多点连续顶推桥梁设计与施工

2008 年第2 期Transportation Science & Technology No. 2 Apr. 2008 收稿日期:2007211215 多点连续顶推桥梁设计与施工 杨　勇 (中铁第四勘察设计院集团有限公司　武汉　430063) 摘　要　结合工程实例,介绍了多点连续桥梁顶推施工的基本原理和施工方法。通过与单点桥梁顶推和间 断桥梁顶推施工方法的比较,阐述了多点连续桥梁顶推施工方法在建设长大高墩桥梁时的优点。介绍了此 法在国内桥梁建设中的应用情况,并总结了多点连续顶推设计及施工中应予关注的问题。 关键词　单点顶推　多点桥梁顶推　间断顶推　连续顶推　多点连续顶推　爬行 桥梁顶推法应用于桥梁施工始于1959 年奥地利 的阿格尔桥建设,其施工流程为:在桥位一侧的场 地上预制并组拼好全桥,再一次桥梁顶推到位。其后,桥梁 顶推施工法得到了不断的发展,委内瑞拉卡罗尼 河桥的建设中首次使用了钢导梁和辅助临时墩。 随着节段桥梁顶推施工方法的出现,由于其施工占地 小、模板利用率高等优点,桥梁顶推施工法在桥梁建设 中得到了广泛的应用。

我国首先采用顶推法施工的桥梁为狄家河铁 路桥,采用单点桥梁顶推的施工方法。湖南望城沩水 河大桥的建设,为柔性墩多点顶推施工方法提供 了宝贵经验。随着长沙湘江北大桥和刘家沟铁路 桥的建设中多点连续顶推施工方法的成功,改善 了顶推过程中梁的“爬行”现象,标志着桥梁顶推法施 工桥梁技术的成熟。 1 　多点连续桥梁顶推技术的优势 1. 1 　单点顶推与多点顶推 顶推法施工总顶推力的计算可采用下式: P = W (μ±i) K (1) 式中: P为总顶推力; W 为顶推总重力; μ为滑动 摩擦因数; i 为桥梁的设计纵坡(通常桥梁顶推方向为 由低处向高处) ; K 为安全系数,通常可取1. 2 。早期采用顶推法施工的桥梁均为单点顶推, 顶推装置布置在主梁预制场附近的桥台或桥墩 上,顶推的反力由单个墩、台或者预制台座承受。 当顶推施工的桥梁不长且墩高较矮时,采用单点 桥梁顶推的施工方法具有设备简单、易操作等优点。 随着桥梁顶推施工的桥梁长度不断增加,顶推的 反力逐渐加大。采用单点顶推必然使主力墩受力 过大,从而导致桥墩截面尺寸过大而造成浪费;未 设置千斤顶的桥墩,梁体与桥墩间的摩阻力也将 导致桥墩墩顶位移过大,对于较高、柔的桥墩,往 往超过墩顶位移的限值。多点桥梁顶推施工的方法很好地解决了这个问 题,使采用桥梁顶推施工的长大桥梁的设计尤其是下 部设计趋于合理。其基本思路是将总顶推力分散 到各墩台上,使墩、台上的桥梁顶推反力与梁作用于桥 墩的滑动摩阻力相平衡(或限制在一个有限的差 值内) ,从而改善桥墩受力。 　　多点顶推施工的基本原理可简单地用公式表 达为: Pi ≥ Ni (μ±i) (2) 式中: Pi 为布置在第i 个桥墩上的千斤顶的顶推 力; Ni 为第i 个桥墩上梁的支反力。

1. 2 　间断顶推与连续顶推间断顶推又称为步距式顶推,每次顶推的距 离受制于千斤顶的工作行程,一般在0. 5 m 左 右,每次顶推完一个行程,千斤顶需回程复位然后 准备下一次桥梁顶推。连续顶推则通过将2 台千斤顶进行串联,1 台顶推,另1 台回程复位,交替循环,实现桥梁的 连续顶推。 采用间断桥梁顶推施工的桥梁,梁由静至动,再由 动至静,往复多次,造成梁体的“爬行”现象,由于 梁体的惯性力作用于桥墩,导致桥墩来回纵向摆 动,对桥墩和梁体的安全形成威胁。而连续式顶 推施工减少了梁体的动、静交替次数,改善了梁体 的“爬行”现象,从而改善了桥墩来回摆动的问题, 并且桥梁顶推过程连续不间断,也提高了顶推的工效。 1. 3 　多点连续桥梁顶推 多点连续顶推结合了多点顶推和连续桥梁顶推的 优势,使桥墩的设计和施工更趋经济合理,在长大 高墩桥梁的顶推设计及施工中具有明显的优势。 以邵怀高速公路炉坪大桥为例,桥梁孔跨布 置为6 ×50 m + 43 m + 25 m ,桥梁设计纵坡为 2. 8 % ,最大顶推长度约365. 5 m ,桥梁顶推总重力约 73 100 kN。假定μ为0. 05 ,按式(1) 计算,顶推力 P = 73 100 ×(0. 05 + 0. 028) ×1. 2≈6 842 kN。 如此巨大的水平推力作用于单个墩、台上,将导致 下部结构及基础设计的极大浪费。而岳阳洞庭湖 大桥东引桥桥长500 m ,总重近2 万t ,双柱式桥 墩采用直径2. 2 m 墩柱接直径2. 8 m 的基桩,桥 墩设计较为轻柔。岳阳洞庭湖大桥东引桥采用多 点连续桥梁顶推的方法进行施工,工程进展的相当 顺利,25 m 长的梁段每次桥梁顶推一般在4 ～ 8 h 完成,施工过程中克服了梁呈爬行状态前进的现 象[1 ] ,若采用单点桥梁顶推的施工方法则几乎不可能 完成。因此,从下部结构及基础设计的经济合理性 出发,并考虑改善施工中桥墩的受力,自上世纪 90 年代多点连续桥梁顶推技术在国内取得成功后,国 内几乎所有的长大高墩桥梁顶推施工均采用多点 连续桥梁顶推,部分摘录见表1 所列[124 ] 。 表1 　国内采用多点连续顶推技术建成的部分桥梁 桥名孔跨布置 桥梁 型式 建成 年代 　湘潭湘江二桥引桥7 ×42. 84 m 连续梁1993 　衡山湘江公路大桥 3 ×45 m + 2 ×90 m + 2 ×45 m + 7 ×45 m 斜拉桥+ 连续梁 1996 　岳阳洞庭湖大桥 东引桥 10 ×50 m 连续梁2000 　潭邵高速公路竹 埠港湘江大桥引桥 7 ×42 m 连续梁2002 　东海大桥近岛段8 ×50 m 连续梁2005 　邵怀高速公路炉 坪大桥 6 ×50 m + 43 m + 25 m 连续梁2007

2 　设计及施工应注意的问题 与单点顶推、间断桥梁顶推施工相比,多点连续顶 推上部构造的设计没有太大差别,其最主要的优 势在于改善了桥墩受力从而可以优化桥墩的设 计,对于设计、施工中几个重点问题简述如下。 2. 1 　经济跨径 桥梁顶推法施工适合于中等跨径的桥梁,这主要 是由于梁体施工阶段的内力与运营阶段相差较大 所致。跨径太小弯矩正负交替频率过快,而跨径 太大则导致正负弯矩值相差太大。为了满足桥顶推 受力,显然跨径过大或过小都将导致钢束配置的 不经济。 　　据统计,国内桥梁顶推法施工的PC 连续梁桥跨 径基本在38～50 m 之间。有文献对已建桥梁的 经济指标进行比较,认为采用顶推法施工的桥梁 经济跨径为42 m[5 ] 。 2. 2 　截面尺寸 顶推法施工的桥梁,其截面尺寸主要由施工 阶段最大内力控制。据统计,国内采用桥梁顶推法施 工的PC 连续梁桥,梁高基本在最大桥梁顶推跨径的 1/ 14～1/ 18 之间,文中摘录部分桥梁梁高见表 2[1 ,325 ] 。拟定截面尺寸时,还应注意顶底板厚度要 满足前期钢索、后期钢索布置的需要。 表2 　国内桥梁顶推施工的部分桥梁梁高统计 桥名 最大桥梁顶推跨 径L / m 梁高 H / m H/ L 　沩水河大桥38100 2. 5 1/ 15. 2 　九江大桥引桥50100 3. 0 1/ 16. 7 　湘潭湘江二桥引桥42. 84 2. 5 1/ 17. 1 　岳阳洞庭湖大桥东引桥50100 3. 5 1/ 14. 3 　潭邵高速公路竹埠港湘 江大桥引桥 42100 2. 8 1/ 1510 　东海大桥近岛段50100 3. 5 1/ 14. 3 　邵怀高速公路炉坪大桥50100 3. 0 1/ 16. 7 2. 3 　预应力设计 顶推施工的桥梁,前期纵向预应力筋主要是 兼顾运营与施工要求或仅仅只是满足施工阶段需 要的,应尽量将构造设计得简单一些,通常采用直 索。后期纵向预应力筋主要是在施工完成后,为 满足运营需要而补充的力筋,可根据需要设计为 直索或弯索。前期通索一般布置在箱梁承托附近及箱梁的 顶、底板上,间隔一索张拉一索以避免应力集中。 临时索和后期索一般通过箱梁内设齿板锚固,便 于张拉和拆除。横向与竖向则依据各桥具体情况决定是否施 加预应力,其设计与其他桥梁无太大区别。需要 指出的是,由于桥梁顶推箱梁一般梁高均不高,应特别 注意竖向预应力损失的问题。

2. 4 　下部构造及基础设计 与采用单点桥梁顶推施工的桥梁相比,多点连续桥梁顶推施工的桥梁下部构造可以设计得较为轻柔一 些。如炉坪大桥, 最大墩高近40 m , 设计采用 2 根直径2. 8 m 的基桩接直径2. 2 m 的柱,如 2008 年第 2 期 　杨 　勇: 多点连续顶推桥梁设计与施工 5 图1 。湘潭湘江二桥、岳阳洞庭湖大桥东引桥等 桥梁亦采用双柱接双桩的形式[ 2 ] ,下部构造设计 较为轻柔。 图1 　炉坪大桥桥墩尺寸(单位:cm) 　　虽然多点连续桥梁顶推施工改善了桥墩的受力, 但笔者认为,下部设计中不应一味追求轻巧,主要 考虑到以下因素: (1) 实际每个桥墩上的桥梁顶推力与摩阻力存在 一个差值,这个差值需要由桥墩来平衡; (2) 梁体的“爬行”现象并未完全消除,仍会 对桥墩受力造成一定影响。 2. 5 桥梁顶推滑道及滑板 滑道由滑道垫块及滑道板组成。桥梁顶推施工对 滑道标高控制要求相当严格,不允许出现较大的 偏差;滑道板的尺寸以尽量减小滑板在桥梁顶推过程 中承受的最大压力为原则,避免滑板的损坏或变 形过大。但由于柔性墩墩顶尺寸的限制,往往滑 板承受的压应力过大(如东阳渡湘江大桥滑板 压应力达到了9. 8 MPa[6 ] ) ,因此改善滑板内部 结构(如添加钢板[4 ] ) 、提高滑板强度则显得尤为 重要。

2. 6 　各桥墩墩顶顶推力的控制 多点桥梁顶推的基本原则为:“集中控制、分级调 压、差值限定”[6 ] 。对于不同墩台的顶推力控制应 区别对待:前进墩(即靠近导梁的墩) 的支反力和 摩阻力不断变化,应结合现场对桥墩位移的观测, 由操作人员手动调整油泵压力控制施力;一般墩 的摩阻力相对较稳定,可以锁定油泵压力;在其他 墩台按动摩阻系数施力后,调整主力墩上的顶推 力以克服静摩阻力,使梁体缓慢均匀的前行。 2. 7 　桥梁顶推过程中梁的纠偏 梁体的横向导向是桥梁顶推施工程序中重要的一 环,以保证桥梁的正确就位。导向装置一般在预 制台座前固定一对,控制每段梁梁尾的横向位置, 保证梁段接头位置正确;在前方设置两对,根据钢 导梁和箱梁向前滑动,两对交替前移。需注意的 是,当发现梁的横向位置有误需要进行纠偏时,必 须在顶推的过程中进行调整。 2. 8 桥梁顶推施工中的临时设施桥梁顶推施工过程中的临时措施包括导梁、临时 墩以及拉索、托架等。导梁的设计对梁体的内力 影响较大,根据文献[ 7 ] ,导梁与主梁的刚度比在 0. 15～0. 30 之间为宜,合理的导梁长度和单位长 度与导梁、主梁的重量比有关,可参考文献[ 7 ]相 关表格。临时墩的作用是减小桥梁顶推跨径,主要用 于跨径大于50 m 的桥梁,目前常用的形式包括 钢管混凝土墩、钢管临时墩及钢筋混凝土墩。拉 索、托架等的作用亦为减小桥梁顶推时悬臂的弯矩,目 前在国内较少采用。

3 　结语 多点连续顶推设计施工仍存在一些缺点,如: 梁的截面偏大,预应力配置较多,造价较高,对施 工的精度要求较高等,这些均为顶推施工法的通 病。但多点连续桥梁顶推施工技术减轻了梁体的“爬 行”现象,改善了桥梁顶推过程中桥墩的受力,在长大 桥梁的顶推施工中具有较为明显的优势。 参考文献 [1 ] 　陈湘林,刘乐辉1 柔性墩多点桥梁顶推施工技术[ C] ∥ 2002 年全国桥梁学术会议论文集. 北京:人民交通 出版社,2000 ,55525601 [2 ] 　陈恒山,吴　静,陈湘林. 桥梁顶推法施工在桥梁工程中 的应用[J ] . 中外公路,2006 (3) :1782180. [3 ] 　黄宾彬,周冬明1 湘潭至邵阳高速公路竹埠港湘江 特大桥箱梁顶推施工技术[J ] . 大众科技,2005 (2) : 19220. [4 ] 　任明飞,胡迎新,郑　机. 东海大桥近岛段工程预应 力混凝土桥梁顶推连续梁的设计与施工[J ] . 桥梁建设, 2005 (增刊) :27230. [5 ] 　黄绳武. 桥梁施工及组织管理[M] . 北京:人民交通 出版社,19951 [6 ] 　陈立汉. 柔性墩箱梁顶推施工技术[J ] . 铁道标准设 计,2005 (8) :39240. [7 ] 　田仲初,张华平. 桥梁顶推施工中导梁的合理配置[J ] . 世 界桥梁,2005 (4) :41243. 6 杨　勇: 多点连续桥梁顶推桥梁设计与施工

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