钢箱梁顶推施工方案.doc

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一、工程概况

宁波市福明路（环城南路-兴宁路）跨越铁路宁波东站主桥上部结构采用55+45+220+45+55m一联双塔双索面斜拉桥，采用半漂浮体系，主梁采用混合主梁，两侧边跨预应力混凝土箱梁长109.4m，中跨钢箱梁长201.2m（含钢混结合段长度），在钢箱梁与预应力混凝土箱梁相交位置放置2m长的钢混结合段。

根据构造、运输及施工架设的需要，中跨钢箱梁划分为A、B和钢-混结合段共3种梁段。

跨铁路宁波东站主桥中跨上跨宁波东站多条股道，其中4、5、II、I、3线路已运营，8、6线路于近期开始停运改造成站台，图中D3～D15和新建线路将于近期实施。

为了减少上部结构施工对桥下铁路运营的影响，保证施工及行车安全，福明路跨铁路宁波东站立交桥主桥中跨钢箱梁采用顶推法施工。

二、顶推施工总体方案和主要步骤

1、总体方案和原理

钢箱梁采用柔性墩多点顶推法施工，在主跨布置安装顶推平台和临时墩，并在其上布置滑道。

在平台上逐段焊接，用多点多台连续千斤顶同步张拉钢绞线使钢箱梁逐段向前滑移，循环作业使钢箱梁到达设计位置。

钢箱梁顶推重量约为13.05t/m。

钢箱梁在工厂生产，经公路运输至施工现场，全部节段均在支架平台上拼装、顶推，逐步顶推到位。

工艺流程图如下：

顶推施工过程采用多点多台ZLD100型自动连续千斤顶。

2、主要步骤

钢箱梁顶推施工过程主要分为以下几个步骤：

a、施工临时墩和顶推安装平台基础

b、钢箱梁和导梁工厂加工后运到施工现场

c、现场拼装导梁

d、现场组拼1-10#节段钢箱梁，连接钢导梁与1-10#节段钢箱梁；钢箱梁前行30m，导梁跨越1#临时墩。

e、拼装11-15#节段钢箱梁，与前端已顶推钢箱梁连接；钢箱梁前行30m，导梁跨越2#临时墩。

f、拼装16-25#节段钢箱梁，与前端已顶推钢箱梁连接；钢箱梁前行20m。

g、拼装26-35#节段钢箱梁，与前端已顶推钢箱梁连接；钢箱梁前行50m，导梁跨越3#临时墩。

h、拼装36-45#节段钢箱梁，与前端已顶推钢箱梁连接；钢箱梁前行14m，导梁跨越4#临时墩。

i、拼装46-54#节段钢箱梁，与前端已顶推钢箱梁连接；钢箱梁前行50m，导梁跨越5#临时墩。

j、拼装55-58#节段钢箱梁，与前端已顶推钢箱梁连接；钢箱梁前行28.1m，导梁跨越6#临时墩。

k、继续顶推钢箱梁前行30m，分次拆除导梁，直至整片梁顶推到位，拆除顶推设备。

三、顶推施工方案设计

主要从顶推安装平台、临时墩、钢箱梁运输和现场安装、钢导梁、顶推设备、滑道和横向限位装置、防护措施、跨既有线顶推措施、人员安排等方面进行考虑。

1、顶推安装平台

钢箱梁顶推安装平台布置在小里程侧边跨K40、K41墩之间，距K41墩月13.5m。

平台长75m，高约10m，平台支架为万能杆件桁架结构，台顶布置滑道和横向限位装置。

立柱基础为混凝土扩大基础。

桁架端部上角点可设缆风绳，固定于K40墩承台特别设立的分配梁上，且需预拉，以抵抗顶推时产生的水平力。

在顶推安装平台两侧设一台龙门吊机，用于钢箱梁起吊、纵移、拼装。

龙门吊轨道基础应填实预压。

在靠近支架附近空地设置一条存梁台座，台座基础为混凝土条形基础，上铺枕木以支垫钢箱梁。

根据施工场地实际情况考虑横移平台。

钢箱梁横移至龙门吊范围后即吊入安装平台，或暂时存放在存梁台座上。

2、临时墩

（1）、临时墩与铁路关系

由于主桥中跨钢箱梁跨越宁波铁路东站，钢箱梁底1#～6#临时墩均位于站场范围。

临时墩布置主要考虑铁路限界要求。

①、1、6#临时墩位于股道范围外；

②、根据目前提供的站场资料，容整所D3～D10为存车线，D11、D12为检查地沟线，均不能占用，2#墩布置在D13道。

临时墩跨径布置为：

20m+60.5m+33m+50m+30.5m，1～3#临时墩间跨度变化较大，导致钢箱梁施工过程受力更不利。

2#墩顶推施工完毕后拆除；

③、3#墩位于容整所股道与近期股道之间，5#墩位于远期股道，不影响近期股道运营；

④、4#临时墩位于改造站台，墩位尽量往小里程方向布置，大里程方向预留3.5m宽度供行人通过。

（2）、临时墩墩身

沿主桥轴线方向布置1～6#临时墩，跨径为20m+60.5m+33m+50m+30.5m。

单组临时墩由8根920×14mm钢管组成，墩顶设置临时墩施工平台，布置千斤顶、滑道和限位装置。

临时墩沿桥梁轴线平行方向宽度≤4.6m，沿桥梁轴线垂直方向宽度≤14.6m。

单组临时墩顶推施工过程中所承受的最大竖向反力≤10056KN。

顶推完毕后，考虑原2#临时墩拆除，原3#临时墩所承受的最大竖向反力为≤10561KN。

墩顶水平力按摩擦系数0.05考虑。

（3）、临时墩基础

临时墩底横向布置两个分离的平台，尺寸为4.6×4.6×2.0m，承台底各对称布置4根1.2m钻孔灌注桩。

①、1、6#临时墩位于股道范围外，3#墩位于容整所股道与近期股道之间，承台顶面标高稍低与承台附近站场地面标高；

②、4#临时墩位于改造站台，承台顶面标高稍低于承台附近站台顶面标高；

③、2#墩占用容整所D13道，临时墩墩身顶推施工完毕后拆除，为了减少临时墩结构拆除时间、降低对铁路营运影响，承台和桩基考虑不拆除，承台顶面标高位于D13股道路基顶面1.5m以下，同时应保证承台顶面后填路基与附近路基密实度一致；

④、5#墩位于远期股道，不影响近期股道运营，承台顶面标高设置原则可与2#墩一致，也可以考虑施工完毕后拆除承台和桩基，根据实际情况确定。

3、钢箱梁运输和安装

钢箱梁在工厂按设计预拱度整节制造，制造完成后公路运输至现场。

用龙门吊将钢箱梁吊至拼装台座预定位置，对各梁段进行纵向连接作业，箱梁腹板和底板部位通过高强螺栓进行栓接，顶板部位进行焊接，连接过程注意控制箱梁线形。

4、钢导梁

顶推钢导梁可采用变截面钢桁架梁，由两条主桁加连接杆组成。

长30m，控制重量为80t，与钢箱梁用高强螺栓连接，接头处拼接板、填板及接头两端板面均需要做表面处理，使得其抗滑系数不小于0.5，导梁接头范围内的钢箱梁U肋、纵隔板的加劲肋暂时不焊接连接，在钢箱梁顶推到位导梁拆除后在现场焊接。

钢导梁共分3节，每节间用普通螺栓，以便制造和拼装拆除。

应保证导梁到达临时墩横向两个墩顶时同时受力。

钢导梁在工厂分单元制造并运输至工地，在工地进行拼装。

5、顶推设备

（1）、纵向水平顶推设备

顶推设备采用全自动连续顶推泵站系统，由若干套ZLD-100t水平连续千斤顶、若干套泵站、预应力钢绞线、一个主控台及电路形成的一个闭合控制系统。

顶推系统是机电一体化设备。

每两台连续千斤顶为一点，并设一泵站，各临时墩及安装平台各为一个点，两台连续千斤顶安装在反顶架上。

主控台设于顶推安装平台上。

预应力钢绞线为两束，每束6φs15.24，穿入千斤顶及安装于钢箱梁底部的锚固钢结构上。

顶推时启动主控台按钮，各点同时加力至箱梁开始滑动。

当摩阻增大时系统自动调节而使拉力增大，以保证滑移速度均匀。

由于顶推施工过程各临时墩反力不断变化，施工时应进行细化计算，以几米长为一个阶段，得出各细化后施工阶段临时墩反力，换算得到各千斤顶顶力。

下表中数值为施工过程单个千斤顶最大顶力。

临时墩

1#

2#

3#

4#

5#

6#

最大顶力（t）

15

50

35

30

35

15

（2）、钢箱梁锚固结构

锚固钢结构位于钢箱梁纵隔板外侧底板，须在钢箱梁底板打孔后与之用螺栓连接。

当钢导梁到达并支承于后续哪一个墩，哪一个墩即可参与张拉牵引，即需按上述安装原则再安装一组钢绞线及锚固钢结构，每到一个墩每幅桥要增加两台连续千斤顶参与拖拉。

顶推初始阶段只有两组千斤顶施力，到达6#墩时包括安装平台将有7组千斤顶施力，以达到多点顶推的目的。

（3）、竖向千斤顶及临时支垫

应钢箱梁自重使钢导梁前端到达时将离滑道面较贴近，此时需顶起导梁，并在前端导梁与滑道之间设足够高的支承垛（支承垛下面也需设四氟板，能使支承垛与导梁一起滑动），使得导梁后端底面略高于滑道，当导梁后端到达滑道上方时再起顶拆除支承垛并徐徐落顶，使之就位于正式滑道，然后开始正式顶推。

竖向临时顶起用千斤顶采用500t千斤顶。

6、滑道和横向限位装置

在安装平台顶和临时墩定均布置滑道。

临时墩滑道为两条钢垫梁，中心距10m。

滑道前后端均设置成向下的弧线，以便喂滑板。

滑道中心为钢箱梁纵向隔板中心。

箱型钢垫梁顶板上设四氟板滑动面，箱形钢垫梁与临时墩滑道纵向分配梁栓接。

滑道顶即钢垫梁顶敷设不锈钢板，其上铺四氟复合板，每块四氟复合板为500×1100×15mm，由薄钢板夹硬橡胶板与底层四氟乙烯板组成，顶推时复合板与钢箱梁相对静止，钢箱梁带着复合板在不锈钢板上滑动，通过不断在摩擦面间喂塞复合板，使钢箱梁顺利滑移。

滑道面可涂硅脂，以减小摩擦系数。

滑道底需要设临时起顶装置，当发现临时墩有沉降时需要临时起顶到设计位置。

由于钢箱梁底2～5#临时墩横向左右两侧跨度不一致，顶推过程中同一个临时墩顶横向两侧水平力不一致。

为防止钢箱梁在顶推过程中横向出现较大的偏位，在安装平台顶和临时墩顶均布置侧向限位导向滑轮和横向水平千斤顶。

当钢箱梁顶推过程中出现较大偏位时，立即用一对横向水平千斤顶进行纠偏。

7、防护措施

4#～5#临时墩间钢箱梁跨越多条电气化既有运营线路，为防电和防止顶推施工过程杂物掉落，在梁底布置防护棚。

防护棚在安装钢箱梁人行道、风嘴和进行桥面施工时也可以起到防护作用。

8、跨既有线顶推措施

钢箱梁顶推过既有运营线路时，要特别重视，以免发生意外。

（1）、严格控制临时墩墩身和基础施工质量，做好临时墩墩身和基础检测工作，保证临时墩稳固；

（2）、导梁前行跨越4#临时墩，待剩下的部分阶段拼装完毕后，连续顶推50m跨越既有线路，以免过长悬臂结构长时间停留于铁路上方，发生意外。

（3）、顶推时列车可以慢行通过或中断停车。

中断停车对铁路运输影响大，顶推施工效率和工期都会受到影响；另外，当钢箱梁顶推接近5#临时墩时，悬臂过大，也不宜采用间隔中断停车、间隔顶推方式，会增加工程安全风险。

列车慢行通过可以减少列车通过对顶推施工影响，顶推施工和铁路运营两方面都可以得到保证，同时顶推进度会比中断停车方案快。

所以采用顶推施工时列车慢行通过方案。

跨既有线钢箱梁跨度为50m，小于2、3#临时墩之间跨度60.5m，顶推时参照60.5m跨顶推施工方法进行控制，可以保证跨既有运营线钢箱梁顶推安全、顺利实施，顶推速率与其他跨梁段相同。

9、人员安排

钢箱梁施工由福明路跨铁路宁波东站立交桥主桥项目部钢箱梁顶推分项目部实施，分项目负责人可由两名项目副经理担任，其他生产人员可根据项目进度和工期要求配备。

四、顶推施工过程计算

1、主梁计算

钢箱梁顶推总长度为197.2m，跨径20m+60.5m+33m+50m+30.5m，其截面特性如下：

A=1.3m2，I=4.845m4，中性轴距上缘距离1.13m（人行道板和风嘴部分后期再施工，顶推施工过程不考虑）。

钢箱梁顶推重量为13.05t/m。

导梁长度30m，刚度取钢箱梁的20%，每米自重也取钢箱梁的20%。

主要施工过程如下图：

各阶段钢箱梁顶推施工最不利位置为钢导梁处于最大悬臂时，经过全过程模拟、分析、计算，钢箱梁顶推施工过程剪应力最大值为43.8MPa﹤[τ]=120MPa（出现在第四施工阶段），法向应力最大值为86.6MPa﹤[σ]=200MPa（出现在第四施工阶段），换算应力最大值为111.1MPa﹤1.1[σ]=220MPa（出现在第四施工阶段）。

顶推施工完成后，钢箱梁为5跨连续梁。

为了减少钢箱梁临时基础对桥下线路的影响，拆除2#临时墩。

剪应力最大值为104.3MPa﹤[τ]=120MPa，法向应力最大值为77.3MPa﹤[σ]=200MPa，换算应力最大值为104.3MPa﹤1.1[σ]=220MPa。

顶推过程临时墩承受的最大竖向反力为10056KN（出现在第四施工阶段），顶推施工完毕后，若考虑原2#临时墩拆除，原3#临时墩所承受的最大竖向反力为10561KN。

施工过程主梁计算结果汇总

项目

阶段三

阶段四

阶段五

阶段六

阶段七

阶段八

阶段九

拆除2#墩

主梁

最大应力（MPa）

剪应力

13.9

40.2

38.2

35.2

34.7

34.6

35.2

50.5

上缘压

-5.0

-50.7

-21.0

-27.2

-22.1

-17.9

-20.1

-45.3

上缘拉

0.6

3.0

20.7

17.1

16.6

16.4

15．4

39.9

下缘压

-8.5

-86.6

-35.9

-46.5

-37.8

-30.5

-34.3

-68.2

下缘拉

1.0

5.1

35.4

29.3

28.3

28.0

26.2

-77.3

换算应力

25.6

111.1

75.2

68.5

67.4

67.3

69.9

104.3

最大

竖向反力（KN）

1#墩

976

-1183

1449

1689

1914

-52

-245

4468

2#墩

10056

7218

6646

6531

6813

7075

3#墩

4537

5420

6318

6429

6402

10561

4#墩

5981

5446

5013

4886

2809

5#墩

3677

6030

6233

6621

6#墩

1516

1383

1274

最大

横向反力（KN）

1#墩

25

93

2#墩

90

3#墩

104

127

4#墩

93

92

5#墩

90

90

6#墩

38

38

2、临时墩墩身计算和验算

（1）、临时墩计算

①、约束条件：

a、支架钢管立柱与承台固结，b、平联斜撑与钢管立柱铰接。

②、计算荷载：

考虑主梁和临时墩自重荷载、主梁横向水平风荷载传递到临时墩的荷载、顶推过程中临时墩顶纵向水平力。

③、计算模型：

考虑施工过程中3#临时墩受力最不利，取3#临时墩进行分析计算。

④、计算结果：

3#临时墩在最不利施工阶段应力及内力如下表所示：

构件

类型

最不利工况

构件

类型

最不利工况

纵梁

1300×1000×50mm

剪应力（MPa）

33.3

墩内平联及斜撑

426×12mm钢管

轴应力（MPa）

7.7

综合应力（MPa）

68.4

综合应力（MPa）

8.3

横梁

1000×1000×50mm

剪应力（MPa）

18.1

墩间上方平联及斜撑

426×12mm钢管

轴应力（MPa）

15.6

综合应力（MPa）

39.2

综合应力（MPa）

27.1

立柱

920×14mm钢管

轴力（KN）

120.0

墩间下方平联及斜撑

508×12mm钢管

轴应力（MPa）

5.8

剪力（KN）

10.9

弯矩（KN·m）

192.0

轴应力（MPa）

6.9

综合应力（MPa）

87.2

应力均满足要求。

（2）、临时墩钢管柱稳定性验算

φ920×14.i==0.32m，

两端铰接计算，计算长度为，I0=μl=4m,

Q235钢材，φ1=0.9，

λe=α=1.8××1=7.66，

查表得，φ2=0.9，

N/Am=120/0.156=7692.3KN/m2=7.692MPa<0.15φ1[σ]

（0.15φ1[σ]=18.9MPa），

则μ=1，

μ=（1-）=1，

+·=7.692+×87.2=94.9MPa<φ1[σ]

（φ1[σ]=0.9×145=130.9MPa），满足要求。

3、承台桩基验算

（1）、承台验算

承台底面处桩顶外缘位于自承台顶面处墩身外缘向下扩散45°至承台底面的范围内，现阶段可不检算承台强度。

（2）、桩基验算

由于3#临时墩受力最不利，以下只示3#临时墩桩基检算过程和结果。

①、截面配筋形式

桩基采用φ1.0m的圆形截面，沿截面外缘均匀布置24根φ28HRB335纵向受力钢筋，箍筋采用φ10Q235钢筋，主筋保护层70mm。

②、桩基容许承载力计算

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）第5.3.3条规定，嵌入基岩内的钻孔桩单桩轴向受压承载力[Ra]按照下式计算：

Ra=μ+Apqr

以上桩基承载力计算未计桩底承载力。

A（m2）

U（m）

h（m）

单桩[Ra]

设计承载力（KN）

0.7854

3.14

40

1608.9

1381.2

通过以上检算可知，单桩承载力满足规范要求。

③、桩身检算

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）第5.3.10条及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）第5.3.9条和第6.4.5条规定，对单桩进行正截面承载力验算和裂缝验算。

按照JTGD62-2004规范5.3.9和附录C，正截面承载力计算如下：

截面抗力NR=5.52e+03KN>Nj，Nj=1.64e+03KN，截面承载力满足要求。

桩基裂缝宽度0.07mm，满足规范要求。

五、顶推施工进度安排

顶推前行速度可按3.5m/h考虑，可在下一阶段对施工步骤和施工进度计划进行进一步细化。

顶推进度安排表如下表。

主要施工步骤

工作内容

预计时间（天）

步骤1

施工临时墩和顶推安装平台基础

60

步骤2

钢箱梁（已预拼）和导梁工厂加工后运到施工现场

120

步骤3

现场拼装导梁

2

步骤4

现场组拼1-10#节段钢箱梁，与钢导梁连接

9

钢箱梁前行30m

1

步骤5

现场组拼11-15#节段钢箱梁

5

钢箱梁前行30m

1

步骤6

现场组拼16-25#节段钢箱梁

10

钢箱梁前行20m

1

步骤7

现场组拼26-35#节段钢箱梁

10

钢箱梁前行50m

2

步骤8

现场组拼36-45#节段钢箱梁

10

钢箱梁前行14m

1

步骤9

现场组拼46-54#节段钢箱梁

9

钢箱梁前行50m

2

步骤10

现场组拼55-58#节段钢箱梁，与钢导梁连接

4

钢箱梁前行28.1m

1

步骤11

钢箱梁前行30m，分次拆除导梁，梁顶推到位，拆除顶推设备

5

合计

244

注：

钢箱梁现场组拼时间可根据现场场地情况和施工进度要求进行适当调整。