李 劲

(黑龙江省高速公路服务中心，黑龙江 哈尔滨 150080)

1 步履式顶推施工发展特点

1.1 步履式顶推施工原理

顶推施工法具有施工场地小、造价低、对桥下交通和通航影响小等优点，广泛运用于跨越深谷、河流、公路、铁路等桥梁施工中。受到法国米约桥楔进式顶推施工工艺启发，我国自主研发了一套集顶升、顶进、横向纠偏于一体的顶推设备，实现主梁的顺桥向、竖向、横桥向的移动，该工艺被称为“步履式多点连续顶推”，本文简称“步履式顶推”。步履式顶推施工法是指梁体在桥台背后布置预制场地，分节段或整体预制梁体，之后安装导梁，将导梁和预制梁体连接形成一个整体，采用“顶”、“推”两个步骤交替进行，将梁体向前顶进，直至桥梁顶推至预定位置。

1.2 顶推施工工艺对比

常见的顶推施工方法有步履式和拖拉式两种，下面对这两种施工方法的特点进行了总结见表1所示。

表1 步履式与拖拉式顶推施工法综合对比

2 钢箱梁局部受力分析

顶推施工法早期在预应力混凝土梁桥中应用广泛，由于主梁和下部结构开裂问题突出，跨径一般小于60 m，很难满足现代桥梁建设的需求。随着桥梁跨度和宽度的增大，采用构造复杂、跨度较大的钢箱梁应运而生，其局部受力情况比预应力混凝土梁更为复杂。钢箱梁顶推施工中，由于主梁设置预拱度和自重效应下产生的下挠，垫块尾端易产生向上的“翘曲”，该现象将导致梁体底板与顶推设备接触不充分，使得梁体局部受力复杂。许多学者对步履式顶推施工中钢箱梁局部受力进行了分析，主要集中在垫块参数、转角位移、横向偏位、顶升不同步、局部构件的加强等方面，其中转角位移与垫块刚度有直接关系，垫块刚度的降低可有效缓解转角位移导致的主梁局部应力集中，因此本节将不对转角位移进行论述。

2.1 垫块参数

步履式顶推施工中通常在顶推设备上布设垫块，而垫块的选择往往根据工程经验，既不能保证结构安全，还可能增加施工工期。垫块的作用主要有两点：(1)若干垫块可以调整支点标高；(2)改善梁体局部受力状况。李传习等认为垫块在设计面积条件下，其弹性模量降低至钢材的60%时，支承位置处钢箱梁局部受力改善显著。谢祺认为选择刚度较小的垫块，可以有效改善支承处接触不均匀的现象，垫块长度越长对支承处的局部受力就越有利，垫块宽度对局部应力无显著影响。李兴全等分析了4种不同刚度的垫块，建议采用Ⅱ类橡胶垫块或聚四氟乙烯板。目前，针对拖拉式窄桥的垫块参数研究较多，而对于宽桥步履式的研究较少，并且系统性研究还未看到。

2.2 横向偏位

顶推施工中，由于顶推设备系统、工艺及环境等众多复杂因素，梁体轴线必然偏离设计轴线。导致步履式顶推施工偏位的因素主要包括：(1)水平顶推合力作用线与梁体重心线不重合；(2)梁体纵向重心与桥中线不重合；(3)水平千斤顶出力不同步、不均匀等。横向偏位过大，将导致梁体偏离顶推路线、受力不平衡而产生局部受力过大等状况。《公路桥涵施工技术规范》顶推施工中轴线偏位控制值为10 mm，过小的控制值会导致纠偏频率增加，延长施工工期，增加施工成本。主梁发生偏位时，通常有两种纠偏方式：一是移动主梁，通过步履式顶推的设备的横向千斤顶调整主梁姿态；二是移动步履式顶推设备，使其中线与主梁顶推设计中线对齐来实现相对纠偏。

李向红等对横向偏移量进行了统计分析，结果表明：单次行程横向偏移量具有随机性，且呈正态分布；单次横向偏移量和累积横向偏移量有关。王金良等研究了横向偏位对钢桁梁内力的影响，结果表明：整个顶推进程的中后期，杆件应力对横向偏位敏感程度较高。朱利明等认为满足安全落梁的最大横向偏位距离可视为梁体最大横向偏位值，并提出将横向偏位阈值放宽至此值。

2.3 顶升不同步

每套步履式顶推设备由一个或多个竖向千斤顶组成，单个千斤顶正常工作的概率容易得到保证，但多个竖向千斤顶同时正常工作的概率大大降低，当多套步履式顶推设备同时工作时，多支点竖向千斤顶顶升位移难以同步，并且步履式顶推设备对液压和电气的同步性的要求较高，顶推施工中很难达到理想的状态。竖向千斤顶顶升位移不同步将导致顶升力在横向上分配不合理，当顶升力超过合理范围时，梁体在支承区域处可能产生应力集中现象。

赵凌志等以四滑道预应力混凝土梁桥为例，研究了支点高程对支点反力的影响，结果表明：中支点高程的降低，可以有效改善各支点反力的横向分配。李传习等认为支点标高的调整对反力影响较为敏感，支点标高的控制精度宜设置在5 mm内。

2.4 局部构件的加强

钢箱梁在顶推过程中支承位置不断变化，梁体支承区域局部受力也十分复杂，因此加强钢箱梁局部构件有利于改善局部应力集中现象。

李新华通过改变主梁主要构件厚度对钢箱梁局部受力进行研究，结果表明：增加横隔板和腹板厚度，可以减小主梁局部最大等效应力，但此方法经济性较差；增加支承处纵向加劲肋，改善效果不如前两种，但是经济性比较好；增大支承处横肋和纵肋厚度，能有效改善钢箱梁局部应力，同时也比较经济。邹宇认为单一加固方式不能满足顶推施工要求，当同时增大角隅加劲、横隔板及腹板厚度时，应力满足顶推施工要求，但经济性较差；使用混凝土进行局部加强时，能有效降低支承区域局部应力，是比较经济可行的方案。

3 预应力混凝土梁受力分析

目前，国内外学者主要对预应力混凝土梁拖拉式顶推施工进行了研究，主要集中在以下几个方面：(1)混凝土梁与导梁连接段，此处是顶推过程的薄弱环节；(2)混凝土开裂，应保证梁底接触区域的高程，在预应力布置方面，不但要考虑永久预应力的布置还要考虑施工过程中的临时预应力布置，以克服顶推过程中主梁正负弯矩不断变化导致的拉应力。(3)箱梁的“爬行”；(4)混凝土梁的制造标高、模板底标高及临时支座标高是否满足施工精度要求，施工精度对梁体的结构尺寸、跨度设置、分段长度、经济性的影响；(5)温度变化、支座脱空、梁体偏移等情况的发生。

周飞以富翅门大桥为工程背景，对采用步履式顶推施工的预应力混凝土梁桥遇到的问题进行了分析，详细制定了针对性措施并提出优化方案。

4 顶推施工控制

顶推施工控制是以设计成桥状态为目标，对施工过程中受到的诸多确定因素(如梁体结构、施工精度、导梁参数等)和不定因素(如温度、风荷载等)的影响，进行参数修正，确保整体结构满足成桥后的结构状态及主梁线形符合设计要求。顶推施工主要控制主梁线形、结构应力及顶推墩的稳定性，并以线形控制为主，应力和墩的稳定性控制为辅。

4.1 上部结构控制

主要控制梁体的线形和应力在合理的范围内。线形的监测通常采用全站仪测量，能够反映顶推过程中线形要求的影响因素有主梁标高和横向偏位。应力的监测采用振弦式应变计，钢箱梁多为粘贴式，预应力混凝土及混凝土梁一般为埋入式，安装位置为梁体主要受力位置(即梁体顶板及底板)。

顶推施工中，梁体线形分为两种：(1)梁底线形呈直线；(2)控制点标高处在不同曲率上。预拱度的设置、环境影响及施工精度等因素使得对桥梁的线形控制更为严格。董创文等提出无应力线形基准与即时相位的概念，基于相位变化及高程偏差，提出了梁底标高的计算方法并给出具体公式。林建平等在顶推施工中，基于传递矩阵法对梁体线形进行预测与控制，取得了较好的效果。李传习等基于相位变换，提出确定梁体无应力线形的方法。结果表明：顶推就位的理论线形与实测线形契合较好。目前，在顶推施工中梁体线形的控制研究，主要针对某一桥型，通用性不强。

应力监测也是顶推施工中重要项目之一，它既可以评估施工过程中梁体实际受力情况，也能起到安全预警的作用。在不利工况下，各控制截面应力是否与理论值相吻合，结构是否处于安全状态，都是施工控制的关键。

4.2 下部结构控制

下部结构的稳定性直接影响上部结构安全，从顶推施工控制角度来看，桥梁下部结构监控主要集中在：(1)顶推墩支反力；(2)墩顶位移；(3)不均匀沉降。其中顶推墩支反力的监测主要有：(1)通过步履式顶推设备的表显压力换算出顶推墩支反力；(2)设置压力传感器，直接测出顶推墩支反力；(3)顶推墩粘贴应变传感器，通过应变增量计算出顶推墩支反力。目前最常用的方法为前两种，可以有效反映顶推墩支反力。顶推墩位移的监测一般采用全站仪和百分表，全站仪可以很好的对顶推墩的位移进行监测，如果顶推墩数量较多且障碍物遮挡可视点时，可采用百分表。

4.3 多参数容限动态控制

仅对单一参数进行施工控制已经不能全面反映整个顶推过程中所遇到的复杂情况，而影响钢箱梁安全的主要参数包括：横向偏位；顶升不同步；顶推墩支反力；墩顶位移等。影响预应力混凝土梁或混凝土梁安全的主要参数包括：(1)横向偏位；(2)顶升不同步；(3)温度等。如何对这些参数进行关联性研究，提出顶推过程中多参数容限动态控制限值范围，以指导整个钢箱顶推施工，确保整个顶推施工过程中结构安全，还未看到相关研究。

5 结 论

(1)简要总结了步履式顶推施工的特点，通过对步履式与拖拉式进行对比，认为从设备的性能、可控性、梁体结构的安全以及顶推墩受力等方面优于拖拉式，但拖拉式在施工成本和进度方面优于步履式，两种施工工艺的选择应根据具体工程特点综合考虑。针对步履式顶推设备进行了综述，步履式顶推设备机械化程度比较高，同时对千斤顶正常工作的分布概率也提出了更高要求，这涉及交叉学科，还需在该方面开展相关研究。

(2)2010年步履式顶推法首次在杭州九堡大桥运用，也是首次在钢箱梁施工中运用。近几年逐步投入到钢混结合梁、预应力混凝土梁的建设中，而钢箱梁的局部受力和稳定性是顶推施工中需要重点考虑的关键问题，随着我国步履式顶推施工研究的深入，钢箱梁的局部受力分析取得了一定成果。但受限于钢箱梁细部结构形式、顶推施工工艺、材料的参数、环境因素以及施工精度等的不同，钢箱梁的局部受力状态的分析也有着较大的差异，以后可展开该方向相关的研究工作。目前也看到少量关于预应力混凝土桥步履式顶推的案例，但实际效果还有待进一步研究和验证。

(3)现有研究文献与工程案例中，关于步履式顶推施工控制，对所涉及的重要参数进行关联性研究，提出多参数动态容限控制，还未看到相关文献资料及成果，是当前施工控制的一个重要研究方向。