桥梁顶推施工法.doc

大学期末考察论文

《桥梁施工与管理》

学院：土木工程与力学学院
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顶推施工法

桥梁是线路的重要组成部分，每当运输工具发生重大变化,便推动了桥梁工程技术的发展。19世纪20年代,随着铁路的出现，桥梁工程建设技术不断翻新,从工程技术的角度来看，桥梁发展分为古代、近代和现代三个时期：古代桥梁一般为倒躺树木自然形成；在近代桥梁施工中钢材成为重要的造桥材料；20世纪30年代，预应力混凝土和高强度钢材相继出现，材料塑性理论和极限理论的研究，桥梁振动的研究和空气动力学的研究以及土力学的研究等进展使近代桥梁施工技术应运而生。目前桥梁施工有悬臂浇注施工、顶推法施工等方法。现在单对桥梁顶推施工方法进行了研究，本文阐述了其施工原理和施工工艺及相关内容，指出其优缺点和不足之处，为以后同类工程施工提供一定的借鉴。
顶推法多应用于预应力钢筋混凝土等截面连续梁桥和斜拉桥梁的施工。指的是梁体在桥头逐段浇筑或拼装，用千斤顶纵向顶推，使梁体通过各墩顶的临时滑动支座面就位的施工方法。顶推施工是在桥台的后方设置施工场地，分节段浇筑梁体，并用纵向预应力筋将浇筑节段与已完成的梁体连成整体，在梁体前安装长度为顶推跨径0.7倍左右的钢导梁，然后通过水平千斤顶施力，将梁体向前方顶推出施工场地。重复这些工序即可完成全部梁体施工。
顶推法最早是1959年在奥地利的阿格尔桥上使用，其特点是：由于作业场所限定在一定范围内，可于作业场上方设置顶棚而使施工不受天气影响，全天候施工。连续梁的顶推跨径30~50m最为经济有利，如果跨径大于此值，则需要临时墩等辅助手段。逐段顶推施工宜在等截面的预应力混凝土连续梁桥中使用，也可在组合梁和斜拉桥的主梁上使用。用顶推法施工，设备简单，施工平稳，噪声低，施工质量好，可在深谷和宽深河道上的桥梁、高架桥以及等曲率曲线桥、带有曲线的桥和坡桥上采用。顶推施工的方法可分为单点顶推和多点顶推。

顶推方法的分类：
单点顶推：一对顶推装置集中在桥台上或某一桥墩，其它墩台仅设滑道。顶推力要求大。
多点顶推：在每个桥墩、台（不包括临时墩）上都设有一对顶推装置。要求千斤顶同步运行。
水平——竖直千斤顶法：由水平千斤顶和竖向千斤顶交互使用而产生顶推力
拉杆千斤顶法——由固定在墩台上的水平张拉千斤顶，通过张拉锚碇在主梁上的拉杆而使梁体前移

顶推施工法的特点：
• 机具设备简便，无需大型起吊设备
• 节省施工用地，工厂化制作，能保证构件质量
• 模板可周转
• 不影响通航
• 节约劳力，施工安全
• 适应于连续梁，结合梁（桥面板），简支梁，拱桥（桥面纵梁，斜拉桥（主梁）等结构

• 不适应多跨变高梁，曲率变化的曲线桥和竖向曲率大的桥梁
• 受顶推悬臂弯矩的限制，顶推跨径大于70~80米不经济
• 顶推过程中的反复应力，使梁高取值大，临时束多，张拉工序繁琐
• 随着桥长的增大，施工进度较慢

顶推的工作原理：
顶推法是梁体在桥头逐段浇筑或拼装，用千斤顶纵向顶推，使梁体通过各墩顶的临时滑动支座面就位的施工方法。施工原理是沿桥纵轴方向的台后设置预制场，分阶段预制梁体，纵向张拉预应力筋后，通过水平千斤顶施力，借助滑移装置和顶推装置，将梁逐段向前顶推，就位后落梁并更换正式支座。
　　单点顶推的动力学原理为，当集中的顶拉力满足下式时，梁体才能向前移动：
　　H>ΣRi（fi±αi）
　　Ri—第i桥墩（或桥台）滑道瞬时的垂直支反力；
　　fi—第i桥墩（或桥台）支点相应的静摩擦系数；
　　αi—桥梁纵坡坡率，正为上坡顶推，负为下坡顶推。
　　多点分散顶推施工的动力学原理为，当ΣFi满足下式时，梁体才能向前移动：
　　ΣFi>Σ(fi±αi)Ni
　　Fi—第i桥墩（或桥台）千斤顶所施的力；
　　Ni—第i桥墩（或桥台）支点瞬时支反力；
　　fi—第i桥墩（或桥台）支点相应摩擦系数；
　　αi—桥梁纵坡坡率，正为上坡顶推，负为下坡顶推。
　　桥梁顶推法施工示意图
水平——竖直千斤顶法
顶梁—推移—落竖顶—收水平顶
拉杆千斤顶法
拉杆穿入千斤顶柱塞和锚碇架内，并用夹片夹住
—启动千斤顶移梁

预制梁段的技术要求
• 底板平整度，要有一定的刚度和硬度
• 严格控制钢筋、预应力筋孔道、预埋件的位置
• 严格控制混凝土的浇筑质量
• 尽可能采用机械化装拆模板

减少顶推施工时内力的措施：
• 主梁前端设导梁
• 跨中设临时墩，缩小顶推跨径（至40~60米）
• 桥墩顺桥向设临时撑架，缩小顶推跨径
• 主梁前端设临时塔架，以斜缆索系于梁上锚固
• 当中孔跨径较大，又无法设临时墩，则变单向顶推为双向顶推

导梁长度一般为顶推跨径的0.6~0.7倍
导梁长，可减少主梁悬臂负弯矩，但过长则会导致导梁与箱梁接头处负弯矩和支反力的相应增加
导梁过短，则增加主梁的施工负弯矩
合理的导梁长度应使主梁最大悬臂负弯矩和营运阶段的支点负弯矩基本相近

施工验算的内容：
• 各截面的施工内力计算和强度验算
• 顶推过程中的稳定计算（倾覆稳定，滑动稳定）
• 钢索引伸量的计算
• 施工中临时结构的设计与计算
• 确定顶推设备、计算顶推力
• 顶推过程中，桥墩台的施工验算
• 顶推施工时，梁的挠度计算
预应力筋类型：
• 兼顾营运与施工要求所需的力筋
• 为施工阶段要求配置的力筋
• 在施工完成之后，为满足营运阶段需要而增加的力筋

顶推施工法的施工工序：

　　顶推方式是根据主梁长度、设计顶推跨度、桥墩能承受的水平推力、项推设备和滑动装置等条件进行选择的，例如单点顶推、多点顶推或双向顶推等。主要流程如图1所示。
　　3.1布置预置场
　　预置场地应设在桥台后面的桥轴线的引道或引桥上。若为多点顶推时，可在桥两端设场地，从两端同时顶推。预置场地应考虑几个长度，包括梁段底板与腹顶板预置长度、梁段悬出时反压段的长度、机具设备材料进入预置作业线的长度和导梁拼接长度；预置场地的宽度应考虑梁两端的施工作业的需要。为了便于混凝土的养护，预置场地上空宜搭设固定或活动的作业棚，。
　　3.2顶推装置
　　顶推装置由千斤顶、高压油泵、拉杆(束)、顶推锚具(自动工具锚、拉锚器)组成，顶推动力一般使用水平千斤顶或自动连续千斤顶及其配套的普通高压油泵或专用的液压站作为动力装置，拉杆体系最早使用精轧螺纹钢，1988年以后逐渐采用高强钢丝束、钢绞线束群锚体系，拉锚器的施力位置由拉箱梁腹板两侧逐渐过渡到拉箱梁底板的方式，并由穿过箱梁顶、底板布设传力型钢演变为仅在箱梁底板中心线预留孔插入牛腿式钢块拉锚器。拉锚器的间距应能保证墩上千斤顶有施力点和便于主墩上千斤顶统一更换拉索以提高顶推工作效率
　　3.3滑移和导向装置
　　滑移装置可分为：①普通的滑移装置；②起循环作用的滑移装置；③起连续作用的滑移装置；④导向装置及其他附属装置。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，拆除也较方便。
　　为了控制梁体在顶推过程中的中线始终处于规范范围内，必须设置横向导向装置。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。顶推时，作好横向偏差观测，主要观测主梁和永久墩的弹性横向位移。
　　3.4临时墩和导梁
　　为了在顶推的过程中为了减少过大的悬臂弯矩，可设置临时墩和导梁。
　　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。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，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。
　　导梁设置在主梁前端，可为等截面或变截面钢板梁，导梁结构必须通过设计计算，从受力状态分析，导梁的控制内力是导梁与箱梁连接的最大正、负弯矩和下翼缘的最大支点反力。国内外的施工经验表明:导梁长度一般为顶推跨径的0.6至0.7倍，较长的导梁可以减小主梁的负弯矩，但过长的导梁也会导致导梁与箱梁连接处负弯矩和支反力的相应增加，合理的导梁长度应是主梁最大悬臂负弯矩与使用状态支点负弯矩基本接近。导梁的刚度对主梁内力的影响远较其长度对主梁内力的影响为小。导梁的刚度在满足稳定和强度的条件下，选用较小的刚度及变刚度的导梁，将在顶推时减小最大悬臂状态的负弯矩，使负弯矩的2个峰值比较接近。此外，在设计中要考虑动力系数，使结构有足够的安全储备。为减轻自重最好采用从根部至前端为变刚度的或分段变刚度的导梁

实例：包头黄河公路大桥
全长810m，主孔为三联4×65m的预应力混凝土等高度连续梁，桥面宽12m，主梁为单箱单室梯形箱梁，混凝土标号为C50和C40两种，预应力体系为24Φ5高强钢丝辅以F氏锚和镦头锚。

• 每联箱梁共分17个节段预制，除首尾两个节段各长8.125m外，其余15个中间节段均为16.25m。当第一节段底板预制时，同时将导梁下弦在平台滑道上拼好，以求导梁下弦与箱梁底标高相等且平顺；每一节段混凝土分二次浇筑。
• 采用多点拉杆式顶推装置进行逐段预制、逐段顶推的方法。每次顶推的有效行程约50～55cm。每次周期顶推的距离等于16.25m ，约需4～6小时。
• 为减少顶推过程中主梁的受力，在梁体前端设有导梁，跨中设有临时墩。
• 由于全桥共为三联预应力混凝土连续梁，每联之间在施工中无连接。为此，全联预应力混凝土梁预制完毕后，需装上尾导梁，作长距离的全联顶推至预定的孔跨。
• 全联顶推到位后，拆除首尾导梁，即按设计步骤张拉后期束，先期临时束拆除，各临时墩支点卸载。
• 后期束张拉完毕后，根据设计允许相邻墩高差1cm的条件，分墩顶起箱梁拆除滑道，安装支座。