摘 要:箱梁顶推的施工工艺控制直接影响到桥梁的质量及安全。介绍了顶推法施工的技术原理与方法,并对顶推施工的关键技术进行了探讨。
关键词:钢筋混凝土箱梁;顶推;施工工艺
中图分类号:U 445. 462 文献标识码: B
引言
顶推法施工是在沿桥轴纵轴方向的台后设置预制场,分阶段预制梁体,纵向预应力张拉后,通过水平千斤顶施力,借助滑道(不锈钢板) 、滑块(由橡胶、薄钢板、聚四氟乙烯板组成)等滑动装置,将梁逐段向前顶推就位,然后落梁更换正式支座的一种施工方法。以下介绍顶推法施工的有关施工技术。
1 顶推法施工原理
(1)单点顶推的动力学原理可用下述数学表达式表示:当集中的拉力H > Σ Ri ( fi ±a i )时,梁体才能向前移动。
(2)多点分散顶推施工的动力学原理可用下述数学表达式表示:当ΣFi > Σ ( fi ±ai ) Ni 时,梁体才能向前移动。
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,分散抵抗各墩的水平反力。如果千斤顶施力之和小于所有墩的水平摩阻力±梁的水平分力之和(上坡顶推为+ ,下坡顶推为- ) ,则梁体不动。
2 顶推法施工的种类
顶推法施工的关键是在顶推动力作用下,将梁体以较小的摩擦系数在四氟板和不锈钢滑道板组成的滑道装置上向前移动。
2. 1 单点顶推法
顶推动力装置集中设置在靠近梁场的桥台或桥墩上。在支承在纵向滑道上的垂直千斤顶和支承在墩(台)背墙的水平千斤顶的联动下,以垂直千斤顶为支承推动梁体向前移动。单点顶推的另一种方式是使用固定的不锈钢板做滑道,在滑道上设置滑块支承梁体,在滑道前后设置垂直千斤顶用来起落梁体、移动滑块,水平千斤顶通过拉杆带动梁体前移,这是早期的做法。后来改为把滑道前后作为斜坡手工移动滑块,就不必用垂直千斤顶起梁移动滑块了。
2. 2 多点顶推法
单点顶推的严重缺点是作业前期或后期,垂直千斤顶顶部同梁体之间的摩擦力不能带动梁体前移,必须依靠辅助动力才能完成顶推。另一个缺陷是没有设置水平千斤顶的高墩(尤其是柔性墩)在水平力的作用下容易产生较大的墩顶位移,甚至威胁到结构的安全。为了克服单点顶推的上述缺点,便产生了多点顶推法。
2. 3 临时滑道支承装置顶推施工法
方法是在永久墩台和临时墩顶设置临时滑道装置,待顶推梁体就位后,起梁,取掉滑道,更换支座,落梁。这种顶推施工法较为复杂,起梁、落梁必须设计严格的程序确保梁体安全,同时对永久墩台支承垫石顶面标高也有较高的要求。我国大部分桥梁都采用这种顶推方法。
2. 4 永久支承兼用滑道顶推施工法
这是一种较为先进的施工方法,通过把永久支座进行必要的临时处理,将其变为临时滑道,待顶推结束,起梁,拆除临时滑道,落梁,永久支座又恢复本来的支座功能。如国外的RS施工法,由于采用很薄的不锈钢(0. 6 mm)和橡胶(3 mm)组成的连续滑板,就象放映电影胶片一样自动循环,减少了起梁、落梁的复杂工序。但永久支承兼用滑道顶推施工法必须具备一定条件方能适用。
2. 5 预制组拼分段顶推法
先在墩(台)后设置制梁场、存梁场及拼梁线,按照设计的顶推单元划分将顶推单元分成若干个块件预制,经过在拼梁线上组拼,张拉预应力形成整体后,开始顶推施工。预制组拼分段顶推法在台后场地条件好、具备就地拼装和运输能力、工期要求紧时,也可以采用预制箱梁节段、墩(台)后拼装、分阶段顶推的施工方案。
2. 6 逐段预制逐段顶推法
先在墩(台)后设置制梁平台,将连续梁分成若干个节段制作,每一个顶推单元为一个预制的基本节段。顶推的方法是在墩顶设置顶推滑道及顶推千斤顶,通过千斤顶牵引顶推传力拉索,带动梁体在滑道上向前移动;在前段梁顶出台座后,在台座上接灌下一梁段,从而逐渐将梁体顶向对岸。
3 顶推法关键技术
3. 1 制梁台座和节段的制作
制梁台座为预制梁节段和顶推作业的过渡场地,梁体节段的预制周期制约全桥的施工工期。每联箱梁除首尾两端节外,中间各节段长度相等,一般为10～24 m,尤以16～20 m居多。在正常的顶推进度下,节段作业的循环周期为7～15 d,我国的预制周期记录是7 d。因为节段的距离较长,这个速度是不慢的,要求外模板必须设计成大块整体式,而内模也要设计为可以整体拖出并整体推进的机械化形式,同时还必须考虑梁体的蒸汽养生条件及其强度的生成时间。
3. 2 临时墩的制作
箱梁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,跨度增加到一定限度预应力钢束就无法适应了,所以箱梁顶推法有个“适用跨度”的问题。提高适用跨度的途径之一是设置临时墩。当连续梁的跨度大于顶推跨度时,宜考虑设置中间临时墩。对于不设中间临时墩的顶推施工,为满足安装钢导梁和连续梁前期顶推抗倾施工的过渡段,保证梁体线形与已经顶推出去的梁体完全一致,应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。
3. 3 滑道与侧限的安装
滑道及侧限是箱梁平稳安全滑移的保证,控制滑道与侧限的因素有滑道标高、平整精确度、侧向限位安装等因素。施工时,应计算出准确的滑道顶标高加以精确控制,其平整度偏差应≯1 mm,并及时安装侧向限位系统。
3. 4 导梁的制作
导梁设置在主梁的前端,一般为等截面的钢桁梁或变截面的钢板梁。导梁的结构设计必须符合导梁的受力状态,较长的导梁可以减小主梁的负跨矩,但过长也会导致导梁与箱梁的连接处负弯矩和支反力相应增加。实践表明,合理的导梁长度应使主梁的最大悬臂负弯矩与使用状态支点负弯矩基本接近,一般为顶推跨径的0. 6～0. 7倍。导梁的刚度宜选主梁刚度的1 /5～1 /9,它对主梁内力的影响远较其长度对主梁内力的影响小。在满足刚度稳定和强度的条件下,宜选用刚度较小及变刚度的导梁,这样可减小顶推时最大悬臂状态的负弯矩,从而使负弯矩的两个峰值比较接近。
3. 5 顶推导向及纠偏
影响顶推的因素有起顶架位置及千斤顶、牵引索的安装调试状况,起顶架预埋时必须精确定位,及时安装各泵站及千斤顶,精确开展调试工作。为了在顶推过程中使梁体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更为必要) ,纠偏器装在预制台座前临时墩的两旁,一边一个,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,设置有两对纠偏装置,顶推时,可视梁的行进情况交替前移,并认真观测主梁和永久墩的弹性横向位移偏差。
4 顶推法施工注意事项
(1)顶推施工中必须控制梁段中线处在允许范围,要求导梁和梁体的中线偏差≯2. 0 mm,相邻两跨支点同侧滑移装置的顶面高偏差±1. 0 mm,同墩两支点滑移装置的顶面高偏差±0. 5 mm。为达到规范要求,每次顶推后都要进行测量校正。
(2)顶推过程中梁体的前移必须是在四氟板垫塞上滑移,四氟滑板两面应保持清洁(不能用汽柴油清理) ,清理干净后将白色面涂上用于减少摩擦的润滑硅脂。施工中需要配足人员,端正插入垫塞,保持黑色的一面贴紧箱梁腹板,白色一面朝向不锈钢滑板,不可放反。若顶推过程中四氟板未及时跟进,应立即停止顶推,顶起箱梁腹板,放进四氟板后再继续顶推。
(3)每节段开始顶推时,应先推进5 cm,立即停止,回油,再推进5 cm,再停止,回油,如此反复二三次,以松动各滑动面及检查各部分设施的运动情况,之后再开始正式顶推。
(4)顶推作业时,各千斤顶应相互保持联系,同步逐级加力。如果发现导梁杆件变形或螺丝松动,导梁与箱梁联结处变形或混凝土开裂情况时,应立即停止顶推,进行处理。
5 结语
我国修建的各类桥梁中,中等跨度的多跨长箱梁桥占有相当的比例,而大型架梁吊装设备又严重不足,所以顶推法不失为一种较好的建桥方法,具有广阔的发展前景。
参考文献:
[ 1 ] 陈永宏. 平胜大桥自锚式悬索桥钢箱梁顶推施工[ J ]. 桥梁建设, 2006, ( z1) : 33 - 35.
