論文淺談橋梁工程中頂推法施工技術(shù)

1、淺談橋梁工程中頂推法施工技術(shù)一、引言50多年前，頂推法施工技術(shù)就已經(jīng)在德國運(yùn)用，中國運(yùn)用這一技術(shù)大概也有三十多年了。頂推施工方法的雛形來自早期鋼橋的拖拉法、導(dǎo)梁拖拉法、縱向連接拖拉法等，它用千斤頂取代了傳統(tǒng)的卷揚(yáng)機(jī)滑車組，用板式滑動(dòng)裝置取代滾筒。這一取代使施工方法得到了發(fā)展和提高，從而降低了用滑車組卷揚(yáng)機(jī)拖拉在啟動(dòng)時(shí)造成的沖動(dòng)，板式滑動(dòng)裝置避免了滾筒支承線接觸作用引起的應(yīng)力集中。二、頂推法施工原理頂推法是梁體在橋頭逐段澆筑或拼裝，用千斤頂縱向頂推，使梁體通過各墩頂?shù)呐R時(shí)滑動(dòng)支座面就位的施工方法。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，縱向張拉預(yù)應(yīng)力筋后，通過水平千斤頂施力，借助

2、滑移裝置和頂推裝置，將梁逐段向前頂推，就位后落梁并更換正式支座。單點(diǎn)頂推的動(dòng)力學(xué)原理為，當(dāng)集中的頂拉力滿足下式時(shí)，梁體才能向前移動(dòng)：HRi（fii）Ri第i橋墩（或橋臺(tái)）滑道瞬時(shí)的垂直支反力；fi第i橋墩（或橋臺(tái)）支點(diǎn)相應(yīng)的靜摩擦系數(shù)；i橋梁縱坡坡率，正為上坡頂推，負(fù)為下坡頂推。多點(diǎn)分散頂推施工的動(dòng)力學(xué)原理為，當(dāng)Fi滿足下式時(shí)，梁體才能向前移動(dòng)：Fi(fii)NiFi第i橋墩（或橋臺(tái)）千斤頂所施的力；Ni第i橋墩（或橋臺(tái)）支點(diǎn)瞬時(shí)支反力；fi第i橋墩（或橋臺(tái)）支點(diǎn)相應(yīng)摩擦系數(shù)；i橋梁縱坡坡率，正為上坡頂推，負(fù)為下坡頂推。三、頂推法施工工藝頂推方式是根據(jù)主梁長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)頂推跨度、橋墩能承受的水平推

3、力、項(xiàng)推設(shè)備和滑動(dòng)裝置等條件進(jìn)行選擇的，例如單點(diǎn)頂推、多點(diǎn)頂推或雙向頂推等。3.1布置預(yù)置場(chǎng)預(yù)置場(chǎng)地應(yīng)設(shè)在橋臺(tái)后面的橋軸線的引道或引橋上。若為多點(diǎn)頂推時(shí)，可在橋兩端設(shè)場(chǎng)地，從兩端同時(shí)頂推。預(yù)置場(chǎng)地應(yīng)考慮幾個(gè)長(zhǎng)度，包括梁段底板與腹頂板預(yù)置長(zhǎng)度、梁段懸出時(shí)反壓段的長(zhǎng)度、機(jī)具設(shè)備材料進(jìn)入預(yù)置作業(yè)線的長(zhǎng)度和導(dǎo)梁拼接長(zhǎng)度；預(yù)置場(chǎng)地的寬度應(yīng)考慮梁兩端的施工作業(yè)的需要。為了便于混凝土的養(yǎng)護(hù)，預(yù)置場(chǎng)地上空宜搭設(shè)固定或活動(dòng)的作業(yè)棚，。3.2頂推裝置頂推裝置由千斤頂、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

4、，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)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3.3滑移和導(dǎo)向裝置滑移裝置可分為：普通的滑移裝置；起循環(huán)作用的滑移裝置；起連續(xù)作用的滑移裝置；導(dǎo)向裝置及其他附屬裝置?；酪话悴捎脝位腊逍问剑腊鍨橐粔K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，拆除也較方便。為了控制梁體在頂推過程中的中線

5、始終處于規(guī)范范圍內(nèi)，必須設(shè)置橫向?qū)蜓b置。尤其在圓曲線上頂推，橫向?qū)蜓b置顯得更加重要。糾偏器裝在預(yù)制臺(tái)座前臨時(shí)墩的兩旁，且固定一對(duì)，以控制每段梁尾端的橫向位置，保證梁尾與預(yù)制模板正位接頭。頂推時(shí)，作好橫向偏差觀測(cè)，主要觀測(cè)主梁和永久墩的彈性橫向位移。3.4臨時(shí)墩和導(dǎo)梁為了在頂推的過程中為了減少過大的懸臂彎矩，可設(shè)置臨時(shí)墩和導(dǎo)梁。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

6、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。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。國內(nèi)外的施工經(jīng)驗(yàn)表明:導(dǎo)梁長(zhǎng)度一般為頂推跨徑的0.6至0.7倍，較長(zhǎng)的導(dǎo)梁可以減小主梁的負(fù)彎矩，但過長(zhǎng)的導(dǎo)梁也會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)梁與箱梁連接處負(fù)彎矩和支反力的相應(yīng)增加，合理的導(dǎo)梁長(zhǎng)

7、度應(yīng)是主梁最大懸臂負(fù)彎矩與使用狀態(tài)支點(diǎn)負(fù)彎矩基本接近。導(dǎo)梁的剛度對(duì)主梁內(nèi)力的影響遠(yuǎn)較其長(zhǎng)度對(duì)主梁內(nèi)力的影響為小。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3.5落梁落梁工作是全梁頂推到位后將梁安工在設(shè)計(jì)支座上的工作。施箱梁頂推到位以后,逐節(jié)拆除鋼導(dǎo)梁,解除縱向臨時(shí)預(yù)應(yīng)力索,張拉后期縱向預(yù)應(yīng)力索,并對(duì)管道壓漿,達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行落梁工作。落梁即將箱梁頂起來,拆除頂推用的滑道裝置,并將永久橡膠盆式支座就位

8、安裝,將箱梁均勻平穩(wěn)地降落到永久支座上,再固定永久支座。四、頂推施工方法的優(yōu)點(diǎn)及不足之處隨著頂推能力的增加和頂推機(jī)具的發(fā)展，頂推施工方法在連續(xù)梁以外的橋型正在廣泛的應(yīng)用，如拱橋和斜拉橋等的施工。斜拉橋一般是在場(chǎng)地、運(yùn)輸條件受限的情況下才選取采取頂推施工法的，和懸臂拼裝施工相比，頂推方法施工大量的臨時(shí)墩和頂推點(diǎn)復(fù)雜的局部構(gòu)造勢(shì)必造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，但是頂推施工在一些方面上還是有優(yōu)勢(shì)的。運(yùn)用頂推法施工橋梁與其他施工技術(shù)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，可以使橋梁上部結(jié)構(gòu)的施工不影響橋位處現(xiàn)有的交通狀況，減少施工設(shè)備，縮短結(jié)構(gòu)的施工工期，降低橋梁的施工成本，提高結(jié)構(gòu)橫截面的使用效率，減少混凝土變化的影響。頂推施工方法

9、的優(yōu)點(diǎn)可概括為以下幾點(diǎn)：1)頂推施工的橋梁一般單跨頂推力通常在50t到100t之間，遠(yuǎn)比梁體自重小，所以頂推設(shè)備輕型簡(jiǎn)便，不需大型吊運(yùn)機(jī)具，保養(yǎng)與運(yùn)輸方便，適合特殊場(chǎng)地使用。如水深較小浮吊不能進(jìn)入的河流或者深谷等。2)對(duì)橋下地基和凈空無要求，不影響通車或通航，由于預(yù)制場(chǎng)通常設(shè)在岸上，搭建拆除簡(jiǎn)單，混凝土或者是鋼構(gòu)件運(yùn)輸方便。3)對(duì)混凝土橋的頂推施工來說，澆筑混凝土僅需一套模板周轉(zhuǎn)，節(jié)省材料；施工工廠化，易于質(zhì)量管理。搭設(shè)平臺(tái)的材料大多為型鋼和鋼板，便于取材和重復(fù)利用。4)場(chǎng)地固定集中，便于安全施工，受環(huán)境干擾小。5)工作條件相對(duì)較好，所需勞動(dòng)力比較少，勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)不高。頂推施工方法尚存的不足之

10、處：1)由于頂推懸臂彎矩不能太大，且施工階段的內(nèi)力與運(yùn)營階段的內(nèi)力也不能相差太大，所以頂推只適宜較多跨，跨數(shù)太少極不經(jīng)濟(jì)。2)對(duì)于多孔長(zhǎng)橋，因工作面所限，頂推過長(zhǎng)，施工工期相對(duì)較長(zhǎng)。3)對(duì)于橋的形式有一定要求，彎橋只能是曲率恒定的橋梁，而且通常要求梁高不變，底面是直線。五、施工案例設(shè)計(jì)下面就根據(jù)以上關(guān)于橋梁頂推法施工技術(shù)的理論設(shè)計(jì)一個(gè)施工案例。工程概述:某供水工程與河道交叉位置的管橋項(xiàng)目，在1#鎮(zhèn)墩、1#樁柱、2#樁柱、3#樁柱、4#樁柱、5#樁柱、6#樁柱、2#鎮(zhèn)墩上吊裝兩排并行的dn3100mm鋼管管道，單管總長(zhǎng)約160多米,設(shè)計(jì)樁號(hào)k23+741.2至樁號(hào)k23+917.5。其中1#2#

11、、2#3#、3#4#、4#5#樁樁的跨度均為30米，5#6#樁的跨度為22米。長(zhǎng)度30米管道單重為75噸，長(zhǎng)度22米管道單重為55噸。地面至管道頂最高點(diǎn)為19.8米，施工地面是某河河道。施工方案介紹:5.1頂推準(zhǔn)備在1#樁以北與原地面相接處及2#樁南側(cè)4米范圍內(nèi)，沿管橋縱向設(shè)51米長(zhǎng)的空中工作平臺(tái)及頂推作業(yè)面。2#樁南側(cè)4米處設(shè)置混凝土頂推后備；在1#、2#樁之間及2#樁附近用萬能桿件或門式支架搭設(shè)支墩、萬能墩，其地基應(yīng)經(jīng)過處理，滿足承載力要求；在支墩上架設(shè)兩片貝雷梁，中心間距4.6米。橫向用槽鋼及相應(yīng)連接件將兩片桁梁連在工字鋼上，縱向鋪設(shè)兩條輕型鋼軌滑道及木板作為工作平臺(tái)。在頂推過程中，為保

12、證管道中線的準(zhǔn)確，防止管道左右橫向偏移，擬在頂推平臺(tái)51米的范圍內(nèi)滑道上，設(shè)置管道臨時(shí)橫向固定裝置，使管道只能沿縱向移動(dòng)。5.2管橋頂推管橋頂推施工前預(yù)先安裝各墩帽上的設(shè)計(jì)支撐環(huán)，并使頂推管橋底高于設(shè)計(jì)的支撐環(huán)底部約30cm。在搭設(shè)的平臺(tái)上，將3.6米鋼管對(duì)位焊接，然后進(jìn)行鋼管頂推作業(yè)，使其向南側(cè)的3#樁推進(jìn)。每推進(jìn)3.6米長(zhǎng)后，停止頂推作業(yè)，進(jìn)行鋼管對(duì)位焊接，同時(shí)架設(shè)經(jīng)緯儀進(jìn)行平面位置進(jìn)行校正。如此交遞推進(jìn)，頂推管橋通過3#樁、4#樁、5#樁最后到達(dá)終點(diǎn)6#樁位，頂進(jìn)總長(zhǎng)為161米。頂進(jìn)過程可以采用卷揚(yáng)機(jī)等牽引措施。5.3管橋架設(shè)管橋頂推到位后，在各個(gè)墩位上用千斤頂對(duì)管橋進(jìn)行起頂，拆除所有的

13、滑軌、支架和支墩，將管橋落管于支撐環(huán)上完成管橋的架設(shè)。在管底管橋起頂位置應(yīng)用鋼板焊接板和環(huán)管下半部的支撐肋板，增加管橋起頂處受力面積以防止其局部變形。管橋在1#樁以北及5#樁以南部分在伸縮節(jié)安裝好后，用吊車起吊進(jìn)行對(duì)位焊接，從而完成全段管橋的施工。5.4設(shè)計(jì)驗(yàn)算1）、主要數(shù)據(jù)：?jiǎn)胃摴躢1=2.316t/m，方木g2=0.4t/m2，單排門形支架重g3=0.24t/排(含加固鋼管重)，操作人員及施工荷載g4=0.4t/m22）、最下排的支架計(jì)算：p=2.3160.9=0.41.820.9-0.241.820.9+0.41.800.9=3.81（t）p/2=1.9（t），k=p/（p/2）=4/

14、1.9=2.1安全地基承載力=3.8/(1.820.9)=0.0232mpa安全5.5大型吊車抬吊法對(duì)某河河岸場(chǎng)地進(jìn)行平整，作為管橋的加工場(chǎng)地和吊裝作業(yè)場(chǎng)地。同時(shí)修筑一條通往河岸工作的臨時(shí)便道，作為材料進(jìn)場(chǎng)和吊裝設(shè)備的進(jìn)出通道。3#、4#樁跨越某河主河道，中間的臨時(shí)支墩基礎(chǔ)采用圍堰筑島，搭設(shè)與3#、4#樁圍堰筑島部分相連的棧橋，以便施工人員進(jìn)出及作業(yè)，其施工作業(yè)應(yīng)抓緊在枯水季度進(jìn)行。以50t吊車為例說明管橋吊裝施工（如有100t以上的吊車，可直接起吊30米整跨管段，施工更為簡(jiǎn)單）。在1#5#樁中每跨的跨中用萬能桿件或門支架搭設(shè)一個(gè)臨時(shí)支墩，使每個(gè)跨度由30米縮短為15米。將管道在地面按15米對(duì)位焊好后，用兩臺(tái)50t吊車將其分段吊裝至設(shè)計(jì)橋墩和臨時(shí)搭建的支墩上，進(jìn)行對(duì)位焊接。每跨管橋?qū)ξ缓附油瓿珊?，拆除臨時(shí)支墩再移至下一跨。照此方法進(jìn)行管橋施工，直至完成全段管橋的施工作業(yè)。所有施工作業(yè)完成后，應(yīng)拆除圍堰筑島，使河道恢復(fù)暢通。六、頂推法施工技術(shù)在我國的發(fā)展?fàn)顩r我國在70年代首次在西安至延安鐵路狄家河橋上采用頂推法施工，接著廣東萬江公路橋又順利頂推成功。經(jīng)過30多年的發(fā)展，頂推施工工藝不斷的完善，頂推方式也呈現(xiàn)多樣化。從用水平加豎向千斤頂直接頂推梁體到只用水平千斤頂并通過拉桿頂拉梁體；從單點(diǎn)集中頂推到多點(diǎn)分散