PC梁顶推施工技术

　　摘 要：以湖南常德市沅江西大桥南引桥9×47m顶推箱梁施工为依托，介绍了PC梁顶推后场预制平台总体布置，柔性墩多点顶推基本原理和方法，顶推梁分段落梁施工等关键工艺。

　　关键词： PC梁顶推,钢导梁,预制平台,柔性墩,分段落梁

　　1.工程概述

　　常德市沅江西大桥位于常德沅江大桥上游约5500m，主桥为48m简支箱梁+(132+264+132)m双塔斜拉桥+9×47m顶推箱梁。本桥顶推段预应力连续箱梁总长423m，桥墩自25#～34#(里程桩号自K1+762.51～K2+186.03)。全桥单幅分为19个节段预制顶推，第1段梁长11.75m，第2～18段梁长均为23.5m，第19段梁长11.75m。

　　预应力混凝土顶推连续梁单幅桥为单箱单室斜腹板箱形等截面结构。箱梁梁高为3.2m(梁中心线)，箱梁宽为14.49m，设有2%的单向横坡、 0.75%的纵坡。

　　为改善箱梁在顶推过程中的受力情况，在箱梁前端安装32m长，自重小于800KN钢导梁。

　　根据设计施工图，在沅江南岸35#～34#墩之间设置箱梁预制台座，34#～33#墩之间设置顶推主力墩及临时支撑墩进行逐段预制、顶推;顶推就位后拆除临时束，张拉后期永久预应力钢束，并落梁于永久支座上。

　　2.顶推预制场的布置及设计

　　顶推预制场包括预制梁台座和制梁台座前的过渡孔，制梁台座由预制平台和预制模板两部分组成。

　　2.1预制场的总体布置

　　箱梁预制台座设置在35#～34#墩之间(顶推施工起点)，台座长度23.6m，台座内设置临1#、临2#、临3#三道共6个滑道支撑墩，用于底模下降脱模后箱梁的支撑滑动墩;底模由分部的27个50t螺旋千斤顶控制升降。

　　在制梁台座前，顺顶推前进方向，距离34#墩垫石顶轴线22m处设置临4#墩作为顶推过渡墩，使制梁台座顶出的梁段，先由小距离过渡墩支承，然后平稳、逐步过渡到47m的顶推跨径，从而减小梁段尾部因挠曲变形产生的竖直转角，使梁段接头平顺，保证整个箱梁底板符合设计线型，不产生附加应力，进而有利于减小顶推时产生的滑动摩擦力。

　　临4#顶推过渡墩与起始墩34#墩之间，设置顶推主力墩——预制台座前第一个施力墩，该墩纵向与预制场以及其他墩台联成了整体，该墩上水平千斤顶出力可以在足够大的范围内调整。

　　2.2预制台座基础布置

　　预制台座临时墩基础均采用D150钻孔灌注桩，按摩擦桩设计。桩顶制作钢筋混凝土纵向地梁联接作为底模支撑钢管立柱基础，地梁端部与34#墩连接，增加基础稳定性。侧模及其他钢管立柱采用钢管桩基础。

　　顶推主力墩因不受竖向力，基础采用片石垫层并浇筑混凝土扩大基础。

　　2.3临时墩及顶推主力墩结构

　　临1#、2#、3#、临4#墩采用钢管立柱，上部墩帽之间用型钢、钢管等作为纵向联接并与34#、33#墩纵向刚性连接成整体，使千斤顶推力与箱梁动摩阻力平衡，各墩不受水平力。

　　2.3.1 临1#、临2#、临3#墩

　　临1#、2#、3#墩作为滑道支撑墩，其墩帽既要承受箱梁自重，又要保证底模脱模及箱梁滑动。

　　2.3.2顶推主力墩

　　顶推主力墩采用钢管桩立柱，顶部安装钢箱梁及千斤顶反力架用做顶推千斤顶反力平台。

　　2.3.3临4#墩结构

　　临4#墩顶安装了滑道，顶部纵向、前后用钢管与33、34#墩形成刚性连接，平衡水平摩阻力，临4#墩基础只承受垂直荷载。

　　2.4预制模板设计

　　2.4.1底模结构

　　平台钢管桩桩头布设横向双拼工25大横梁，每个横梁上安装3个50t控制千斤顶控制底模下横梁升降，底模I25a小横梁间距40cm左右，上铺10mm钢板以保证模板刚度。

　　2.4.2侧模结构

　　侧模是保证预制箱梁光滑、美观的关键。由[20槽钢作成定型支撑骨架，上焊[10槽钢纵枋，铺5mm厚整体钢板+1mm厚不锈钢板贴面;骨架下设置转动铰，并由50t的螺旋千斤顶来调整升降。转动铰需在工厂精加工，定型骨架可在工厂拼装，其余部分都在现场加工安装，从而保证模板整体性。外侧模转动铰在桩头大横梁生根，并设置对拉螺杆用于控制侧模的横向

　　水平位移。

　　2.4.3内模结构

　　由于箱梁内部构造比较复杂，不仅有横隔墙，箱梁顶板和底板都有后期预应力齿板，不便采用整体滑动模板，箱梁腹板内模采用组合钢板，[10槽钢骨架作压枋，对拉螺杆固定。箱梁顶板部分，采用钢管门型架(或CKC支架)升降托顶，[10槽钢纵梁组，弓型横梁，上铺组合钢模。

　　2.5过渡段

　　通过在预制台座前，布置小距离的过渡墩(临4#墩)，使梁段从预制台座逐步过渡到标准跨径。过渡段的作用：

　　a、保证顶推过程箱梁和钢导梁倾覆安全度。

　　b、纵向预应力索是错位张拉，刚从预制场顶出来的梁段，从强度来讲，不能直接搁在顶推标准跨径上。

　　c、通过小距离的过渡支承，控制梁的纵向挠曲变形，使梁尾端面不产生过大的竖直转角，与继续浇注的梁段底板平顺连接，满足梁底符合设计线型和预制精度。否则梁底不平，顶推摩阻力增大，并且产生附加内力。

　　d、预制台座范围内的滑道支墩与过渡段中过渡墩纵向采用刚性连接措施，使顶推的水平力与预制台座上梁段的摩阻力相平衡。

　　2.6钢导梁

　　2.6.1钢导梁的作用

　　钢导梁设置为了减小顶推过程中梁的前端悬臂负弯矩。

　　钢导梁受力主要为正弯距和剪力，负弯距较小。长度一般为顶推跨径0.6～0.7倍，较长的导梁可以减小主梁悬臂负弯矩，合理的导梁长度应是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。导梁的刚度宜选主梁的1/9～1/5。导梁的刚度在满足稳定和强度条件下，选用较小的刚度及变刚度的导梁。钢导梁要考虑动力系数，使结构有足够的安全储备。

　　2.6.2钢导梁的构造

　　钢导梁采用变高度(刚度)I字型实腹板钢板专用钢导梁是成熟的、可靠的，也是经济的。

　　钢导梁主梁由2片变高度I字型钢板梁组成。为了运输和拼装方便，又将主梁纵向分3段拼装而成。两片主梁之间又用型钢或者薄钢管组成横向联系和平面联系，将整个导梁形成整体。

　　2.6.3钢导梁与箱梁连接措施

　　(1)将钢导梁的上、下T字板都埋入箱梁2m以上，相应的箱梁端设计了锚固钢导梁的异形段。

　　(2)钢导梁与箱梁之间张拉精轧螺纹钢筋预应力筋进行连接。

　　2.6.4钢导梁在施工中注意事项

　　(1)第一段箱梁与钢导梁连接，特别注意保证混凝土浇注密实。因为第一段梁构造相当复杂，施工中比较困难。

　　(2)保证钢导梁上锚固预应力筋张拉质量，注意错位锚固，防止同一断面预应力差造成开裂。

　　(3)顶推过程中作好钢导梁迎接上墩工作，避免长时间处于悬臂状态;避免将施工荷载堆在钢导梁与第一、二段箱梁上。

　　2.7墩顶滑道设置

　　墩顶滑道在支座垫石上利用调平垫块代替设计支座作为箱梁纵坡及标高调节临时块，上部安装滑道板，滑道板与箱梁底板之间利用滑块滑动。本项目根据材料特性及经验比较，滑块采

　　用华龙板。

　　目前国内外聚四氟乙烯、增强尼龙等耐摩材料，在使用中往往存在承载能力低(变形大)，抗剪性差、耐磨性差等缺点，华龙板MGE材料摩擦系数小，承压力大，耐磨性好，耐腐蚀，各种性能参数稳定。滑块的设计压强不宜设计太高，根据桥梁纵移的工况要求，主要设计参数如下：

　　A、　设计承载： 10Mpa ，有良好的过载缓冲作用;

　　B、　摩擦系数(油脂状态)： ≤0.05 ，动静摩擦系数接近;

　　C、 使用温度：–30℃-- +100℃;

　　D、 在PH = 2～10的各种溶液介质中正常使用，性能稳定;

　　E、 安装简单，使用轻便。

　　3.箱梁顶推施工

　　本桥顶推采用柔性墩上多点自动连续顶推工艺。柔性墩不能承受单方向过大的水平推力，须将顶推力分散到多个桥墩，主墩上都安装顶推水平千斤顶，并要求每个桥墩上水平千斤顶牵引力与梁在滑道上摩阻力相平衡，这样桥墩就不承受过大的水平推力，保证了桥墩的安全。

　　3.1柔性墩顶推的基本原理和方法

　　“多点、分级、同步”以及“分级调压，集中控制”。桥墩上的水平千斤顶牵引力与梁在桥墩的滑动摩阻力相平衡，桥墩不承受过大的水平推力，用简单的数学式表达如下：

　　Ρi≥F i= N i (μ+i)

　　Ρi——第i桥墩上水平千斤顶牵引力;

　　F i——第i桥墩上梁滑动摩阻力;

　　N i——第i桥墩上梁的支反力;

　　μ——滑动摩阻系数估计0.06～0.08之间;

　　i——顶推箱梁设计纵向坡度;

　　连续顶推的水平千斤顶是采用自动连续顶推装置，一套顶推装置由两台1000kN水平穿心千斤顶串联，并由双油路液压泵站，分别向两台千斤顶供油，形成交替接力连续顶推。

　　本桥箱梁C55砼总方量8667m3，纵向坡度0.75%，最大摩阻力估计为8%，则总顶力P=8667/2*(0.08+0.0075)*26=9858.7KN;

　　所以采用1000KN自动连续顶推千斤顶装置11台套;主力墩横向安装2台套，33#-25#墩各安装1台套。千斤顶安装在箱梁底板轴线上，利用钢绞线与箱梁底板拉锚器连接施加牵引力，俗称“拉肚皮”。

　　3.2顶推施工方法控制

　　3.2.1连续千斤顶泵站控制

　　每个墩安装一台套ZLD100型连续顶推千斤顶顶推装置，产生横向偏转很小。11台连续顶推装置都由总控制台集中控制，使顶推同步进行。

　　3.2.2拉锚器布置

　　拉锚器设在箱梁底板，在箱梁内底板上设置齿板，钢绞线拉索在齿板上用多孔群锚锚固，斜出底板下，通过垫枕木，将拉索垫出一定高度，再进连续顶推装置。这样由自动连续顶推装置拉梁在滑道上滑动，直到推出预制台座，如此循环，直至顶推就位。

　　3.2.3墩顶千斤顶顶力控制

　　顶力分配采取有力措施，合理分配千斤顶装置的拉力来控制桥墩顶纵向位移在设计允许值范围内，避免梁呈爬行状态滑动，确保桥墩安全。

　　桥墩上水平千斤顶拉力，是根据每个桥墩上的垂直荷载和摩擦系数确定。承受导梁搭上的桥墩为顶推前进墩，根据估计垂直荷载和摩擦系数，由专人随时调整液压泵站上油压确定拉力;箱梁前后压在桥墩上的为一般墩，垂直荷载视为恒载，估计摩擦系数，油泵压力锁定。在总的顶推力大于摩阻力的情况下，箱梁从静止状态到滑动状态不足的力由主力墩上顶推千斤顶装置补充。

　　对于桥墩位移的观察，在桥墩上设置棱镜固定点，岸上架设全站仪，来观测从静止到滑动状态桥墩顶的位移值。

　　3.2.4箱梁行走线形控制

　　箱梁顶推滑动过程中，特别重视箱梁横向偏差的观测，一般在制高点架设仪器观测，并采用在桥墩上放出桥轴线，箱梁底也放出相应的轴线，用吊垂球的方法，观测箱梁与桥墩轴线的偏差值。

　　在桥墩顶相对箱梁两侧位置设置轮式导向纠偏装置，在导向纠偏装置与箱梁外侧加垫不同厚度的滑板来调整箱梁横向偏差值。这样将导向装置与箱梁的侧面接触均为平面接触，不会压坏箱梁外侧面，保证箱梁外表美观。

　　4.分段落梁简述

　　4.1在安装临时滑道的同时，将支座放在临时滑道板内侧。

　　4.2落梁采用五点(即本支座和前后两个相邻墩支座)同时起顶，本支座顶起1.0cm，相邻墩支座顶起0.5cm，相邻墩顶起高差不大于5mm，同墩两侧梁底顶起高差不大于1mm。拆除中间墩上的临时滑道，将支座滑进。准确安装就位后，将千斤顶同步落下，这样逐墩进行，使箱梁降到设计高程。落梁顺序：先从最高点开始，逐墩向低点推进。

　　4.3落梁过程中，将准备好保险垛作为保险装置，保险垛用钢板盒灌混凝土组合而成。落梁之前，将制定详细的操作规程，进行技术交底，并将桥墩上清理干净，充分作好准备，使落梁时间越短越好。

　　4.4本桥箱梁按26.6t/m的重量考虑，中间每墩的支座反力的1250t，故准备20台千斤顶。落梁千斤顶型号为YD500-160，顶升力为5000KN，行程为160mm，最小高度为650mm。每个墩上安装4台，在横撑上对称布置。

　　4.5顶推箱梁就位后，拆除所有临时束，张拉后期永久束，并对孔道压浆。

　　4.6落梁的原则：

　　(1)充分做好准备工作，尽量使顶起、落梁的时间越短越好。

　　(2)确定千斤顶的布置位置，要求纵、横对称，考虑桥墩盖梁,箱梁梁体受力都处于有利部位。

　　(3)竖直千斤顶要求有足够的富余的顶力和工作行程，同一个墩台竖直千斤顶共用一台泵供油. 顶起时，桥墩的垫石与箱梁底必须有保险装置。

　　(4)尽量控制梁的顶起高度，注意顶起和降落的顺序，一个墩上千斤顶起落要同步均匀，纵向桥墩顶起高度要合理分配。

　　(5)纵向注意梁的温度伸缩，注意固定墩和安装伸缩缝桥墩支座安装。

　　5.总结

　　沅江西大桥顶推技术应用，在设计与施工方面取得了一定成果。但不论是在结构设计还是施工工艺，还存在许多问题需要我们去探索。例如如何使顶推设备进一步完善、性能更加稳定可靠;如何进一步提高设备的效率、保证梁的美观、降低顶推桥梁的造价等等。

　　随着我国经济的发展，对桥梁的美观和行车平稳要求越来越高，顶推法是适合我国国情的一种较好建桥方法，顶推技术施工桥梁具有广阔的应用前景。

　　参考文献：

　　[1] 公路施工手册《桥涵》人民交通出版社 2000年版

　　[2] 杨沪湘、陈湘林《预应力连续梁顶推技术的成熟》 公路2001年3月

　　[3] 中交四航设计院上官兴等，《连续顶推技术的新发展》2002年12月

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