桥梁顶推施工技术
公路
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U,U(""*VAOPQOD6RS8T
桥梁顶推施工技术
张晓东
交通部公路一局天津工程处)
塘沽市
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摘
要!从回顾顶推桥的历史1介绍顶推施工发展动态及顶推施工技术所取得的成就1系统总结了顶推桥梁
的技术原理2施工方法2关键技术2存在问题及改进意见3
关键词!预应力混凝土桥4顶推法4技术原理4施工方法4关键技术4改进意见
5顶推桥历史及发展动态
5.5顶推桥的发展史
顶推法的构思来源于刚梁纵向拖拉法1它用千斤顶取代了传统的卷扬机滑车组1用板式滑动装置取代滚筒1这一取代使施工方法得到了发展和提高3
顶推法首次用于预应力混凝土连续梁的架设是前联邦德国的莱昂哈特博士和包尔教授1那是%,$,年在奥地利的67桥);(?分节段预;9ABC:;$首先使用了钢导梁和在桥墩间设梁1;,/=+1:=>?置临时墩3%采,/#年顶推施工得到了进一步改进1用了分节段预制1逐段顶推的工艺1即在预制场的固定台座上分节段预制梁体1逐段顶推1同时用预应力前苏联2意大利2法国2奥地利和筋逐段连接3此后1
日本等国相继采用顶推法施工建造了多座预应力混凝土连续梁桥3迄今1世界各国采用顶推法施工的大桥已经超过(""座3推荐的合理顶推跨径为#(=1不设临时墩也无其他辅助设施的最大顶推跨度为顶推法施工的最大跨径是前联邦德国的/*=1
最大跨径%;#"#=三跨连续梁1/
5.G国内发展动态
我国于%,’#年首先在狄家河铁路桥采用顶推法施工)此后公;%/%=1#跨#"=H1:@连续梁+路2铁路采用顶推法施工的桥梁迅速发展1%,
收稿日期!(""*&"
推1%,
,"=平面圆曲线上多点顶推3%,,%年铁路钱塘江二桥引桥L北+,I*(=J()
年底建成的丘墩大桥)在%,,%/"=J’/=J/"=+顶推跨度方面达到我国最大)$(=+1%,,*年西延铁路刘家沟大桥连续顶推新技术的实验成功1标志着我国的顶推架梁施工技术达到了国际先进水平3
国内已经建成的顶推桥顶推方式除少数桥为单大多数桥为多点顶推1是我国中等跨度连点顶推外1
续梁施工架设的重要方法3除直线梁顶推外1还完成了平面及竖向圆曲线箱梁和变高度箱梁的顶推施工3从顶推动力装置看1除少数桥上采用水平加竖直千斤顶及其专用滑道外1%,
!顶推法施工的技术原理及方法!"#施工原理
顶推法施工原理是沿桥纵轴方向的台后设置预分阶段预制梁体$纵向预应力筋张拉后$通过制场$
水平千斤顶施力$借助滑道%滑块$将梁逐段向前顶推$就位后落梁$更换正式支座&
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单点顶推&单点顶推的原理可用下述数学表达式表示*当集中的顶拉力+,-./’0/12/
)时$梁体才能向前移动&
式中*./为第/桥墩或桥台滑道瞬时的垂直支反力30/为第/桥墩或桥台支点相应的静摩擦系数32/为桥梁纵坡坡率$上坡顶推为456$下坡顶推为476&
’8)
多点顶推&多点顶推的原理可用下述数学表达式表示*当-9/,-’0/12/
):/时$梁体才能向前移动&
式中*9/为第/桥墩或桥台千斤顶所施的力3:/为第/桥墩或桥台支点瞬时支反力30/为第/
桥墩或桥台支点相应摩擦系数32/为桥梁纵坡坡率$上坡顶推为456$下坡顶推为476&
这个表达式的物理意义是*把顶推设备分散于各个桥墩或桥台%临时墩上$分散抵抗各墩水平反力&如果千斤顶施力之和小于所有墩水平摩阻力与梁的水平分力之和$则梁体不动&
!"!施工方法
顶推法施工的关键是在一定的顶推动力作用下$梁体能在滑道装置上以较小的摩擦系数向前移动&施工实测资料表明$聚四氟乙烯板和不锈钢板之间的摩擦系数一般为;";$静摩擦系数比动摩擦系数大些&
!"!"#按顶推动力装置分
’()
单点顶推&顶推动力装置集中设置在靠近梁场的桥台或桥墩上$支承在纵向滑道上的垂直千斤顶和支承在墩’
台)背墙的水平千斤顶联动$能使梁体以垂直千斤顶为支承向前移动&狄家河桥就是采用这种方法施工的$如图(所示&
另一种单点顶推的方式是水平千斤顶通过拉杆带动梁体前移$滑道为固定的不锈钢板$滑块在滑道
上支承梁体万方数据
$
在滑道前后设置垂直千斤顶用来起落
#))-年第.期张晓东A桥梁顶推施工技术
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BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB必须符合设计要求!我国大部分顶推施工的桥梁都是采用这种方法!
永久支承兼用滑道的顶推施工!"#$
在条件适当的桥梁顶推施工设计中%把永久支座做必要的临时处理%使其成为临时滑道%当顶推结束后%起梁&拆除临时的滑道%把梁体落在永久支座上!国外的’由于采用很薄的不锈钢带(施工法%
和橡胶"组成的连续滑板%就象放")*+,,$-,,$映电影胶片一样自动循环%可以取消起梁&落梁的复连续顶推!"#$
自从长沙湘江北大桥西延铁路刘家沟大桥采用钢绞线束&自动工具锚&拉锚器体串联穿心千斤顶&
系实现了连续顶推以后%许多桥梁顶推施工都采用了这一新工艺!它通过连续千斤顶的连续工作%使一段梁体的顶推作业连续进行%避免了步距式顶推时梁体的8爬行9现象及对墩台的反复冲击%同时也提高了顶推效率!
3*3*:按箱梁节段的成型方式分
杂工序%简化施工!例如日本的秩父跨线桥"#.*-,/0),/#.*-,12连续梁$
就是这样施工的!3*3*4按顶推方向分
"5$
单向顶推!单向顶推即只在桥的一端设置制梁台座%分段预制%逐段顶推%直到全桥就位!对于多联的连续桥梁%顶推时%必须把两联之间临时连接起来%全桥就位后%再取掉临时连接!
"#$
双向"相对$顶推!在桥的两端台后均设置制梁台座%同时分段预制梁体%逐段顶推!这种顶推方式%必须解决两联梁体即将到位时%导梁的处理问题!通常的解决方式是第一联首先按常规方法就位%
第二联顶推到适当位置时%把导梁移至梁顶部%使第二联导梁在第一联梁体顶面滑移!这种方法需要的设备多%只在桥梁较长%
工期很紧张的情况下才考虑采用!3*3*6按动力装置的类别分
"5$
步距式顶推!自从5..)年广北立交桥建成以后%
大部分顶推桥梁均采用穿心千斤顶&钢绞线束&自动工具锚&拉锚器体系作为顶推动力装置!为了使多台千斤顶同步运行%
采用主控台控制各个泵站操纵千斤顶%即可集中控制%又可分级调压%也可以限定差值"各墩台设计允许的水平推力与施加给各墩台的不平衡推力之差$!但是%由于步距式顶推是以水平千斤顶的工作行程为一个顶推步距%当水平千斤顶回程时%梁体便停止前移!对于墩台而言%每一个顶推步距都将经历从静摩擦到动摩擦再到停止的过程%墩台顶部的位移也随之从零7最大7较小7零这样周而复始的变化!同时%每当顶推力克服了静摩擦力时%梁体便突然前移%而由于动摩擦力比静摩擦力小%水平千斤顶的油压随之下降%梁体前移速度也随之减慢%这就是梁体爬行现象万方数据!它对柔性高墩的安全存在严重威胁%因此%出现了连续顶推新工艺!
"5$
预制组拼%分段顶推!在墩"台$后设置制梁场&存梁场&拼梁线%按照设计顶推单元划分%将顶推单元分成若干个块件预制%在拼梁线上组拼%张拉预应力形成整体后顶推的施工方法!当台后场地条件好%具备运输和就地拼装能力%工期要求紧迫时%设计和施工方案可以考虑预制箱梁节段&墩"台$后拼装&分阶段顶推的施工方案!
"#$逐段预制%逐段顶推!在墩"台$后设置制梁平台%将连续梁分成若干个节段%按照设计顶推单元划分%每一个顶推单元为一个预制的基本节段%依次在制梁台座上制作%在墩顶设置顶推滑道&顶推千斤顶%通过各千斤顶出力%牵引顶推传力拉索带动梁体在滑道上向前移动%前段梁顶出台座后%在台座上接灌下一梁段%将梁逐渐向对岸顶推!
4顶推关键技术
4*;制梁台座和节段的制作
制梁台座为预制箱梁节段和顶推作业的过渡场地!台座上一般设有可升降的活动底模架和不动的台座滑道!与制梁台座相配套的还有预应力钢束穿束平台&
钢筋绑扎平台&测控平台及必要的吊装设备!这些设施使梁段制作具有明显的工厂化生产特点%从而有效地保证了箱梁的施工质量!
梁体节段的预制周期制约全桥的施工工期!顶推节段长度一般为5)
50?!由于节段较长%这个速度是不慢的!我国预制周期的记录已经达到>?!这要求模板设计时%
外模必须是大块整体式%内模是可以整体拖出并整体推进的装备化机械化形式%还必须考虑蒸汽养生条件!
"5$
制梁台座位置的选择!制梁台座位置选择的原则主要有以下几个方
面!首先"必须保证墩台后端梁体在顶推过程中的总体稳定和抗倾覆安全"使梁段在预制场地范围内逐步制梁台座的位置应尽量地向前靠"充分顶推到标准跨#
利用永久墩$台基础和墩身"少占引桥或引道位置"减小顶推工作量"避免顶推到最后时"梁的尾端出现长悬臂%其次除必须使顶推梁体尾端的转角为零"以保证梁体线形一致外"还应考虑拼装导梁的场地#
将临时支墩与相邻的主桥墩和制梁台座进行撑拉连接"用水平或斜拉钢绞线束临时加固"见图0所示
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制梁台座的结构形式#制梁台座的主要功能是预制梁体节段时"能保证梁体线形与已经顶推出去的梁体完全一致%而在顶推时"不需要顶起梁体就可开始顶推#这就要求制梁台座必须设置滑道$滑块$具有升降功能的活动底模板%具有侧模板$端模板立模与柝卸的灵活装置#预制台座基础应根据地质$水文条件"选择合理的基础方案"必要时平台基础宜采用临时桩基础"防止在浇注和顶推梁体时发生沉陷"影响预制梁段的接长或梁体的顶推#
预制台座的构造布置可分为两部分!一部分为箱梁预制台座"即在基础上设置钢筋混凝土立柱或者钢管立柱"立柱顶面用型钢联成整体"直接支撑预制模板"只承受垂直压力"顶推前降下模板"脱离梁体!另一部分为预制台座内滑道支撑墩或整体滑道梁"在基础上立钢管或钢筋混凝土墩身"纵向联成了整体"顶上设滑道"梁体脱模后"承受梁体重力和顶推时的水平力#预制台座一般采用刚性设计"台座结构形式宜采用梁柱式结构或整体框架结构"刚度$强度满足顶推施工的技术要求"表面平整$标高准确"不得发生沉降#)*+临时墩
由于支点负弯矩的增加与跨度的平方成正比"在箱梁截面和预应力钢束强度有限的情况下"当跨度增加到一定限度时"
预应力钢束就没法布置了"所以,-梁采用顶推法施工有个.
适用跨度/的问题#提高适用跨度的途径之一是设置临时墩#在连续梁的跨度大于顶推跨度时"宜设置中间临时墩"在不设临时墩时"为满足安装钢导梁和连续梁前期顶推抗倾覆的要求"在制梁台座前和连续梁第一跨内设临时墩"作为顶推施工的过渡段"保证梁体线形与已经顶推出去的梁体完全一致"避免大梁从制梁台座上顶推出去以后"与接灌的下一梁段出现大的转角#
临时墩应能承受顶推时的最大竖向荷载和最大水平摩阻力引发的变形#在此原则前提下"尽可能降低造价"便于拆装万方数据#为提高临时墩的稳定性"防止临时墩在箱梁顶推过程中产生较大的水平位移"保证顶推安全"
3**1年第B期张晓东&桥梁顶推施工技术
A)BA
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC位正常运行!或将导梁前端底缘设计成呈向上圆弧形"以便导梁上墩时"能起过渡作用!
#$%滑动装置
墩顶滑道一般采用单滑道板形式"滑道板为一块整钢板"置于滑道垫块钢架之上"该种形式的滑道"能很好的承受各向作用力"而且标高容易控制"拆除也非常方便!近几年"台座滑道采用了一种连续梁式的整体滑道"它是通过在滑道梁上铺设滑道板形成的!整体滑道构造为&活动底模板’滑块’滑道带动滑块一起前进"聚四氟乙烯板便在不锈钢板上滑行"当滑块滑到滑道的尽头时"便从前端掉下来"此时应将它拾起来拿到后端重新喂进去"这样滑块不断吐出(喂进"周而复始"梁体便可继续向前滑行!
滑板可根据实际需要在厂家预定制作"滑块表面涂铅粉或硅脂以减少顶推摩阻力"聚四氟乙烯板与不锈钢板的静摩擦系数可按*动$*95*$*6选用"
摩擦系数可按*选用"摩擦系数与滑道表$*)5*$*.面的光洁度有关"光洁度越高"摩擦系数越小"摩擦板’滑道梁’重轨支座!如在支座上设置滑道顶推"其永久支座需在厂家做特殊处理"即施工时上(下部临时固定"以承受顶推的水平摩阻力!再在永久支座纵向两边设垫块"上面盖一块厚)*++钢板做盖板"再设置滑道!箱梁顶推到位后"将梁顶起"拆开盖板及滑道"解除支座上临时约束"恢复支座设计功能"完成落梁工序!
滑道垫块是用来代替支座的临时垫块"因此必须保证滑道顶面标高与落梁后梁底面标高一致"垫块平面应为长方形"比滑道尺寸稍大"纵向坡度应与桥纵坡一致"滑道垫块一般采用钢板组焊成一个长方形盒"内布钢筋网"并用高强度混凝土填实"以保证垫块外形尺寸和强度!滑道垫块应固定在支座垫石上"以免因水平摩阻力拖动垫块钢架"可用螺杆固定或在垫石的顶面预埋钢板焊接固定"也可采用在滑道出口处垫石顶面设一挡块"滑道进口焊接一根挂铁固定"便于拆除!
滑道板一般用铸钢或钢板制作"面铺不锈钢板"主体钢板厚度应在)*++以上"不锈钢板表面粗糙度小于,-./+"滑道板横向宽度应为滑块宽度的0$0
倍以上!滑道纵向长度应根据滑道反力所需最少的滑板数量确定"
滑道板前后端各有一段斜面"以便于滑块的喂进和吐出!滑道进口1*2+范围应设圆
弧"与梁底交角34514"不可用折线衔接"以避免滑块在滑移受压过程中发生线状接触"因集中应力而变形"压坏滑块"滑道出口也宜设圆弧段"可比进口段短平!滑道横向宽度由箱梁腹板和底承托的宽度确定"滑道板的纵向长度由最大垂直反力和滑道设计承压应力确定!滑道板的有效长度应能保证滑块在顶推过程中承受的最大压力不超过678-"以免造成滑块变形过大和损伤!
滑块实际上就是板式橡胶支座"面上贴一层聚四氟乙烯板万方数据"喂滑块时聚四氟乙烯板面朝下与滑道接触"另一面朝上与梁底接触!当梁体向前行进时"
系数随压强降低而增大"摩擦系数随荷载压在聚四氟乙烯板上的滞留时间的增长而增加!当顶推荷载恒定时"如滑动速度太快"可能导致金属滑道摩擦生热起火"从而降低或破坏四氟板的力学性能"甚至使其微粒分离"烧结成块!故在选择千斤顶时"顶推速度应控制在0.53*2+:+;
!目前顶推使用的滑板支座均按无侧限计算"滑板的面积按容许应力678-和可能发生的最大反力计算决定"根据梁腹板与底板的承托宽度确定滑板横向宽度及纵向所需滑板块数和滑道长度"滑板的厚度约为3)++"
不宜太薄"需要一定厚度以调整滑道顶面标高及梁底施工误差=滑板也不宜太厚"以免容易损坏和增加施工成本!
#$>顶推导向及纠偏
为了控制梁体在顶推过程中的中线始终处于设计范围内"横向导向装置是必须设置的"尤其在圆曲线上顶推"横向导向装置显得更加重要!纠偏器装在预制台座前临时墩的两旁"且固定一对"以控制每段梁尾端的横向位置"保证梁尾与预制模板正位接头"在梁的前进方向设置纠偏装置"纠偏装置可视梁的行进交替前移!顶推时"应做好横向偏差观测"主要观测主梁和永久墩的弹性横向位移!
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被动导向装置!当梁体横向移位时"可采取如图)所示的楔块挤压法纠偏!楔块靠近墩顶锚锭的部分是固定的"靠近梁体的半块同梁体之间设置橡胶板随梁体前移"楔块的斜面非常光滑"当梁体前移时"梁体就会被挤向图标方向!
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主动导向装置!当梁体偏移较大或被动导向无效时"可采取主动纠偏方法如图.所示!纠偏装置由防偏支架(纠偏滚轴及水平丝杠顶组成"用型钢作为防偏支架"成对的安于箱梁两边垫块钢架上"并用螺栓连接"当需要调整主梁轴线时"用丝杠千斤顶调整纠偏滚轴与主
万方数据
2009年第?期张晓东;桥梁顶推施工技术
F.&F
GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG板与腹板相交的两边滑动的承托部位!在箱内腹板与底板转角处!在底板底面后期纵向预应力空管道采取了如下一些措处"在总结经验教训的基础上!
施!例如加强导梁与梁体的联结!保证梁底的平整度#严格控制各滑道高程误差及滑道$滑板的尺寸#设置体外明筋临时束#适当增加箱梁的构造钢筋等底板底层钢筋直径加大!减少钢筋间距!箱梁底承%
托部位采取立体三向布筋!梁端预应力束锚固截面纵向&’范围内增加弯钩钢筋!加强底板$腹板$顶由于滑道顶标高控制误差!梁底板的预制许应力值"
误差!滑道板表面杂质的侵入!以及滑块在顶推过程速度快!摩擦又引起接触面升温!滑中的滑移量大$
板使用周转次数多!造成滑板损坏严重"针对上述原因!采取了如下措施!例如严格控制滑道板的安装误差和滑道板表面的光洁度!滑道板进口采用圆弧坡度#保证底模的刚度!确保箱梁底板的平整度#控制顶推速度!采取滑板的润滑措施和滑道的降温措施#合理的周转使用滑板!改进滑板的构造%聚四氟乙烯板两层钢筋的连接!增强整体性!来承受预应力的轴向作用(!
以控制顶推中梁体裂缝的产生")*+关于箱梁,
爬行-问题梁体,爬行-现象!即被顶推的箱梁每前进./
&0’’即停顿0*./&1!千斤顶油压摆动&/2345
!如此反复!工作人员也能明显感觉到桥墩的摆动!并伴有不适和担忧感"
梁体的,爬行-现象是一个比较复杂的问题!它同梁体与滑道间动$静摩擦系数的交替变化及桥墩刚度和拉杆%索(的弹性模量等因素有关"这些因素共同或部分发生作用都有可能引起梁体,爬行-",
爬行-的危害是不言而喻的"虽然迄今还未发现因,
爬行-现象而引起墩台和梁体的破坏!但这种不安全因素的确是存在的"采用自动顶推锚具和连续顶推新工艺可在一定程度上减少,爬行-现象")*6关于顶推误差限值问题
现行7铁路桥涵施工规范8对顶推施工中的滑道和梁底高程以及导梁纵$横向底面高程容许误差规定仅为&/2’’"如此严格的要求不仅直接导致制梁台座和导梁施工成本的大幅增长!而且施工单位即使多方努力也很难满足要求"
国外顶推梁滑道支点综合高差一般按20/
2.’’设计!
国内公路顶推梁也按综合高差约20’’设计"故建议对7
铁路桥涵施工规范8有关条款做些修改!在经济合理的前提下!适当放宽顶推梁施工的容许误差!以利顶推施工技术的推广")*)关于滑板损坏的问题
在顶推施工中!滑板损坏相当严重!因作为顶推中滑板与桥梁滑板支座受力情况大不一样!滑板支座长期受压!温度升降引起的纵向滑移速度相当缓慢!滑移量都是小位移的!滑动摩阻引起的温度升高很小!而作为顶推滑板!由于受墩顶尺寸限制!所以滑道尺寸也受到限制万方数据!
承压应力大于施工规范的允面确定为9’’!四氟面通过薄层橡胶再与钢板粘
结!钢板表面打毛或增设齿形!粘结剂采用高强材料!滑板内夹钢板确定为9层(等!使滑板受力均匀!以减少滑板的损坏"
:结语
顶推施工!尤其是采用多点顶推的施工技术!充分利用墩台容许承受水平力的潜在能力!避免了设置大吨位的顶推锚固设施"随着我国顶推法的广泛应用!顶推施工及其配套技术$设备将会不断完善!自动连续顶推新工艺必将在全国推广应用"在预应力设计得到进一步改善后!采用顶推法施工在直接成本方面同样是节省的"我国将要修建的各类桥梁中!中等跨度的梁桥占有相当的比例!而我国大型架梁吊装设备又严重不足!所以顶推法是适合我国国情的一种较好的建桥方法!其发展前景是广阔的"参考文献;
*北京;人民交通出版社!2000*
用顶推法修建大跨度连续梁桥%丘墩大桥设计简介(
=*华东情报网!&?@@*
结构工艺改进
=*&?@@*
*北京;中国建筑工业出版社!&??2*
=*湖南交通科技!&??B!%&2(增刊*
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力混凝土箱形连续梁顶推施工试验研究报告
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