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(guò)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
?。?）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)。狄家河橋就是采用這種方法施工的，如圖1所示。
圖1單點(diǎn)頂推示意圖
另一種單點(diǎn)頂推的方式是水平千斤頂通過(guò)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(lái)起落圖1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(lái)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(méi)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?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(guò)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^(guò)設(shè)計(jì)允許值。多點(diǎn)頂推的動(dòng)力裝置從廣北立交橋后，都采用穿心千斤頂、鋼絞線束、自動(dòng)工具錨體系。其滑道除個(gè)別工程利用盆式支座等形式外，一般采用圖2所示的方式。
圖2普通滑道示意圖
1.3.2按支承系統(tǒng)分
?。?）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。我國(guó)大部分頂推施工的橋梁都是采用這種方法。
?。?）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(guó)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。例如日本的秩父跨（29.3m+50m+29.3mPC連續(xù)梁）就是這樣施工的。
1.3.3按頂推方向分
?。?）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(lái)，全橋就位后，再取掉臨時(shí)連接。
?。?）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(wèn)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
?。?）步距式頂推。自從1990年廣北立交橋建成以后，大部分頂推橋梁均采用穿心千斤頂、鋼絞線束、自動(dòng)工具錨、拉錨器體系作為頂推動(dòng)力裝置。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(guò)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。自從長(zhǎng)沙湘江北大橋西延鐵路劉家溝大橋采用串聯(lián)穿心千斤頂、鋼絞線束、自動(dòng)工具錨、拉錨器體系實(shí)現(xiàn)了連續(xù)頂推以后，許多橋梁頂推施工都采用了這一新工藝。它通過(guò)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
?。?）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)澐郑瑢㈨斖茊卧殖扇舾蓚€(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)澐郑恳粋€(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(guò)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?br />
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(guò)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。由于節(jié)段較長(zhǎng)，這個(gè)速度是不慢的。我國(guó)預(yù)制周期的記錄已經(jīng)達(dá)到7d。這要求模板設(shè)計(jì)時(shí)，外模必須是大塊整體式，內(nèi)模是可以整體拖出并整體推進(jìn)的裝備化機(jī)械化形式，還必須考慮蒸汽養(yǎng)生條件。
?。?）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(guò)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。
?。?）制梁臺(tái)座的結(jié)構(gòu)形式
制梁臺(tái)座的主要功能是預(yù)制梁體節(jié)段時(shí)，能保證梁體線形與已經(jīng)頂推出去的梁體完全一致;而在頂推時(shí)，不需要頂起梁體就可開始頂推。這就要求制梁臺(tái)座必須設(shè)置滑道、滑塊、具有升降功能的活動(dòng)底模板;具有側(cè)模板、端模板立模與柝卸的靈活裝置。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(méi)法布置了，所以PC梁采用頂推法施工有個(gè)“適用跨度”的問(wèn)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(guò)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(guò)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，見圖3所示。
圖3臨時(shí)墩加固示意圖
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(guò)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(guó)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0.6～0.7倍，較長(zhǎng)的導(dǎo)梁可以減小主梁的負(fù)彎矩，但過(guò)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)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)梁的剛度宜選主梁剛度的15～19，它對(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。
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(guò)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(guò)渡到拉箱梁底板的方式，并由穿過(guò)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(guò)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“-”。
3、結(jié)語(yǔ)
頂推施工，尤其是采用多點(diǎn)頂推的施工技術(shù)，充分利用墩臺(tái)容許承受水平力的潛在能力，避免了設(shè)置大噸位的頂推錨固設(shè)施。介紹頂推施工發(fā)展動(dòng)態(tài)及頂推施工技術(shù)所取得的成就,系統(tǒng)總結(jié)了頂推橋梁的技術(shù)原理、施工方法、及關(guān)鍵技術(shù)。
