摘要：本文根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),分析介紹了頂推橋梁的技術(shù)原理、施工方法、及關(guān)鍵技術(shù).
關(guān)鍵詞：頂推法；橋梁工程；施工技術(shù)；應(yīng)用
1、頂推法施工的技術(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(tái)后設(shè)置預(yù)制場(chǎng), 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)鍵是在一定的頂推動(dòng)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(dòng)。施工實(shí)測(cè)資料表明,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(dòng)摩擦系數(shù)大些。
1.3 頂推施工方法分類
1.3.1 按頂推動(dòng)力裝置分
(1)單點(diǎn)頂推。頂推動(dòng)力裝置集中設(shè)置在靠近梁場(chǎng)的橋臺(tái)或橋墩上,支承在縱向滑道上的垂直千斤頂和支承在墩(臺(tái))背墻的水平千斤頂聯(lián)動(dòng),能使梁體以垂直千斤頂為支承向前移動(dòng)。另一種單點(diǎn)頂推的方式是水平千斤頂通過拉桿帶動(dòng)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單點(diǎn)頂推示意梁體使滑塊能從前向后移動(dòng),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(jìn),就不必用垂直千斤頂頂起梁體后移滑塊了。
(2)多點(diǎn)頂推。由于單點(diǎn)頂推存在一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn),就是在頂推前期和后期, 垂直千斤頂頂部同梁體之間的摩擦力不能帶動(dòng)梁體前移,必須依靠輔助動(dòng)力才能完成頂推。此外,單點(diǎn)頂推施工中,沒有設(shè)置水平千斤頂?shù)母叨? 尤其是柔性墩在水平力的作用下會(huì)產(chǎn)生較大的墩頂位移,甚至威脅到結(jié)構(gòu)的安全。為了克服單點(diǎn)頂推的這些缺點(diǎn),便產(chǎn)生了多點(diǎn)頂推法。多點(diǎn)頂推法的優(yōu)點(diǎn)是任何階段都能提供必須的頂推動(dòng)力, 在頂推過程中水平千斤頂對(duì)墩臺(tái)的水平推力同梁體作用在墩臺(tái)上的摩擦力相平衡,有利于柔性高墩的安全。但是必須保證多臺(tái)千斤頂同步工作,而且可以分級(jí)調(diào)壓,使作用在墩頂?shù)乃搅Σ怀^設(shè)計(jì)允許值。一般都采用穿心千斤頂、鋼絞線束、自動(dòng)工具錨體系。
1.3.2 按支承系統(tǒng)分
(1)臨時(shí)滑道支承裝置頂推施工。在永久墩臺(tái)和臨時(shí)墩頂設(shè)置臨時(shí)滑道裝置進(jìn)行頂推,待梁體就位后起梁、取掉滑道、更換支座、落梁。這是一項(xiàng)復(fù)雜的工程,起梁和落梁必須有設(shè)計(jì)程序,確保梁體的安全。永久墩臺(tái)的支承墊石頂面標(biāo)高必須符合設(shè)計(jì)要求。
(2)永久支承兼用滑道的頂推施工。在條件適當(dāng)?shù)臉蛄喉斖剖┕ぴO(shè)計(jì)中,把永久支座做必要的臨時(shí)處理,使其成為臨時(shí)滑道,當(dāng)頂推結(jié)束后,起梁、拆除臨時(shí)的滑道,把梁體落在永久支座上。國外的RS施工法,由于采用很薄的不銹鋼帶(0.6mm)和橡膠(3mm)組成的連續(xù)滑板,就象放映電影膠片一樣自動(dòng)循環(huán),可以取消起梁、落梁的復(fù)雜工序,簡(jiǎn)化施工。
1.3.3 按頂推方向分
(1)單向頂推。單向頂推即只在橋的一端設(shè)置制梁臺(tái)座,分段預(yù)制,逐段頂推,直到全橋就位。對(duì)于多聯(lián)的連續(xù)橋梁,頂推時(shí),必須把兩聯(lián)之間臨時(shí)連接起來,全橋就位后,再取掉臨時(shí)連接。
(2)雙向(相對(duì))頂推。在橋的兩端臺(tái)后均設(shè)置制梁臺(tái)座,同時(shí)分段預(yù)制梁體,逐段頂推。這種頂推方式,必須解決兩聯(lián)梁體即將到位時(shí),導(dǎo)梁的處理問題。通常的解決方式是第一聯(lián)首先按常規(guī)方法就位,第二聯(lián)頂推到適當(dāng)位置時(shí),把導(dǎo)梁移至梁頂部,使第二聯(lián)導(dǎo)梁在第一聯(lián)梁體頂面滑移。這種方法需要的設(shè)備多,只在橋梁較長(zhǎng),工期很緊張的情況下才考慮采用。
1.3.4 按動(dòng)力裝置的類別分
(1)為了使多臺(tái)千斤頂同步運(yùn)行,采用主控臺(tái)控制各個(gè)泵站操縱千斤頂,即可集中控制,又可分級(jí)調(diào)壓,也可以限定差值(各墩臺(tái)設(shè)計(jì)允許的水平推力與施加給各墩臺(tái)的不平衡推力之差)。但是,由于步距式頂推是以水平千斤頂?shù)墓ぷ餍谐虨橐粋�(gè)頂推步距, 當(dāng)水平千斤頂回程時(shí),梁體便停止前移。對(duì)于墩臺(tái)而言,每一個(gè)頂推步距都將經(jīng)歷從靜摩擦到動(dòng)摩擦再到停止的過程, 墩臺(tái)頂部的位移也隨之從零→最大→較小→零這樣周而復(fù)始的變化。同時(shí),每當(dāng)頂推力克服了靜摩擦力時(shí),梁體便突然前移,而由于動(dòng)摩擦力比靜摩擦力小,水平千斤頂?shù)挠蛪弘S之下降,梁體前移速度也隨之減慢,這就是梁體爬行現(xiàn)象。它對(duì)柔性高墩的安全存在嚴(yán)重威脅,因此,出現(xiàn)了連續(xù)頂推新工藝。
(2)連續(xù)頂推。它通過連續(xù)千斤頂?shù)倪B續(xù)工作,使一段梁體的頂推作業(yè)連續(xù)進(jìn)行,避免了步距式頂推時(shí)梁體的“爬行”現(xiàn)象及對(duì)墩臺(tái)的反復(fù)沖擊,同時(shí)也提高了頂推效率。
1.3.5 按箱梁節(jié)段的成型方式分
(1)預(yù)制組拼,分段頂推。在墩(臺(tái))后設(shè)置制梁場(chǎng)、存梁場(chǎng)、拼梁線,按照設(shè)計(jì)頂推單元?jiǎng)澐?將頂推單元分成若干個(gè)塊件預(yù)制,在拼梁線上組拼,張拉預(yù)應(yīng)力形成整體后頂推的施工方法。當(dāng)臺(tái)后場(chǎng)地條件好,具備運(yùn)輸和就地拼裝能力,工期要求緊迫時(shí),設(shè)計(jì)和施工方案可以考慮預(yù)制箱梁節(jié)段、墩(臺(tái))后拼裝、分階段頂推的施工方案。逐段預(yù)制,逐段頂推。在墩(臺(tái))后設(shè)置制梁平臺(tái),將連續(xù)梁分成若干個(gè)節(jié)段,按照設(shè)計(jì)頂推單元?jiǎng)澐?每一個(gè)頂推單元為一個(gè)預(yù)制的基本節(jié)段,依次在制梁臺(tái)座上制作,在墩頂設(shè)置頂推滑道、頂推千斤頂,通過各千斤頂出力, 牽引頂推傳力拉索帶動(dòng)梁體在滑道上向前移動(dòng),前段梁頂出臺(tái)座后,在臺(tái)座上接灌下一梁段,將梁逐漸向?qū)Π俄斖啤?nbsp;
2、頂推關(guān)鍵技術(shù)
2.1 制梁臺(tái)座和節(jié)段的制作
制梁臺(tái)座為預(yù)制箱梁節(jié)段和頂推作業(yè)的過渡場(chǎng)地。臺(tái)座上一般設(shè)有可升降的活動(dòng)底模架和不動(dòng)的臺(tái)座滑道。與制梁臺(tái)座相配套的還有預(yù)應(yīng)力鋼束穿束平臺(tái)、鋼筋綁扎平臺(tái)、測(cè)控平臺(tái)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(diǎn),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(zhǎng)度一般為10~24m,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(zhǎng)度均相等。頂推施工進(jìn)入正常后,節(jié)段作業(yè)循環(huán)周期一般在7~15d。
(1)制梁臺(tái)座位置的選擇
制梁臺(tái)座位置選擇的原則主要有以下幾個(gè)方面:首先, 必須保證墩臺(tái)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(chǎng)地范圍內(nèi)逐步頂推到標(biāo)準(zhǔn)跨。制梁臺(tái)座的位置應(yīng)盡量地向前靠,充分利用永久墩、臺(tái)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(shí),梁的尾端出現(xiàn)長(zhǎng)懸臂;其次除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(chǎng)地。
(2)制梁臺(tái)座的結(jié)構(gòu)形式
預(yù)制臺(tái)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(shí)平臺(tái)基礎(chǔ)宜采用臨時(shí)樁基礎(chǔ), 防止在澆注和頂推梁體時(shí)發(fā)生沉陷,影響預(yù)制梁段的接長(zhǎng)或梁體的頂推。預(yù)制臺(tái)座的構(gòu)造布置可分為兩部分:①為箱梁預(yù)制臺(tái)座,即在基礎(chǔ)上設(shè)置鋼筋混凝土立柱或者鋼管立柱,立柱頂面用型鋼聯(lián)成整體,直接支撐預(yù)制模板,只承受垂直壓力,頂推前降下模板,脫離梁體;②為預(yù)制臺(tái)座內(nèi)滑道支撐墩或整體滑道梁,在基礎(chǔ)上立鋼管或鋼筋混凝土墩身,縱向聯(lián)成了整體,頂上設(shè)滑道,梁體脫模后,承受梁體重力和頂推時(shí)的水平力。預(yù)制臺(tái)座一般采用剛性設(shè)計(jì),臺(tái)座結(jié)構(gòu)形式宜采用梁柱式結(jié)構(gòu)或整體框架結(jié)構(gòu),剛度、強(qiáng)度滿足頂推施工的技術(shù)要求,表面平整、標(biāo)高準(zhǔn)確,不得發(fā)生沉降。
2.2 臨時(shí)墩
由于支點(diǎn)負(fù)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(qiáng)度有限的情況下,當(dāng)跨度增加到一定限度時(shí),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(gè)“適用跨度”的問題。提高適用跨度的途徑之一是設(shè)置臨時(shí)墩。在連續(xù)梁的跨度大于頂推跨度時(shí),宜設(shè)置中間臨時(shí)墩,在不設(shè)臨時(shí)墩時(shí),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(tái)座前和連續(xù)梁第一跨內(nèi)設(shè)臨時(shí)墩,作為頂推施工的過渡段,保證梁體線形與已經(jīng)頂推出去的梁體完全一致,避免大梁從制梁臺(tái)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(shí)墩應(yīng)能承受頂推時(shí)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(jià),便于拆裝。為提高臨時(shí)墩的穩(wěn)定性, 防止臨時(shí)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(shí)支墩與相鄰的主橋墩和制梁臺(tái)座進(jìn)行撐拉連接,用水平或斜拉鋼絞線束臨時(shí)加固。
2.3 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(jì)計(jì)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(fù)彎矩和下翼緣的最大支點(diǎn)反力。導(dǎo)梁的剛度在滿足穩(wěn)定和強(qiáng)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(shí)減小最大懸臂狀態(tài)的負(fù)彎矩,使負(fù)彎矩的2個(gè)峰值比較接近。此外,在設(shè)計(jì)中要考慮動(dòng)力系數(shù),使結(jié)構(gòu)有足夠的安全儲(chǔ)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。
2.4 滑動(dòng)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(tái)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(dòng)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(shí)上、下部臨時(shí)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(shí)約束,恢復(fù)支座設(shè)計(jì)功能,完成落梁工序。
2.5 頂推動(dòng)力裝置
頂推動(dòng)力裝置由千斤頂、高壓油泵、拉桿(束)、頂推錨具(自動(dòng)工具錨、拉錨器)組成,頂推動(dòng)力一般使用水平千斤頂或自動(dòng)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?dòng)力裝置, 拉桿體系最早使用精軋螺紋鋼,1988年以后逐漸采用高強(qiáng)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(diǎn)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。
2.6 頂推動(dòng)力計(jì)算和設(shè)備配置
當(dāng)頂推箱梁的各個(gè)主墩和臨時(shí)墩的施工階段反力Fi和摩擦系數(shù)f 已知后,即可計(jì)算出必須的頂推動(dòng)力,從而確定頂推千斤頂?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(tái)的集中控制下,同時(shí)啟動(dòng)、同時(shí)停止,實(shí)現(xiàn)頂推的集中控制和同步運(yùn)行�？傢斖苿�(dòng)力H=KΣRifi±GI,式中K是安全系數(shù),K=1.5~2.0;Ri是墩臺(tái)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“-”。
結(jié)語
在預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)得到進(jìn)一步改善后, 采用頂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(yán)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(xiàn):
[1]交通部第一公路工程總公司. 公路施工手冊(cè)[M]. 北京: 人民交通出版社, 2000.
[2]楊昀. 用頂推法修建大跨度連續(xù)梁橋(丘墩大橋設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介) [J].華東情報(bào)網(wǎng), 1988.
[3]湖南省路橋公司. 廣東九江大橋北岸50m梁頂推施工結(jié)構(gòu)工藝改進(jìn)[Z]. 1988.
