尺寸为9 m×3 m。为了节省混凝土浇筑量，中间部分放入若干个尺寸为L×W×H=1.2 m×1 m×0.75 m钢筋笼，钢筋笼内填入片石。钢筋笼的总体尺寸为1.2 m×8 m×3 m。临时墩的贝雷桁架每层1.5 m共9层，总高度高达13.5 m，顺桥向为3 m，横桥向为9 m。为确保临时墩在顶推过程中或受到风荷载时能够保持稳定，偶数层8片贝雷横桥向每排1片共8排平行排列，奇数层15片贝雷顺桥向每排3片共5排平行排列。1#、2#临时墩分别与相邻的主桥墩用水平束连接，同时在顺桥向设置双边对称缆风。由于临时墩系阻水建筑，在

2013 NO.16Science and Technology Innovation Herald科技创新导报完成钢桁架落梁就位后予以拆除。为了减少拆除工程量，在施工临时墩时预留PVC管子，拆除时将管内存水抽净，然后实施爆破拆除。实施爆破作业时将采取相应措施确保主体工程的安全。

2.2.3 埃塞俄比亚青尼罗河大桥整体顶推施工的支墩的准备

该项目支墩分为路面拼装场支墩和桥面支墩、桥墩顶面支墩和临时墩支墩。支墩由墩身、顶面滑道等组成。首先，在路面和桥面支墩的设计方面：路面上支墩设计为两道连续的混凝土地梁，地梁顶面平面尺寸175 m×0.4 m，两者顺桥向中心线间距等于钢梁下弦间距，即7.95 m。由于该项目钢桁架在路面上拼装，而混凝土桥面本身就高于钢梁墩顶将近2 m，所以路面支墩应尽量降低高度，混凝土地梁的顶面标高为539.90 m，较3#桥墩处的桥面标高539.50 m高出40 cm。为了方便手动喂入上滑道板，以地梁GUBA端为起点，向ASSOSA向延伸，每隔35 m在每道地梁顶面设置五道尺寸为

L×W×H=1.5 m×0.4 m×0.15 m的小支墩；在A1桥台附近路面上、2#、3#桥墩附近的混凝土桥面上设置双排共六道平面尺寸为L×W=1.5 m×0.4 m的混凝土小支墩，支墩高度依次为1.2 m、0.65 m、0.55 m，支墩的顶面标高均为0.05 m（图6、图7）。

其次，主桥墩上支墩的顶面标高为0.05 m，其比墩顶高出2.375 m，所以支墩高度配合顶推高度设为2.375 m。顺桥向长度为1.5 m。支墩主体结构采用工字钢、槽钢等搭设。盖梁顶面5%流水斜坡，可采用楔形木块或低标号水泥混凝土(接触面上铺水泥纸袋)垫平。

第三、临时墩支墩的顶面标高为0.05 m，其结构形式与主桥墩支墩类似。1#、2#临时墩支墩高度分别为2.776 m、2.4 m。

第四、上墩设施用来将顶推至支墩侧面下挠的钢梁端部升高至支墩顶面滑道位置，并通过支墩上顶面滑道继续顶推前进。钢梁顶推最大悬臂长35 m，悬臂端的最大挠度为77 mm。由于梁前端低于支墩上的下滑道顶面，不能直接上墩。为了钢梁悬臂端顺利上墩，在钢梁上墩之前，墩顶安装了一部分墩顶支架，该支架顶面标高（539.87 m）比下滑道顶面标高（0.07 m）低0.2 m。在墩顶支架上、对应下横梁竖直千斤顶起顶点处放置50T级手摇竖直千斤顶。当钢梁顶推跨过任何一个桥墩（3#主墩、1#临时墩、4#主墩、5#主墩、2#临时墩、6#主墩）后，该桥墩上的两台竖直千斤顶同时手动操作顶起钢梁至顶推下滑道顶面标高，在墩顶安装标高范

.com.cn. All Rights Reserved.图6 路面支墩实图围为539.87～0.07 m的支架。

3 整体顶推施工方法的应用

3.1 整体液压顶推施工工艺

（1）设备安装，每35 m安装1#～10#千斤顶和1#～5#泵站，主控台放在1#桥台周围。

（2）空载联调。

（3）钢绞线等长下料，每根约45 m，共5根。

（4）穿钢绞线，先穿1#千斤顶，每顶穿入1根钢绞线。

（5）随着顶推的进行，顶推前进方向的其他千斤顶依次加入工作。

（6）顶推过程中，各千斤顶在适当时需要换拉锚器位置，重新预紧钢绞线。

（7）钢梁牵引到达预定位置后，千斤顶回程，取出夹持器夹片，松固定端压板，退出夹片，钢绞线从张拉端抽出。3.2 施工过程中的注意事项

（1）检查滑道、顶推系统以及其他临

图7 桥面支墩实图

时设施无误后，可由主控台发出顶推指令。

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科技创新导报2013 NO.16Science and Technology Innovation Herald（2）主控台面板上的按键操作如下：启架临时墩的安全，落架时千斤顶和临时支动→自动→前顶进，这样钢梁可以自动连续撑的压力不容许超过设计压力的10％。

的被顶推。

根据青尼罗河大桥的落梁高度，为保（3）在顶推过程中，液压、电控专业技证175 m的主钢桁架顺利落架1.4米，用于术人员要密切注意千斤顶、泵站和主控台的落架的千斤顶活塞端部均设置有球形顶压工作情况，尤其是自动连续千斤顶前后两套头，顶升缸设置的背压阀具备自锁功能，通夹持器的持力转换效率。

过控制系统保证各顶升点的同步性、可控（4）在滑移过程中，随时检查滑块的性，避免落梁时桥墩托空及爆裂。

磨损情况，并准备顶升千斤顶以更换滑块。

（5）测量人员随时观测该钢梁控制点4 在整体顶推施工过程中做好安全管

的三维坐标以随时指导顶推施工。

理和控制

（6）最后定位调整时，最好手动，而且在整体顶推施工过程中做好安全管理保证千斤顶有部分活塞延伸量，以方便顶推和控制关系到施工方法实施的效果。本桥到位后拆除顶推设备。

桥高达近二十米，桥梁顶推安装属高空作（7）桁架轨道上必须布置定位点以刹业，因此必须把施工安全放在第一位。因车用，严防钢梁顶推过头。

此，在施工过程中，坚持做到了一下几个方（8）顶推过程中保证同步、对称、自动面的工作：针对本项目的特点制定钢桁架梁连续顶推。

安装操作规程，并贯彻到每一个施工人员（9）构件工具锚安装孔中心与千斤顶和每一个施工步骤中；钢结构安装架设前，的中心应在同一水平线内，严格控制钢绞线对全体安装人员进行详细的安全交底，参偏移水平线的角度≤3°。

加安装架设的人员明确分工，结合现场具体（10）钢梁在顶推过程必须采取有效情况，提出保证安全施工的要求。钢结构安的纠偏措施。当钢梁轴线偏移超过一定范装架设的全体人员，都要熟悉并严格执行本围后及时停止顶推，并进行纠偏工作，使梁工种的安全操作规程，精心操作；参加安装回到预定位置后方可继续顶推。

的各专业工种，必须服从现场统一指挥，技当全部钢桁架顶推就位后，由12台术、安全负责人在发现违章作业时，要及时YBD100-200斤顶同时进行全桥顶升，并逐劝阻，对不听劝阻继续违章操作者，应立即段拆除掉顶推滑道，然后利用型钢组成的停止其工作；准备必要的物资和设施，如巡临时支撑逐步下落钢梁，使钢梁精确的落逻船、安全绳、救生衣、安全网等。进入施在墩上安装好的支座上。

工现场作业人员要戴好安全帽，高空作业人每个墩上的千斤顶由1台液压泵站与配员要系好安全带。高空作业人员的手用工具油阀提供动能，操控配油阀块可调整各顶的要放在工具袋内，在高空传递时不得扔掷。落架速度。液压系统能够进行单顶和整体雨后风后对立放的杆件要进行检查，必须的操控。油泵流量6 L/min，最大工作压保证垫木、支撑有足够的稳固程度；因为钢力31.5 MPa。考虑到3#、4#、5#、6#墩梁在顶推施工过程中要从顺桥向通过，所上每个落梁点的千斤顶竖直顶升力不尽相以桥墩顺桥向必须敞开无法设置栏杆。但同，主控计算机不易实时控制整个落梁系必须在桥墩四周设置安全网。在桥墩(或支统以获得多点同步落梁效果，因此采取手墩)顺流向两侧设置安全护栏，使从事安装动操作各泵站以实施落梁工作。

作业人员在支墩上工作时有安全感；杆件起每个墩顶升点设置一个行程传感器，进吊时，吊索必须绑扎牢固，绳扣必须在吊钩行行程测控，共需8个行程传感器。

内锁牢。杆件在高空稳定前不准上人；千斤整个落架过程分14级进行，每级落架顶举梁后，下降必须均匀缓慢；电器用具要高度约10 cm（其他落架点降下的具体高度放在通风、干燥的棚内，外壳要接地，接地根据监控单位提供的数据实施）。每级内分电阻不大于4 Ω；严格遵守安全用电操作为5步来完成，每步下降约2 cm。在钢梁落规程。钢结构是良好的导电体，四周应接地梁过程中，8个落架点共8个临时支墩位置良好，拆接设备和电源应有专业电工操作。由型钢组成主体钢梁的临时支撑。

焊接用吊篮必须牢固地连接在钢结构上；现钢梁每个落架循环3个关键的工艺环场气割、电焊要有专人管理，并设专用消防节：第一环节，千斤顶顶升，代替临时支撑，用具。制定安全应急预案，当发生安全事故撑起钢梁；第二环节，撤除临时支撑顶端设时能及时有效处理而不至于慌乱甚至手足计所要求高度的垫块；第三环节，千斤顶缓无措。

慢下降至解除撑顶高度，钢梁剩余荷载又转化为临时支撑撑起，这个过程是循序渐参考文献

进的。要有千斤顶与临时支撑交替受力，交[1] 冯岩.大跨钢桁架施工方法优选与技术

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注

① 冯岩.大跨钢桁架施工方法优选与技术

研究[D].中国优秀硕士学位论文全文数据库，2012.

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