橋梁頂推施工技術(shù)

陳紅松

【摘 要】結(jié)合鄭州市南三環(huán)跨越京廣鐵路項目情況，介紹頂推施工發(fā)展動態(tài)及頂推施工技術(shù)所取得的成就，系統(tǒng)總結(jié)了頂推橋梁的技術(shù)原理、施工方法、及關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力混凝土橋；頂推法；技術(shù)原理；施工方法；關(guān)鍵技術(shù)。

1 頂推施工的技術(shù)原理及方法

1.1頂推法施工原理

施工原理是沿橋縱軸方向的臺后設(shè)置預(yù)制場，分階段預(yù)制梁體，縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉后，通過水平千斤頂施力，借助滑道、滑塊，將梁體逐段向前頂推，就位后落梁，更換正式支座。

1.2頂推施工方法

施工的關(guān)鍵是在一定的定推動力作用下，梁體能在滑道裝置上以較小的摩擦系數(shù)向前移動。施工實測資料顯示，聚四氟乙烯板和不銹鋼板之間的摩擦系數(shù)一般為0.04-0.06，靜摩擦系數(shù)比動摩擦系數(shù)大些。

1.3頂推施工方法分類

1.3.1 按頂推動力裝置分

（1）單點頂推。頂推動力裝置集中設(shè)置在靠近梁場的橋臺或橋墩上，支承在縱向滑道上的垂直千斤頂和支承在墩（臺）背墻的水平千斤頂聯(lián)動，能使梁體以垂直千斤頂為支承向前移動。如圖1所示。

另一種單點頂推的方式是水平千斤頂通過拉桿帶動梁體前移，滑道為固定的不銹鋼板，滑塊在滑道上支承梁體，在滑道前后設(shè)置垂直千斤頂用來起落圖1單點頂推示意梁體使滑塊能從前向后移動，這是早期做法。后來把滑道前后作為斜坡，滑塊可以手工續(xù)進，就不必用垂直千斤頂頂起梁體后移動滑塊了。

（2）多點頂推。單點頂推必須依靠輔助動力才能完成頂推。柔性墩在水平力的作用下會產(chǎn)生較大的墩頂位移，甚至威脅到結(jié)構(gòu)的安全。因此便產(chǎn)生了多點頂推。多點頂推法的優(yōu)點是在任何階段都能提供必需的頂推動力，在頂推過程中水平千斤頂對墩臺的水平推力同梁體作用在墩臺上的摩擦力相平衡，有利于柔性高墩的安全。但必須保證多臺千斤頂同步工作，而且可以分節(jié)調(diào)壓，使作用在墩頂?shù)乃搅Σ怀^設(shè)計允許值。多點頂推的動力裝置近年來都采用穿心千斤頂、鋼絞線束、自動工具錨體系。其滑道除個別工程利用盆式支座等形式外，一般采用圖2所示的方式。

1.3.2按支撐系統(tǒng)分

（1）臨時滑道支承裝置頂推施工。

（2）永久支承兼做滑道的頂推施工。

1.3.3按頂推方向分

（1）單向頂推。

（2）雙向（對向）頂推。

1.3.4按動力裝置的類別分

（1）步距式頂推。

（2）連續(xù)頂推。

1.3.5按箱梁階段的成型方式分

（1）預(yù)制組拼，分段頂推。

（2）逐段預(yù)制，逐段頂推。

2 頂推關(guān)鍵技術(shù)

2.1本項目工程概況

本次跨京廣鐵路方案設(shè)計范圍為：北線N幅橋起于NK0+784.924，止于NK1+062.580，全長277.656m，孔跨布置為2*27.45+（30+45+30）+4*29.439；南線S幅橋起于SK0+787.142，止于SK1+092.083，全長304.941m，孔跨布置為3*28.667+（30+45+30）+4*28.485m。全橋下部采用柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)跨越鐵路聯(lián)采用頂推法施工，其余聯(lián)采用支架現(xiàn)澆施工。

2.2制梁臺座和節(jié)段的制作

制梁臺座為預(yù)制箱梁節(jié)段和頂推作業(yè)的過渡場地。臺座上一般設(shè)有可升降的活動底模架和不動的臺座滑道。與制梁臺座相配套的還有預(yù)應(yīng)力鋼束穿束平臺、鋼筋綁扎平臺、測控平臺及必要的吊裝設(shè)備。這些設(shè)施使梁段制作具有明顯的工廠化生產(chǎn)特點，從而有效地保證了箱梁的施工質(zhì)量。梁體節(jié)段的預(yù)制周期制約全橋的施工工期。頂推節(jié)段長度一般為1 0～24m，又以16～20m 居多。每聯(lián)箱梁除首尾兩節(jié)外，中間各節(jié)段長度均相等。頂推施工進入正常后，節(jié)段作業(yè)循環(huán)周期一般在7～1 5d。由于節(jié)段較長，這個速度是不慢的。我國預(yù)制周期的記錄已經(jīng)達到7d。這要求模板設(shè)計時，外模必須是大塊整體式，內(nèi)模是可以整體拖出并整體推進的裝備化機械化形式，還必須考慮蒸汽養(yǎng)生條件。

（1）制梁臺座位置的選擇

制梁臺座位置選擇的原則主要有以下幾個方面：

首先，必須保證墩臺后端梁體在頂推過程中的總體穩(wěn)定和抗傾覆安全，使梁段在預(yù)制場地范圍內(nèi)逐步頂推到標(biāo)準(zhǔn)跨。制梁臺座的位置應(yīng)盡量地向前靠，充分利用永久墩、臺基礎(chǔ)和墩身，少占引橋或引道位置，減小頂推工作量，避免頂推到最后時，梁的尾端出現(xiàn)長懸臂：其次必須使頂推梁體尾端的轉(zhuǎn)角為零，以保證梁體線形一致外，還應(yīng)考慮拼裝導(dǎo)梁的場地。

（2）制梁臺座的結(jié)構(gòu)形式

制梁臺座的主要功能是預(yù)制梁體節(jié)段時，能保證梁體線形與已經(jīng)頂推出去的梁體完全一致：而在頂推時，不需要頂起梁體就可開始頂推。這就要求制梁臺座必須設(shè)置滑道、滑塊、具有升降功能的活動底模板：具有側(cè)模板、端模板立模與柝卸的靈活裝置。預(yù)制臺座基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、水文條件，選擇合理的基礎(chǔ)方案，必要時平臺基礎(chǔ)宜采用臨時樁基礎(chǔ)，防止在澆注和頂推梁體時發(fā)生沉陷，影響預(yù)制梁段的接長或梁體的頂推。預(yù)制臺座的構(gòu)造布置可分為兩部分：①為箱梁預(yù)制臺座。②為預(yù)制臺座內(nèi)滑道支撐墩或整體滑道梁。

2.3臨時墩

由于支點負彎矩的增加與跨度的平方成正比，在箱梁截面和預(yù)應(yīng)力鋼束強度有限的情況下，當(dāng)跨度增加到一定限度時，預(yù)應(yīng)力鋼束就沒法布置了，所以PC梁采用頂推法施工有個“適用跨度”的問題。提高適用跨度的途徑之一是設(shè)置臨時墩。在連續(xù)梁的跨度大于頂推跨度時，宜設(shè)置中間臨時墩，在不設(shè)臨時墩時，為滿足安裝鋼導(dǎo)梁和連續(xù)梁前期頂推抗傾覆的要求，在制梁臺座前和連續(xù)梁第一跨內(nèi)設(shè)臨時墩，作為頂推施工的過渡段，保證梁體線形與已經(jīng)項推出去的梁體完全一致，避免大梁從制梁臺座上頂推出去以后，與接灌的下一梁段出現(xiàn)大的轉(zhuǎn)角。臨時墩應(yīng)能承受頂推時的最大豎向荷載和最大水平摩阻力引發(fā)的變形。在此原則前提下，盡可能降低造價，便于拆裝。為提高臨時墩的穩(wěn)定性，防止臨時墩在箱梁頂推過程中產(chǎn)生較大的水平位移，保證頂推安全，將臨時支墩與相鄰的主橋墩和制梁臺座進行撐拉連接，用水平或斜拉鋼絞線束臨時加固，見圖3所示。

2.4導(dǎo)梁

導(dǎo)梁設(shè)置在主梁前端，可為等截面或變截面鋼板梁，導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)必須通過設(shè)計計算，從受力狀態(tài)分析，導(dǎo)梁的控制內(nèi)力是導(dǎo)梁與箱梁連接的最大正、負彎矩和下翼緣的最大支點反力。國內(nèi)外的施工經(jīng)驗表明：導(dǎo)梁長度一般為頂推跨徑的0.6～0.7倍，較長的導(dǎo)梁可以減小主梁的負彎矩，但過長的導(dǎo)梁也會導(dǎo)致導(dǎo)梁與箱梁連接處負彎矩和支反力的相應(yīng)增加，合理的導(dǎo)梁長度應(yīng)是主梁最大懸臂負彎矩與使用狀態(tài)支點負彎矩基本接近。導(dǎo)梁的剛度宜選主梁剛度的15～19，它對主梁內(nèi)力的影響遠較其長度對主梁內(nèi)力的影響為小。導(dǎo)梁的剛度在滿足穩(wěn)定和強度的條件下，選用較小的剛度及變剛度的導(dǎo)梁，將在頂推時減小最大懸臂狀態(tài)的負彎矩，使負彎矩的2個峰值比較接近。此外，在設(shè)計中要考慮動力系數(shù)，使結(jié)構(gòu)有足夠的安全儲備。為減輕自重最好采用從根部至前端為變剛度的或分段變剛度的導(dǎo)梁。

2.5滑動裝置墩頂

滑道一般采用單滑道板形式，滑道板為一塊整鋼板，置于滑道墊塊鋼架之上，該種形式的滑道，能很好的承受各向作用力，而且標(biāo)高容易控制，拆除也非常方便。近幾年，臺座滑道采用了一種連續(xù)梁式的整體滑道，它是通過在滑道梁上鋪設(shè)滑道板形成的。整體滑道構(gòu)造為：活動底模板+滑塊+滑道板+滑道梁+重軌支座。如在支座上設(shè)置滑道頂推，其永久支座需在廠家做特殊處理，即施工時上、下部臨時固定，以承受頂推的水平摩阻力。再在永久支座縱向兩邊設(shè)墊塊，上面蓋一塊厚40mm 鋼板做蓋板，再設(shè)置滑道。箱梁頂推到位后，將梁頂起，拆開蓋板及滑道，解除支座上臨時約束，恢復(fù)支座設(shè)計功能，完成落梁工序。

2.6頂推動力裝置

頂推動力裝置由千斤頂、高壓油泵、拉桿（束）、頂推錨具（自動工具錨、拉錨器）組成，頂推動力一般使用水平千斤頂或自動連續(xù)千斤頂及其配套的普通高壓油泵或?qū)Ｓ玫囊簤赫咀鳛閯恿ρb置，拉桿體系最早使用精軋螺紋鋼，1988年以后逐漸采用高強鋼絲束、鋼絞線束群錨體系，拉錨器的施力位置由拉箱梁腹板兩側(cè)逐漸過渡到拉箱梁底板的方式，并由穿過箱梁頂、底板布設(shè)笨重的傳力型鋼演變?yōu)閮H在箱梁底板中心線預(yù)留孔插入牛腿式鋼塊拉錨器。拉錨器的間距應(yīng)能保證墩上千斤頂有施力點和便于主墩上千斤頂統(tǒng)一更換拉索以提高頂推工作效率。

2.7頂推動力計算和設(shè)備配置

當(dāng)頂推箱梁的各個主墩和臨時墩的施工階段反力Fi和摩擦系數(shù)f已知后，即可計算出必須的頂推動力，從而確定項推千斤頂?shù)臄?shù)量，并將各千斤頂按逐墩布頂?shù)脑瓌t，布置在各主橋墩上。各頂推千斤頂通過液壓站，在主控臺的集中控制下，同時啟動、同時停止，實現(xiàn)頂推的集中控制和同步運行。總頂推動力H=KΣRifi4±GI，式中K是安全系數(shù)，K=1.5～2.0；R.是墩臺滑道的垂直反力；fi是相應(yīng)的靜摩擦系數(shù)：G是箱梁總重量：I是頂推坡度，上坡取“+”，下坡取“-”。

3 結(jié)語

頂推施工，尤其是采用多點頂推的施工技術(shù)，充分利用墩臺容許承受水平力的潛在能力，避免了設(shè)置大噸位的頂推錨固設(shè)施。隨著我國頂推法的廣泛應(yīng)用，頂推施工及其配套技術(shù)、設(shè)備將會不斷完善，自動連續(xù)項推新工藝必將在全國推廣應(yīng)用。在預(yù)應(yīng)力設(shè)計得到進一步改善后，采用項推法施工在直接成本方面同樣是節(jié)省的。我國將要修建的各類橋梁中，中等跨度的梁橋占有相當(dāng)?shù)谋壤?，而我國大型架梁吊裝設(shè)備又嚴重不足，所以頂推法是適合我國國情的一種較好的建橋方法，其發(fā)展前景是廣闊的。

參考文獻：

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