中铁十局集团西北工程有限公司
摘要：大吨位、大跨度混凝土箱梁采用顶推法不仅能满足施工的要求，且能保证安全，同时也减少了工程的投资，无疑是一种比较理想的方法。
关键词：大吨位、大体积、混凝土箱梁、顶推施工
1、工程概况
顶推法施工最初由德国教授包尔和弗.雷昂特博士首先提出，1962年其设想在奥地利的阿格尔桥上进行研究，该桥为4跨连续梁（73m+2×85+36m）。随着顶推技术的发展，在曲线桥，坡道桥等得到了广泛的应用，并且成功地在拱桥、斜拉桥上得到了运用。我国顶推法施工的桥梁起步稍晚，1977年西延线上的狄家河桥是我国第一座用顶推法施工的桥梁，随着铁路和交通运输业的飞速发展，湖南、江西、湖北、河北等地相继施工了一些各具特色的桥梁。
顶推法主要优点有：1、生产集中、工点集中，便于管理，组织成工厂化生产模式，对质量有较好的控制。2、所需的施工场地布置，是最经济的。所需的机具设备是最少最省的，也可以充分发挥机械的使用效率。
主要缺点或不足有：1、顶推过程中，梁体需要承受反复应力变化，需要增加钢筋或预应力钢束，由此而带来用钢量的增加。2、制梁场地及设备要求高，制梁台座基础应当无下沉无变形，底模刚度要求等，且应平整。滑道设置要求也高。3、对于变坡度，变曲线的桥梁上难以施工。但在多坡度或多种曲线半径变化的桥梁上，若仍用顶推法施工，其困难将会大大的增加。经济上也是不合适的。
某桥梁主桥2为（3×28）m混凝土连续箱梁，采用顶推法施工，顶推梁段长84m，重量为3100t，顶推运行轨迹为竖曲线，R=5000m，T=115.0m，E=1.3325m。顶推过程中最大跨度28m，需要设置19m前钢导梁，顶推行走距离为94.5m。
图1顶推总体布置图
2、顶推总说明、技术参数及各系统
2.1、顶推总说明
顶推段箱梁在20-23#墩之间的满堂支架上进行预制，张拉。拆除支架后受力体系进行转换，箱梁通过滑动系统作用于支承墩上。安装顶推连续千斤顶，钢绞线锚于箱梁内，借助滑动系统，克服摩擦来达到梁体向前顶进，落梁、就位[1]。
2.2、主要技术参数
1、顶推段总重：3100t（含护栏、防护屏等）；
2、顶推前进速度：10m/h；
3、顶推运行距离：94.5m（其中试顶推2.5m）；
4、顶推运行时间：94.5/10=567分钟；
5、顶推就位轴向误差：±20mm；
6、滑道安装精度：滑道顶面标高为R=5000m竖曲线，顶面标高误差不大于1mm。
2.3、顶推各系统
顶推系统主要由支承、滑动、导向及纠偏、导梁、牵引索及动力等系统组成[2]。
1）支承系统
在顶推过程中存在多次体系转换，根据顶推段的预应力配置情况，需在20-23#墩中间设置3排临时墩，间距16m，采用8根Ф800mm*14mm的钢管桁架结构，管间纵横向设置三道横联，二道斜撑，桩基础，桩顶设置矩形承台。
2）滑动系统
滑道为点式滑道，临时墩及永久墩上设置9组，两滑道中心间距3.5m，为钢箱结构，顶宽80cm，铺2mm厚不锈钢板，上涂抹硅脂润滑剂，满铺规格为79×50×3cm的四氟乙烯滑块，抗压强度不小于10MPa。同时制作部分薄厚不一的滑块备用。滑块顶用塑料薄膜覆盖严密。为保证箱梁纵向之间梁底的衔接，以及顶推过程中四氟乙烯滑块能够顺利塞入，滑道钢板纵向两侧做成斜面，坡面处填干硬沙（以利于拆模后能顺利掏出），并保证柔性支撑比刚性支撑侧高5mm，以保证梁底的平顺[3]。
3）导梁
导梁长19m，由3段组成，预埋段（长3m）、中段（长8m）、前段（长11m），钢导梁采用变截面形式，根部梁高2.77m、最前端梁高1.6m；上、下翼缘采用变宽及变厚过渡，宽度由0.7m变为0.55m、0.4m，厚度由36mm变为28mm、24mm、20mm；腹板高度随梁高变化，厚度由30mm变为24mm、16mm。各节段间采用10.9级M27、M22高强螺栓联接，通过横联形成一体。
4）牵引索及动力系统
选用ZLD300连续千斤顶顶推系统，包括：4台ZLD300连续顶推千斤顶、4台顶推泵站、1台笔记本无线主控台及联接系统的高压油管、控制电缆、设备至电源的电源电缆。横向布设千斤顶中心间距80cm，单顶顶推力300t，总计1200t。
反力座设置在23#、24#、25#墩顶系梁上，反力座采用钢板焊接而成，通过钢板直接焊接永久墩系梁上。在箱窒内设置2组拉锚器，每组拉锚器钢绞线的中心间距80cm，采用9根Φ15.24mm钢绞线穿过顶推千斤顶锚固于拉锚器上。
5）导向及纠偏
在23#、24#、25#、L1#、L2#、L3#墩两侧均设置限位装置6对。限位装置由连接钢板和导向轮组成，通过可调丝杆（高强螺栓）与限位骨架连接，限位装置骨架采用40b槽钢制作，通过相同型号槽钢连接成一个整体与限位墩顶钢板焊接。在顶推过程中，限位滚轴边距离箱梁接触面预留2cm活动量，顶推时通过调节丝杆的长度来进行梁体纠偏。
3、顶推施工
3.1施工准备
1）试顶前拆除侧模、底模模板及支架，同时在续放滑块处、导向纠偏装置四周、测量观测点处、顶推千斤顶及操作处搭设工作平台及纵横向通道，平台及通道底于梁底1.5m。
2）安装调试顶推千斤顶，同时安装牵引束，先用人工拉紧钢绞线，再用240Q千斤顶逐根预紧2KN的力，对称重复数次，以保证每根钢绞线受力均匀。
3.2试顶推
顶进距离为2.5m，记录顶推力大小、摩擦力大小、运行速度、各系统工作情况、受力情况相关参数，并与理论参数进行对比，对顶推工艺进行优化，同时调整顶推相关参数。
3.3正式顶推
1）顶推步骤
顶推先采用手动模式，然后转换到自动运行同步模式，主控台操作人员利用笔记本中控台，使2台千斤顶统一同步顶推，进行主梁的自动连续顶推[4]。
油泵操作人员调整溢流阀的工作限压，在顶推力达到20%、40%、70%、90%、100%等状态下，检查各受力结构变形情况，如有异常立即报告。检查油泵，千斤顶，前后夹持器，前后监控器，压力表，钢绞线是否异常。
分次顶推94.5m，用时576分钟，箱梁顶推至设计位置，落梁，施工桥面系。
3.4、落梁
1）顺桥向在23#-26#墩的每横系梁上分别安置两个800t的千斤顶，千斤顶的顶底面应垫一块3cm的厚钢板。
2）顶推就位后安装永久墩支座，同时在支座上铺设80*80*1cm的钢板作为保险墩，每次拆除1块，缓缓落梁。
3.5、施工监测
1）横向位移监控
在导梁顶面、箱梁顶板前后端中线位置固定一个小棱镜，分别在顶推前、每顶进2m、顶推就位后采用全站仪观测小棱镜，根据测设的小棱镜位置推断箱梁及导梁的横向位移偏差。用同样方法，对临时墩顶部位移进行监控。
2）导梁挠度监控
采用水准仪法对导梁挠度进行监测，测点设在导梁前端断面上，横向共2个测点，分别在顶推前、每顶进2m进行观测。如大于设计值时，顶推应立即停止，分析相关数据，查找原因，确保没有问题后再继续顶进[5]。
4 顶推过程理论分析
施工顶推过程采用MIDAS程序进行分析、计算。
4.1、顶推过程最不利工况
1）梁段后端离开22号永久墩时，悬臂16m，此时在3号临时墩顶处产生最大正弯矩，M=39291.6kN.m，此时3号临时墩墩顶处梁体单元上缘有1.3MPa左右的压应力；
2）顶推梁段就位时，在23号永久墩与24号永久墩跨中处对应的梁段产生最大负弯矩，M=-23415.9 kN.m，此时相应梁段单元下缘有0.7MPa左右的压应力。
4.2、顶推过程中梁体倾覆稳定性
1）顶推梁段离开1号临时墩时，顶推梁体后段悬臂16m，梁段抗倾覆系数为18.4；
2）导梁前端到达24号墩时，导梁与9m长的梁段处于悬臂状态，抗倾覆系数为44.0。
施工要求抗倾覆系数不小于1.3，此两种最不利工况下均满足要求。
4.3、顶推过程牵引力作用下墩身检算
1）竖向力
由MIDAS计算结果：顶推过程中，在23号永久墩上产生的最大竖向反力为Fz=11652.5kN。
2）水平力
作用于23号永久墩墩顶上的水平力为：Fy=11652.5*0.1*1.3=1514.8 kN。
3）23号墩墩身截面检算
永久墩为双柱墩形式，检算时按单柱检算，相应作用在墩顶的反力值为：Fz=5826.3kN，Fy=757.4kN。23号墩墩高8.0m，水平力在墩底截面产生的弯矩为M=757.4x8=6059.3kN.m
墩底截面由MIDAS检算结果：
满足规范要求。
各施工工况验算结果表明，在整个施工过程中，主梁的施工应力控制能满足规范的要求。在第二施工阶段，拆除全部顶板束后，箱梁支点上缘以及跨中下缘出现了0.6MPa左右的拉应力，在公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范规定的0.70f‘tk =1.855MPa范围之内，之后的施工阶段，箱梁未出现拉应力。最大压应力也出现在施工第一阶段未拆顶板束之前，箱梁下缘9.24 MPa，满足规范要求。
5、结论
本桥顶推距离为94.5m，最大顶推跨度28m。顶推运行轨迹为直线，顶推重量为3100t。顶推过程中结构空间受力明显，解决了顶推过程中柔性墩受力问题；顶推运行距离长，解决了设备稳定性、同步性的问题；很好解决了顶推导向及纠偏等问题；后锚为混凝土齿块，受力更合理，方便了施工；解决了大吨位、大跨度混凝土构件在顶推过程中的连续、平稳、安全等多项问题。
参考文献
[1]陈恒山，吴静，陈湘林.顶推法施工在桥梁工程中的应用[J].中外公路，2006（3）：178-180.
[2]苏国明，孙爱田.预应力混凝土梁拱组合桥梁顶推施工新工艺[J].铁道标准设计，2009（11）：56-58
[3]扬沪湘，陈湘林.预应力连续梁顶推技术的成熟[J]，公路，2001（3）：10-13
[4]王卫锋，林俊锋，马文田.桥梁顶推施工导梁的优化分析[J].工程力学，2007（2）
[5]秦卫雄.连续箱梁顶推法施工工艺[J] .湖南交通科技，2003（3）：87-89
论文作者:马玉金
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年6期
论文发表时间:2019/7/8
标签：千斤顶论文; 滑道论文; 过程中论文; 应力论文; 混凝土论文; 钢板论文; 桥梁论文; 《建筑学研究前沿》2019年6期论文;