浅谈连续梁桥的顶推施工技术

蔡 婕

1 连续梁桥顶推施工技术的提出

2 顶推法施工的原理

预应力混凝土连续梁顶推法施工的构思,源于钢桥架设中普遍采用的纵向拖拉法,在20世纪60年代初西德首创用顶推法架设预应力混凝土桥梁获得成功。

作为试验结构,这种在固定的模板体系中施工的箱形梁桥逐渐顶推到位的施工方法,在跨度为40 m～100 m范围内的桥梁结构施工中取得了很大的成功。预应力连续梁渐进顶推施工能保证施工操作有序、均匀进行,并能够极大地降低结构施工成本。

在中国,1975年～1978年,铁道部第一工程局桥梁处在有关单位的配合下,在西延线狄家河桥施工中首次采用顶推法并取得成功,为我国大跨度桥梁施工开辟了一条新途径。

顶推法的施工原理是沿桥纵轴方向的台后开辟预制场地。分节段预制混凝土梁身,并用纵向预应力筋连成整体,通过水平液压千斤顶施力,借助不锈钢板与聚四氟乙烯模压板特制的滑动装置,将梁逐段向对岸顶进,就位后落架,更换正式支座完成桥梁施工。

3 顶推法施工设备及施工工艺

3.1 施工设备

在梁体顶推施工过程中所需的设备有两大类：1)主梁的顶推和支承设备;2)减小顶推过程中主梁内力而增设的临时设备。

3.1.1 主梁的顶推和支承设备

1)水平—竖向千斤顶顶推装置。此类装置由水平和竖向千斤顶组成。它每一顶推行程的施工程序为顶梁、推移、落下竖直千斤顶和收回水平千斤顶的活塞杆,见图1。

2)拉杆千斤顶顶推装置。水平千斤顶设置在桥墩前侧支架上或墩顶支架上,主梁与千斤顶之间通过拉杆相连,拉杆一端由楔形夹具固定,另一端则锚固在设置于梁侧的锚固设备上,通过千斤顶的牵引作用,带动梁体向前运动,见图2。

3)常用滑道装置。滑道支承设置在桥墩顶上的混凝土临时垫块上,它由光滑的不锈钢板与聚四氟乙烯滑块组成,其中的滑块由四氟板和具有加劲钢板的橡胶块构成。顶推时,滑块在不锈钢板上滑动,并在前方滑出,通过在滑道后方不断喂入滑块,带动梁身前进,见图3。

4)临时与永久支座兼用的滑动支承装置。这是一种利用施工时的临时滑动支承与竣工后的永久支座兼用的支承进行顶推施工的方法。它竣工后的永久支座安置在桥墩的设计位置上,施工时通过改造作为顶推施工时的滑道,主梁就位后不需要进行临时滑动支座的拆除作业,也不需要用大吨位千斤顶将梁顶起。

5)横向导向设施。为了使顶推能正确就位,施工中的横向导向是不可少的,具体见图4。

3.1.2 顶推施工中的临时设施

为了减少顶推施工时主梁的内力,扩大顶推施工的使用范围,同时考虑施工的安全和方便,在施工过程中常使用一些临时设备,如导梁、临时墩、索塔加劲系统。

3.2 施工工艺

在桥台后面的引道上或在刚性好的临时支架上设制梁场,集中制作或装配箱形梁段。在上、下翼板内施加能承受施工中变形内力的预应力,然后用水平千斤顶等顶推设备将支承在聚四氟乙烯塑料板与不锈钢板滑道上的箱梁向前推移,推出一段再接长一段,这样周期性地反复操作直至最终位置。调整预应力,使之满足后加恒载和活载内力的需要。最后将滑道支承移置成永久支座,施工完毕。顶推法施工程序框图见图5。

4 顶推法施工特点

同其他施工技术相比,预应力混凝土桥梁顶推施工技术具有多方面的优点：

1)桥梁上部结构的施工作业不影响桥位处现有交通。2)由于顶推力远比梁体自重小,所以顶推法施工系统不需要支架和大型机械设备,施工平稳,安全可靠,高空作业少。3)顶推施工每个节段顶推时间短且工作地点集中,有利于生产作业的最佳组织。4)模板周转次数高,节省材料,施工工厂化,易于质量管理。5)顶推法施工的预应力是逐步施加的,大大减少了混凝土的徐变。

采用顶推法施工也有不足之处：

1)顶推过程中各截面正负弯矩交替变化,致使施工临时预应力筋增多,且装拆与张拉繁杂,梁体截面高度比其他施工方法大。2)顶推悬臂弯矩不能过大,且施工阶段的内力与营运阶段的内力相差很大,所以顶推只适用于较多跨,且跨径不大于50 m的桥型,以42 m跨径受力最佳。3)对于多孔长桥,因工作面(最多两岸对顶)所限,顶推过长,施工工期相对较长。

5 结语

从预应力混凝土连续梁顶推施工法原理、方法、特点可以看出,探索施工更长跨径桥梁结构的方法是顶推法施工发展的明确目标。目前,顶推法在跨径小于100 m的多跨桥的施工中显示出技术和经济上的巨大优势,值得进一步的推广和应用。

[1]JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[2]JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]叶见曙.结构设计原理[M].第2版.北京：人民交通出版社,2005.

[4]胡兆同.桥梁通用构造及简支梁桥[M].北京：人民交通出版社,2005.

[5]李世华,罗桂连.桥梁工程[M].北京：中国建筑工业出版社,2007.

[6]Tsutomu Machi,ex.cd.Design and Construction of Stress-Ribbon Bridge with External Tendons[J].Proceedings of the first FIB Congredd,2002(5)：17-18.

[7]BADOUXM.,BURDETO.,BENOUAI.CHD.Comparison of the amount of reinforcement for a box-girder bridge prestressed with Internal or external cable fib Symposium,1999,Prague,1999.

[8]Tan K.H,chee-Khoon NG.Effects of deviatorsand tendon configuration on behavior of externally prestressed beams[J].ACI Structural Journal,1997(3)：44-46.