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后設(shè)置預(yù)制場，分階段預(yù)制梁體，縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉后，通過水平千斤頂施力，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。施工實測資料表明，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)比動摩擦系數(shù)大些。
1.3頂推施工方法分類
1.3.1按頂推動力裝置分
?。?）單點(diǎn)頂推。頂推動力裝置集中設(shè)置在靠近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墩（臺）背墻的水平千斤頂聯(lián)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，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，在滑道前后設(shè)置垂直千斤頂用來起落圖1單點(diǎn)頂推示意梁體使滑塊能從前向后移動，這是早期做法。后來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。
?。?）多點(diǎn)頂推。由于單點(diǎn)頂推存在一個嚴(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梁體前移，必須依靠輔助動力才能完成頂推。此外，單點(diǎn)頂推施工中，沒有設(shè)置水平千斤頂?shù)母叨眨绕涫侨嵝远赵谒搅Φ淖饔孟聲a(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(diào)壓，使作用在墩頂?shù)乃搅Σ怀^設(shè)計允許值。多點(diǎn)頂推的動力裝置從廣北立交橋后，都采用穿心千斤頂、鋼絞線束、自動工具錨體系。其滑道除個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
?。?）臨時滑道支承裝置頂推施工。在永久墩臺和臨時墩頂設(shè)置臨時滑道裝置進(jìn)行頂推，待梁體就位后起梁、取掉滑道、更換支座、落梁。這是一項復(fù)雜的工程，起梁和落梁必須有設(shè)計程序，確保梁體的安全。永久墩臺的支承墊石頂面標(biāo)高必須符合設(shè)計要求。我國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)計中，把永久支座做必要的臨時處理，使其成為臨時滑道，當(dāng)頂推結(jié)束后，起梁、拆除臨時的滑道，把梁體落在永久支座上。國外的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循環(huán)，可以取消起梁、落梁的復(fù)雜工序，簡化施工。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
（1）單向頂推。單向頂推即只在橋的一端設(shè)置制梁臺座，分段預(yù)制，逐段頂推，直到全橋就位。對于多聯(lián)的連續(xù)橋梁，頂推時，必須把兩聯(lián)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(shè)置制梁臺座，同時分段預(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，導(dǎo)梁的處理問題。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，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，工期很緊張的情況下才考慮采用。
1.3.4按動力裝置的類別分
（1）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、自動工具錨、拉錨器體系作為頂推動力裝置。為了使多臺千斤頂同步運(yùn)行，采用主控臺控制各個泵站操縱千斤頂，即可集中控制，又可分級調(diào)壓，也可以限定差值（各墩臺設(shè)計允許的水平推力與施加給各墩臺的不平衡推力之差）。但是，由于步距式頂推是以水平千斤頂?shù)墓ぷ餍谐虨橐粋€頂推步距，當(dāng)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(jīng)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→最大→較小→零這樣周而復(fù)始的變化。同時，每當(dāng)頂推力克服了靜摩擦力時，梁體便突然前移，而由于動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。
?。?）連續(xù)頂推。自從長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、自動工具錨、拉錨器體系實現(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梁體的“爬行”現(xiàn)象及對墩臺的反復(fù)沖擊，同時也提高了頂推效率。
1.3.5按箱梁節(jié)段的成型方式分
（1）預(yù)制組拼，分段頂推。在墩（臺）后設(shè)置制梁場、存梁場、拼梁線，按照設(shè)計頂推單元劃分，將頂推單元分成若干個塊件預(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)臺后場地條件好，具備運(yùn)輸和就地拼裝能力，工期要求緊迫時，設(shè)計和施工方案可以考慮預(yù)制箱梁節(jié)段、墩（臺）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）后設(shè)置制梁平臺，將連續(xù)梁分成若干個節(jié)段，按照設(shè)計頂推單元劃分，每一個頂推單元為一個預(yù)制的基本節(jié)段，依次在制梁臺座上制作，在墩頂設(shè)置頂推滑道、頂推千斤頂，通過各千斤頂出力，牽引頂推傳力拉索帶動梁體在滑道上向前移動，前段梁頂出臺座后，在臺座上接灌下一梁段，將梁逐漸向?qū)Π俄斖啤?br />
2、頂推關(guān)鍵技術(shù)
2.1制梁臺座和節(jié)段的制作
制梁臺座為預(yù)制箱梁節(jié)段和頂推作業(yè)的過渡場地。臺座上一般設(shè)有可升降的活動底模架和不動的臺座滑道。與制梁臺座相配套的還有預(yù)應(yīng)力鋼束穿束平臺、鋼筋綁扎平臺、測控平臺及必要的吊裝設(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，這個速度是不慢的。我國預(yù)制周期的記錄已經(jīng)達(dá)到7d。這要求模板設(shè)計時，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。
?。?）制梁臺座位置的選擇
制梁臺座位置選擇的原則主要有以下幾個方面:
首先，必須保證墩臺后端梁體在頂推過程中的總體穩(wěn)定和抗傾覆安全，使梁段在預(yù)制場地范圍內(nèi)逐步頂推到標(biāo)準(zhǔn)跨。制梁臺座的位置應(yīng)盡量地向前靠，充分利用永久墩、臺基礎(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，梁的尾端出現(xiàn)長懸臂;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)梁的場地。
?。?）制梁臺座的結(jié)構(gòu)形式
制梁臺座的主要功能是預(yù)制梁體節(jié)段時，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，不需要頂起梁體就可開始頂推。這就要求制梁臺座必須設(shè)置滑道、滑塊、具有升降功能的活動底模板;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，
必要時平臺基礎(chǔ)宜采用臨時樁基礎(chǔ)，防止在澆注和頂推梁體時發(fā)生沉陷，影響預(yù)制梁段的接長或梁體的頂推。預(yù)制臺座的構(gòu)造布置可分為兩部分:①為箱梁預(yù)制臺座，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的水平力。預(yù)制臺座一般采用剛性設(shè)計，臺座結(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，預(yù)應(yīng)力鋼束就沒法布置了，所以PC梁采用頂推法施工有個“適用跨度”的問題。提高適用跨度的途徑之一是設(shè)置臨時墩。在連續(xù)梁的跨度大于頂推跨度時，宜設(shè)置中間臨時墩，在不設(shè)臨時墩時，為滿足安裝鋼導(dǎo)梁和連續(xù)梁前期頂推抗傾覆的要求，在制梁臺座前和連續(xù)梁第一跨內(nèi)設(shè)臨時墩，作為頂推施工的過渡段，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。臨時墩應(yīng)能承受頂推時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，便于拆裝。為提高臨時墩的穩(wěn)定性，防止臨時墩在箱梁頂推過程中產(chǎn)生較大的水平位移，保證頂推安全，將臨時支墩與相鄰的主橋墩和制梁臺座進(jìn)行撐拉連接，用水平或斜拉鋼絞線束臨時加固，見圖3所示。
圖3臨時墩加固示意圖
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)必須通過設(shè)計計算，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。國內(nèi)外的施工經(jīng)驗表明:導(dǎo)梁長度一般為頂推跨徑的0.6～0.7倍，較長的導(dǎo)梁可以減小主梁的負(fù)彎矩，但過長的導(dǎo)梁也會導(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，它對主梁內(nèi)力的影響遠(yuǎn)較其長度對主梁內(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，將在頂推時減小最大懸臂狀態(tài)的負(fù)彎矩，使負(fù)彎矩的2個峰值比較接近。此外，在設(shè)計中要考慮動力系數(shù)，使結(jié)構(gòu)有足夠的安全儲備。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，臺座滑道采用了一種連續(xù)梁式的整體滑道，它是通過在滑道梁上鋪設(shè)滑道板形成的。整體滑道構(gòu)造為:活動底模板+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，即施工時上、下部臨時固定，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，解除支座上臨時約束，恢復(fù)支座設(shè)計功能，完成落梁工序。
2.5頂推動力裝置
頂推動力裝置由千斤頂、高壓油泵、拉桿（束）、頂推錨具（自動工具錨、拉錨器）組成，頂推動力一般使用水平千斤頂或自動連續(xù)千斤頂及其配套的普通高壓油泵或?qū)Ｓ玫囊簤赫咀鳛閯恿ρb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)逐漸過渡到拉箱梁底板的方式，并由穿過箱梁頂、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頂推動力計算和設(shè)備配置
當(dāng)頂推箱梁的各個主墩和臨時墩的施工階段反力Fi和摩擦系數(shù)f已知后，即可計算出必須的頂推動力，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。各頂推千斤頂通過液壓站，在主控臺的集中控制下，同時啟動、同時停止，實現(xiàn)頂推的集中控制和同步運(yùn)行?？傢斖苿恿=KΣRifi±GI，式中K是安全系數(shù)，K=1.5～2.0;Ri是墩臺滑道的垂直反力;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
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)。
