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1、m單線連續箱梁頂推施工方案的選擇內容提要：本文簡要介紹了如何制定連續梁頂推施工的合理方案，將從頂推工藝、梁場設計、導梁選擇等幾個方面闡述。關鍵詞：連續箱梁 頂推 支座石咀大橋是石太鐵路客運專線上的一座復雜大橋，設計院要求梁部施工采取頂推法施工，此設計在全線上屬于唯一一座采取此種施工方法的大橋，并且在目前全國客運專線施工中也是第一座頂推橋梁。我國于七十年代首次在西延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。八十年代，鐵路頂推PC連續梁沉寂了大約10年，而公路橋頂推施工卻蓬勃發展，相繼在湖南、貴州、廣東、內蒙古等地用頂推法修建了十多座PC連續梁橋。進入九十年代后，鐵路和公路P2、C連續梁頂推施工均出現了新的飛躍發展勢頭。據不完全統計，至2004年底，采用頂推施工的鐵路、公路PC梁橋已達70余座。我集團公司在1992年承擔了寶中鐵路中衛黃河特大橋的施工任務，并獲得“國家優質獎”工程稱號。施工總結了“分段制梁、分段張拉、多點頂推、集中控制”的多點頂推架設工藝。1 常見頂推施工方法頂推法施工的關鍵是在一定的頂推動力作用下，梁體能在滑道上以較小的摩擦系數向前移動。滑道上采用一種硬度高、同不銹鋼之間的摩擦系數很小（f=0.07-0.04）的聚四氟乙烯材料。它同垂直壓強成反比，同速度成正比。施工實測數據表明，一般為0.04-0.06，靜摩擦系數比動摩擦系數大些。頂推施工方法分為：3、1.1按頂推動力裝置的多少分單點頂推頂推動力裝置集中設置在靠近制梁場的橋臺或橋墩上，支承在縱向滑道上的垂直千斤頂和支承在臺（墩）背墻的水平千斤頂聯動，能使梁體以垂直千斤頂為支承向前移動。狄家河橋就是采用這種方法施工的。見圖1另一種單點頂推的方式是水平千斤頂通過拉桿帶動梁體前移，滑道為固定的不銹鋼板，滑塊在滑道上支承梁體。 多點頂推由于單點頂推存在一個嚴重的缺點，就是在頂推初期和后期，垂直千斤頂頂部同梁體之間的摩擦力不能帶動梁體前移，必須依靠輔助動力才能完成頂推。此外，單點頂推施工中，沒有設置水平千斤頂的高墩，尤其是柔性墩在水平力的作用下會產生較大的墩頂位移，甚至威脅到結構的安全。為了克服單點頂4、推的這些缺點，便產生了多點頂推法。多點頂推法的優點是任何階段都能提供必須的頂推動力，在頂推過程中水平千斤頂對墩臺的水平推力同梁體作用在墩臺上的摩擦力相平衡，有利于柔性高墩的安全。但是必須保證多臺千斤頂同步工作，而且可以分級調壓，使作用在墩頂的水平力不超過設計允許值。1.2 按支承系統分 臨時滑道支承裝置頂推施工在永久墩臺和臨時墩頂設置臨時滑道裝置進行頂推施工，待梁體就位后起梁、取掉滑道、更換支座、落梁。這是一項復雜的工程，起梁和落梁必須有設計程序，確保梁體的安全。永久墩臺的支承墊石頂面標高必須符合設計要求。 永久支承兼用滑道的頂推施工在條件適當的橋梁頂推施工設計中，把永久支座作必要的臨時處理，5、使其成為臨時滑道，當頂推結束后，起梁、拆除臨時的滑道，把梁體落在永久支座上。1.3 按頂推方向分 單向頂推單向頂推即只在橋的一端設置制梁臺座，分段預制，逐段頂推，直到全橋就位。對于多聯的連續梁橋，頂推時，必須把兩聯之間臨時連接起來，全橋就位后，再取掉臨時連接。 雙向（相對）頂推在橋的兩端臺后均設置制梁臺座，同時分段預制梁體，逐段頂推。這種頂推方式，必須解決兩聯梁體即將到位時，導梁的處理問題。通常的解決方式是第一聯首先按常規方法就位，第二聯頂推到適當位置時，把導梁移至梁頂部，使導梁在第一聯梁體頂面滑移。1.4 按動力裝置的類別分 步距式頂推大部分頂推橋梁均采用穿心千斤頂、綱絞線束、自動工具錨、拉6、錨器體系作為頂推動力裝置。為了多臺千斤頂同步運行，采用主控臺控制各個泵站操縱千斤頂，既可以集中控制，又可以分級調壓，也可以限定差值（各墩臺設計允許的水平推力與施加給墩臺的水平力之差）。但是，由于步距式頂推是以水平千斤頂的工作行程為一個頂推步距，當水平千斤頂回程時，梁體便停止前移。對于墩臺而言，每一個頂推步距都將經歷從靜摩擦到動摩擦再到停止的過程，墩臺頂部的位移也隨之從零到最大到較小到零周而復始地變化。同時，每當頂推力克服了靜摩擦力時，梁體便突然前移，而由于靜摩擦力突然減小，水平千斤頂的油壓隨之下降，梁體前移速度也隨之減慢這就是梁體爬行現象。 連續頂推采用串聯穿心千斤頂、綱絞線束、自動工具錨、拉7、錨器體系可以實現連續頂推，許多橋梁頂推施工都采用這一新工藝。它通過連續千斤頂的連續工作，使一段梁體的頂推作業連續進行，避免了步距式頂推對梁體造成的爬行，減小了對墩臺的反復沖擊，也提高了頂推效率。2 工程概況石太鐵路客運專線石咀大橋分左、右兩線，線間距35m，左線中心里程DK97+207.05、橋長166.50m，右線中心里程為DK97+227.05、橋長206.50m，位于坡度6的直線上坡段。石咀大橋東接太行山隧道出口，左線橋后與隧道出口凈距29.75m、右線橋后與隧道出口凈距4.75m；石咀大橋西接長達2km的路基段。梁部采用單線、單箱、單室、直腹板、等高度連續箱梁（圖2），箱梁頂板寬8.48、0m、底板寬4.00m、梁高3.00m；跨中截面頂板厚度0.25m、底板厚度0.30m、厚度0.50m；頂板設橫向2%的排水坡、在支點處設橫隔墻。圖2-1 石咀大橋連續箱梁截面圖圖(支點) 圖2-2 石咀大橋連續箱梁截面圖圖(跨中)連續箱梁設計采用頂推工法施工，左線分為9段、右線分為11段預制；除首末段外、中間段為標準段，首末段長10.65m、標準段長20m，左線頂推總質量(含導梁)2904t、右線頂推總質量(含導梁)3587t。連續箱梁梁體采用C50級混凝土，設縱向預應力，并布設頂板體外臨時預應力束。石咀大橋梁體重不僅整聯箱梁自重大，而且單位梁長自重大。箱梁平均自重173kN/m（最重段199、3KN/m），西延鐵路狄家河橋連續箱梁平均自重80kN/m，寶中鐵路黃河特大橋連續箱梁平均自重107kN/m。3 方案選擇3.1 總體方案根據石咀大橋的設計特點和結構形式，主要考慮技術經濟性問題，選擇單向單點連續頂推的施工方案，滑道系統采用臨時滑道支承裝置。采用單點頂推方案只需要兩臺300t的連續頂推千斤頂以及配套設備，多點連續頂推需要10臺60t的連續頂推千斤頂以及配套設備。相比而言，前者節約費用100萬。但是值得注意的是，頂推施工方案的選擇必須得到設計院的承認，保證墩柱和基礎的剛度，才能保證工程順利進行。 連續箱梁頂推系統包括7大部分，主要為制梁臺座系統、導梁系統、模板系統、滑道系統、牽引10、系統、糾偏系統、起落梁系統。每個部分采取的工藝方法不一，但是功能一樣，根據不同情況選取經濟合理、技術可靠、操作方便的工藝方法。3.2 制梁臺座系統制梁臺座系統包括基礎、立柱、預埋件等部分，經常采用的臺座有鋼筋混凝土臺座、鋼管樁基礎鋼框架臺座等。選擇臺座系統時，主要根據經濟比選來選擇，一般的鋼結構臺座系統投入較大，如果單位有大量鋼管樁和30#以上的型鋼，可以考慮采用鋼結構臺座。石咀大橋選擇采用鋼筋混凝土結構臺座，考慮到客運專線對于橋臺后過渡段的嚴格要求以及工后拆除混凝土臺座的麻煩，臺座頂標高為路基頂標高減去箱梁高度，不過還要考慮滑道結構和模板結構的厚度。制梁臺座的設計包括臺座位置確定、臺座地基基11、礎設計、擴大基礎設計、立柱設計、預埋件設計等。因為預制節段在臺座上預制并進行終張拉，所以臺座的設計計算很重要。臺座位置要保證各個工況情況下，滿足抗傾覆穩定的要求，抗傾覆安全系數取1.3。根據建筑地基與基礎的設計規范，進行地基基礎設計，考慮到石咀大橋臺后為濕陷性新黃土地基，采用灰土擠密樁處理，并且保證場地排水暢通。擴大基礎和立柱設計采用SAP2000計算，考慮彈性地基因素，計算彈性地基系數輸入程序，計算結果簡圖如下圖3。基礎和立柱配筋采用計算輸出的最大受力荷載驗算。圖3 彈性地基計算簡圖3.3 導梁系統導梁采用重量輕、剛度大的變高度變截面板式梁，主梁全長25米，預埋段1.96米，引導段0.9米。12、為了便于運輸吊裝，主梁分為兩片，每片分為四段，最重段為12.871噸，工地連接采用精制螺栓。由于下翼緣要通過滑道，故其采用埋頭精制螺栓。為增強導梁橫向鋼度和抗扭性能，兩片主梁間設置了上下平縱聯和四個橫聯，為增大主梁連接處的剛度將板梁上翼緣的連接板設置于上翼緣上方。由于導梁前端較矮，為減少頂推時前端重量，導梁前端僅設下平縱聯，引導段采用圓弧，做成象鼻嘴形式，象鼻嘴與主梁采用對焊連接。主梁及翼緣連接板、腹板連接板采用橋梁結構鋼16Mnq，平縱聯、橫聯及節點板采用16q，螺栓采用符合國標的鉚螺3（ML30CrMnSi）。導梁在箱梁端跨節段灌注前就位，兩者之間用精扎螺紋鋼連接，以減少箱梁端跨在頂推懸臂13、時的梁體內力。導梁如圖4所示。導梁設計驗算可以采用medias有限元軟件計算，也可以采取手算方式驗算每個工況的受力情況。導梁設計驗算的關鍵一環是導梁與混凝土箱梁連接處的受力驗算，如下圖求導梁與混凝土梁連接處C的最大彎矩和剪力：上翼緣：-Mmax=QL2/2 （當X=0時） Q左=-QL下翼緣：Mmax時，X=？求RB：MA=0：RB=q導L（L/2 +L。- x）+q箱梁/2 （L跨長-x）2-q箱梁L12/2/L跨長 （1）Mc=RBX-gL2/2 （2）將RB（1）式代入（2），得三次方程 求Mc的微分方程dMC/dx =0 得二次方程，解之，得X值。X值即為導梁上墩之后，連接處發生最大負14、彎矩的工況距離。圖4 導梁圖3.4 模板系統模板系統包括底模、側模、內模、端模、側模滑道以及千斤頂支撐系統等。如圖5所示。圖5 模板系統立面圖3.5 滑動系統滑動系統包括滑道、滑塊、楔塊、滑板等。滑道除個別工程利用盆式支座等形式外，一般均采用圖6所示的方式。圖6 滑道示意圖 一般設計的滑塊為40040013mm，其中1.5mm聚四氟乙烯在下方，其余為兩層2mm鋼板和橡膠，這三種材料在工廠以特殊工藝壓制而成，設計承壓應力5-8Mpa。不銹鋼板厚2mm，滑道橫向寬度可設計為500mm，縱向長度由最大垂直反力和滑道設計承壓應力確定。為了保證滑動系統的受力達到設計要求，支座系統采取鋼盒混凝土加強；為了15、調整6的坡度，需要加入調坡楔塊。3.6 牽引系統牽引系統包括千斤頂、臨時拉索、拉錨器、輔助設備、千斤頂支架等。選擇千斤頂需要計算總頂推力。總頂推動力H=KRi fi G I （式中K是安全系數，1.5-2.0，Ri是墩臺滑道的垂直反力，fi是相應的靜摩擦系數，G是箱梁總重量，I是頂推坡度，上坡取+，下坡取-）。根據石咀大橋右線頂推總重量約為3600t，選擇兩臺300t千斤頂即可完成頂推工作。臨時拉索采取預應力鋼絞線，拉錨器和千斤頂根據單邊受力300t計算。3.7 糾偏系統為了控制梁體在頂推過程中的中線始終處于規范范圍內，需要設置糾偏系統。糾偏系統分為被動導向裝置和主動導向裝置。 被動導向裝置當16、梁體橫向位移較小時，可采用圖7所示的楔塊擠壓法糾偏。楔塊靠近墩頂錨碇的部分是固定的，靠近梁體的半塊同梁體之間設置橡膠板隨梁體前移，楔塊的斜面非常光滑，當梁體前移時，梁體就會被擠向圖示方向。圖7 被動導向裝置 主動導向裝置當梁體偏移較大或被動導向無效時，可采用主動糾偏方法。即在墩臺頂面的預埋錨碇內側安裝30t手動千斤頂，梁體頂推時，手動千斤頂施壓，強迫梁體糾偏。3.8 起落系統起落系統主要為垂直千斤頂，石咀大橋采用4臺400t的千斤頂，采用逐墩起落工藝施工。4、結語 連續箱梁頂推施工的施工設計繁瑣、施工準備工作較多，當然也很重要。面對復雜工藝的大橋，為了保證其順利施工完成，做好資料收集、施工設計、前期調研和設備、工藝考察顯得異常重要。