顶推施工法(图5.2.35)源于钢桥拖拉架设法,是钢桥拖拉法架设原理的应用。所不同的是:滑动和施力装置不同,顶推施工法用千斤顶代替卷扬机和滑车组以改善启动时的冲动,用滑板、滑道代替滚筒以避免线接触,保证薄壁箱式结构的屈折安全。拖拉架设与顶推法的对比见表5.2.4。
预应力混凝土连续梁桥顶推法施工是沿桥纵轴方向,在桥台后设置预制场浇筑梁段,达到设计强度后,施加预应力,向前顶推,空出底座继续浇筑梁段,随后施加预应力与先一段梁联结,直至将整个桥梁梁段浇筑并顶推完毕,最后进行体系转换而形成连续梁桥。
图5.2.35 顶推法
表5.2.4 拖拉架设法与顶推法对比
1. 顶推法的施工特点
优点:
① 机具设备简便,无须大型起吊设备;模板可周转。
② 节省施工用地,工厂化制作,能保证构件质量。
③ 不影响通。
④ 节约劳力,施工安全。
⑤ 适应于连续梁、简支梁、拱桥(桥面纵梁)、斜拉桥(主梁)等结构。
缺点:
① 不适应多跨变高梁、曲率变化的曲线桥和竖向曲率大的桥梁。
② 受顶推悬臂弯矩的限制,顶推跨径大于70~80 m 时不经济。
③ 顶推过程中的反复应力使梁高取值大,临时束多,张拉工序烦琐。
④ 随着桥长的增大,施工进度较慢。
2. 顶推法的适用范围
桥长:单向顶推200~800 m;双向顶推2×(200~800 m)。
标准跨径:30~60 m。
桥梁线形:直线、圆曲线(曲线半径较大)。
桥梁横截面:必须为等高度桥梁。
桥台后方:有足够的空间设置预制场。
3. 顶推法施工工艺流程(图5.2.36)
图5.2.36 顶推法施工流程图
4. 顶推法施工关键技术分析
(1)纵向预应力筋配置。
由于采用本施工方法的桥梁在推进时,所有断面将会随着所在位置的不同而产生正负弯矩交替出现的情形,故其预应力筋的配置较为复杂,大致可以分为顶、底板直线预应力筋及腹板连续抛物线形预应力筋,并于全桥定位之前后两阶段分别进行施拉。
各节块在预制场预制完成后,再分别推进定位。各节块于推进期间根据所在位置的不同而承受不断变化的正负弯矩,为抵消断面产生的拉应力,故需于顶板及底板施加直线预应力钢筋,以提供节块稳定的压应力。
节段于顶、底板施拉直线预应力筋足以支撑桥体本身自重,等到全桥推进定位后,再施拉腹板上的抛物线形预应力筋,以承载将来的汽车活载。腹板上的预应力钢筋采用每穿过数个节段即锚定一次的方式。
(2)预制场的设置。
预制场地是预制梁体和顶推过渡的场地,包括主梁节段的浇筑平台和模板、钢筋和钢索的加工场地,混凝土搅拌站以及砂、石、水泥的堆放和运输路线用地。
预制场地长度应考虑梁段悬出时反压段的长度、梁段底板与腹(顶)板预制长度、导梁拼装长度和机具设备材料进入预制作业线的长度。
预制场地的宽度应考虑梁段两侧施工作业的需要。
(3)临时墩。
临时墩(图5.2.37 和图5.2.38)由于只在施工中使用,因此在符合要求的前提下,要造价低、便于拆装。钢制临时墩因为在荷载作用和温度变化下变形较大而较少采用。目前用得较多的是用滑升模板灌注的混凝土薄壁空心墩、混凝土预制板,或预制板拼砌的空心墩,或混凝土板和轻便钢架组成的框架临时墩。目前在大跨径桥梁中,最多设置两个临时墩。使用临时墩要增加桥梁的施工费用,但是可以节省上部结构材料用量,需要从桥梁分跨、通航要求、桥墩高度、水深、地质条件、造价、工期和施工难易等因素来综合考虑。
图5.2.37 临时墩(www.xing528.com)
图5.2.38 临时墩类型
临时墩的设置可以减小顶推的标准跨径,从而减小梁顶推过程中交替变化的正、负弯矩,特别是在当顶推跨径超过50 m,或者顶推其他形式的桥梁,如斜拉桥、钢管系杆拱桥或连续刚构桥梁时采用。
① 临时墩的设计原则。
• 临时墩受力主要为梁体的垂直荷载和顶推水平摩阻力,并要考虑顶推的启动和停止的惯性作用,要考虑施工期间通航和洪水杂物作用对临时墩的影响。
• 临时墩要满足强度和刚度要求,要考虑临时墩的变形(受力和温度)对顶推高程误差的影响。
• 要考虑临时墩拆除、恢复航道方案,这笔费用也要列入成本。
② 临时墩身结构形式比较(表5.2.5)。
表5.2.5 临时墩类型
(4)钢导梁。
在推进的过程中,梁的前端因呈现悬臂状态容易产生向下位移的情况(图5.2.39)。于是,为了避免过大的悬臂负弯矩,在节块最前端装置钢导梁,导梁重量轻,随着节块推进,可先伸到下一桥墩,减少节块的位移。
图5.2.39 顶推法施工出现下挠现象
① 钢导梁的技术要求。
钢导梁(图5.2.40)长度:一般为顶推跨径的0.6~0.7 倍。钢导梁长度计算原则:应使主梁最大悬臂负弯矩与使用状态(运营阶段)支点负弯矩基本接近。导梁的刚度:宜选为主梁的1/9~1/5。
图5.2.40 钢导梁布置
② 钢导梁的构造。
导梁设置在主梁的前端,为钢桁梁或钢板梁(图5.2.41),主梁前端装有预埋构件与钢导梁栓接。
图5.2.41 钢板梁
(5)滑道。
为了减少推进时的阻力,桥墩的顶面设置滑道(图5.2.42),这样只要0.05~0.08 倍的水平力就能够将笨重的箱梁(一般在1 万~2 万吨)顶推到位。
图5.2.42 滑道
滑道从下至上由滑道调平垫块、滑道板、滑板组成。利用聚四氟乙烯滑块与不锈钢面的低摩擦力,用不锈钢当支撑面的表面,然后将滑块塞入箱形梁和支撑垫之间。顶推时,聚四氟乙烯滑块在不锈钢板上滑动。滑块从前方滑出后,在滑道后方不断喂入滑块,带动梁身前进。当所有节块都顶推到位后,由千斤顶将箱形梁顶起3~5 cm,将临时支撑拆除,垫换上永久支座。
(6)水平千斤顶施力。
按水平力的施加位置和施加方法分类,千斤顶的施顶方法可以分为单点顶推和多点顶推。① 单点顶推。
单点顶推全桥纵向只设一个或一组顶推装置。顶推装置通常集中设置在梁段预制场附近的桥台或桥墩上,而在前方各墩上设置滑移支承。
② 多点顶推。
多点顶推即在每个墩台上均设置一对小吨位的水平千斤顶,将集中顶推力分散到各墩,并在各墩上及临时墩上设置滑移支承。所有顶推千斤顶通过控制室统一控制其出力等级,同步前进。
多点顶推法由于利用了水平千斤顶,传给墩顶的反力平衡了梁体滑移时在桥墩上产生的摩阻力,从而使桥墩在顶推过程中承受着很小的水平力,因此在柔性墩上可以采用多点顶推施工。
为了满足通航要求,桥墩设计得“高”;为了满足泄洪,尽量减小桥墩对河床断面的压缩、桥墩截面尺寸设计得小,所以桥墩“瘦”。这样“高瘦”的桥墩称为柔性镦。
(7)减少顶推施工时内力的措施。
① 主梁前端设导梁。
② 跨中设临时墩,缩小顶推跨径(至40~60 m)。
③ 桥墩顺桥向设临时撑架,缩小顶推跨径。
④ 主梁前端设临时塔架,以斜缆索系于梁上锚固。
⑤ 当中孔跨径较大,又无法设临时墩时,变单向顶推为双向顶推。
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