顶推施工法

顶推施工法教学目的通过本专题的学习，要掌握以下内容：１、了解顶推法的特点及其适用条件；２、熟悉顶推法的分类和施工过程；３、学会顶推法施工的过程受力分析及施工验算内容；４、顶推法中减少施工内力的措施。在桥头沿桥纵轴线方向将逐段预制张拉上的梁向前推出使之就位的桥梁施工方法。须紧靠桥台后部开辟预制场地，每预制一个节段即用水平液压千斤顶施力，借助于不锈钢和聚四氟乙烯模压板组成的滑动装置，将梁逐段向对岸顶推，待全部顶推就位后，再落梁。更换正式支座，完成桥梁施工。在水深、桥高等的情况下，可避免大量施工脚手架，可不中断桥下交通或通航。1、专家定义:顶推施工法（Incrementallaunchingmethod)目前最大顶推重量可达4万吨，顶推长度达一千余米。用此法施工的连续梁桥，预应力筋合力设计成基本沿各梁截面重心通过，对梁施加近于中心受压的预加力。《中国土木工程百科辞典•桥梁工程卷》顶推施工要点：•要设置固定的预制场，顶推由千斤顶完成。•要想用有限的顶推力将庞大的梁体顶推到位，必须采用摩阻系数小的滑移装置。•顶推过程中每个截面要承受最大正弯矩和负弯矩，要兼顾运营阶段和施工阶段的受力要求。适用条件：宜在等截面的预应力混凝土连续梁中采用，也可用于斜拉桥、拱桥等复杂结构。适用于深谷、宽深河道上的桥梁，或高架桥和同曲率的曲线桥和坡桥。2、顶推施工法溯源顶推施工法源于钢桥纵向拖拉施工法。以千斤顶代替卷扬机和滑车组，改善启动时造成的冲动以滑板、滑道（板式滑动装置）代替滚筒，避免线接触，保证薄壁箱式结构的屈折安全，缓冲应力集中。聚四氟乙烯塑料－－高强低摩阻滑道材料的问世是关键。与不锈钢板的摩擦系数为0.015～0.065。1959年，前联邦德国的莱昂哈特（Leonhardt）教授在建造奥地利的阿格尔桥（Ager）时首次使用，四跨连续梁，最大跨径85m；1963年委内瑞拉卡罗尼河桥(Caroni)顶推施工中引入了鼻梁（导梁）和辅助墩，六跨连续梁，最大跨径96m；1964年，顶推法得到近一步改进，采用了分段预制、逐段顶推、逐段接长、连续施工的工艺；1974年，我国在狄家河铁路桥施工中，首次采用顶推法。跨径为40+40m。3、顶推法的施工工序预制：在桥轴线端部设预制场制梁顶推：待砼达到强度后，张束，向前顶推支座安装：梁就位后，整体顶梁，安装正式支座4、顶推方法的分类（１）按顶推方向分单向顶推双向顶推或相对顶推桥台预制场地预制梁滑道水平－竖直千斤顶辅助墩单向顶推最常用的顶推方法双向顶推优点：１、双向顶推的施工弯矩和成桥弯矩图比较接近，因此节省预应力筋。特别对于三跨连续梁，效果更加明显。２、施工进度快。缺点：1、两个预制场，两套设备，施工费用高。2、对于三跨连续梁，顶推几段后，要采用临时支柱或梁后压重，或增加临时支点，防止梁倾覆。跨中合拢（２）按水平力的施加位置和施加方法分：单点顶推（TL）：一对顶推装置集中在桥台上或某一桥墩，其它墩台仅设滑道。顶推力要求大。可用水平－竖向千斤顶法和拉杆千斤顶法。多点顶推（SSY）：在每个桥墩、台（不包括临时墩）上都设有一对顶推装置。要求千斤顶同步运行。利用墩顶的水平千斤顶，传给墩顶的反力平衡了梁体滑移时在桥墩产生的水平力，使墩受很小的水平力，适用于柔性墩。常采用拉杆式顶推装置。也可用水平－竖向千斤顶法。（３）按顶推装置的构造分：水平——竖直千斤顶法：由水平千斤顶和竖向千斤顶交互使用而产生顶推力。拉杆千斤顶法：由固定在墩台上的水平张拉千斤顶，通过张拉锚固在主梁上的拉杆而使梁体前移。滑板墩台竖向千斤顶水平千斤顶梁体支撑垫板粗齿垫板水平－竖直千斤顶法第一步：竖向千斤顶上顶水平－竖直千斤顶法第二步：水平千斤顶横顶水平－竖直千斤顶法第三步：竖向千斤顶下降水平－竖直千斤顶法第四步：水平千斤顶退回水平－竖直千斤顶法拉杆千斤顶法墩台梁体滑板传力支架锚固器穿心式千斤顶拉杆优点：简化工艺流程，加快顶推速度。5、顶推施工法的特点优点•机具设备简便，无需大型起吊设备•节省施工用地，工厂化制作，能保证构件质量•模板可周转•不影响通航•施工平稳，安全，无噪音，节约劳力•适应于连续梁，叠合梁，简支梁，拱桥，斜拉桥等等截面结构缺点：•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•受顶推悬臂弯矩的限制，顶推跨径大于70～80米不经济•顶推过程中的反复应力，使梁高取值大，临时束多，张拉工序繁琐•随着桥长的增大，施工进度较慢根据顶推的施工过程，应该进行哪些内容的计算？6、施工验算的内容：•各截面的施工内力计算和强度验算•顶推过程中的稳定计算（倾覆稳定，滑动稳定）•钢索引伸量的计算•施工中临时结构的设计与计算•确定顶推设备、计算顶推力•顶推过程中，桥墩台的施工验算•顶推施工时，梁的挠度计算连续梁状态，上缘受压，下缘受拉悬臂梁状态，上缘受压，下缘受拉连续梁状态，上缘受压，下缘受拉最大时预应力筋类型：•兼顾营运与施工要求所需的力筋•为施工阶段要求配置的力筋•在施工完成之后，为满足营运阶段需要而增加的力筋悬臂梁状态，上缘受压，下缘受拉连续梁状态，上缘受压，下缘受拉最大时临时结构的受力验算桥墩台的受力验算7、顶推法施工中的几个问题（1）预制场地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。桥梁的上部结构在预制场地完成，场地长度至少为预制节段长度的三倍。涉及因素有：主梁节段分段长每节段为全断面或分次浇筑拼装导梁的场地第一跨顶出时，梁体的倾覆稳定安全根据气候的情况，预制场也可设在帐篷内。一个阶段从预制养护到顶推大约需要一周。预制梁段的技术要求●底板平整度，要有一定的刚度和硬度。梁底的平整度将影响顶推时梁的内力，所以预制平台的平整度要严格控制。●严格控制钢筋、预应力筋孔道、预埋件的位置●严格控制混凝土的浇筑质量●尽可能采用机械化装拆模板模板工作－是保证预制质量的关键。预制周期－是加快施工速度的关键。预制工作应采用流水作业，培养专业化的施工队伍，还可采用加入添加剂的方法提高混凝土的早期强度。（2）顶推设备顶推装置集中在主梁预制场附近的桥台或桥墩上，前方各支点上设置滑动支承。顶推装置分为两种，一种是由水平千斤顶通过于箱梁两侧的牵动钢杆给预制梁一个顶推力；另一种是由水平千斤顶与竖直千斤顶梁联和使用，顶推预制梁前进。根据顶推方法的不同，采用不同的千斤顶。单点顶推可以采用水平千斤顶与竖直千斤顶连用；多点顶推可采用穿心式千斤顶。（3）顶推施工中的横向导向目的：使顶推正确就位→必不可少。位置：在预制梁段刚离开预制场的部位；在顶推施工最前端的桥墩上8、减少顶推施工时内力的措施主梁前端设导梁跨中设临时墩，缩小顶推跨径（至40~60米）主梁前端设临时塔架，以斜缆索系于梁上锚固当中孔跨径较大，又无法设临时墩，则变单向顶推为双向顶推减小顶推时墩顶的摩擦力（1）导梁（鼻梁）导梁设置在主梁的前端，为钢桁梁或钢板梁，主梁前端装有预埋构件与钢导梁栓接。导梁的结构需要进行受力状态分析和内力计算，导梁的控制内力位于导梁与箱梁连接处的最大正、负弯距和下弦杆承受的最大支点反力。导梁长度一般为顶推跨径的0.6～0.7倍。导梁长，可减少主梁悬臂负弯矩，但过长则会导致导梁与箱梁接头处负弯矩和支反力的相应增加。导梁过短，则增加主梁的施工负弯矩。合理的导梁长度应使主梁最大悬臂负弯矩和营运阶段的支点负弯矩基本相近。导梁在施工中，正负弯距反复出现，连接螺栓易松动，在顶推中每经历一次反复均需检查和重新拧紧。（2）辅助墩辅助墩仅在施工中使用，在符合要求的前提下要造价底，便于拆装。钢制辅助墩在荷载作用下和温度变化下变形较大而较少采用。目前用的较多的是用滑升模板浇筑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。一般不在其上设顶推装置。（2）辅助墩施工时是否设置辅助墩在总体设计中考虑，要确定桥梁跨径与顶推跨径之间的关系。也有研究认为当顶推跨度大于15倍的梁高时要设置辅助墩。（3）拉索、托架及斜拉索目的：用拉索加劲主梁，用以抵消顶推时的悬臂弯矩。设计错误导致顶推梁桥倒塌全桥长360m，桥面宽10.5m，等截面梁高2.5m施工方法：前5孔采用常规的钢导梁法（跨径48m）；第6孔采用塔架法事故：当主梁前端进入最后一孔时，塔架进入主孔7m时，主梁下方因承受剪力过大，引起倒塌。分析认为，如果在主孔通过后，立即撤除临时缆索塔架，倒塌就不会发生；塔架使梁体承受的剪力增加一倍。（４）滑动支座设置在墩上的混凝土临时垫块上，由光滑的不锈钢板与组合的聚四氟乙烯滑块组成，其中的滑块由四氟板与具有加劲钢板的橡胶块构成。顶推时，组合的聚四氟乙烯滑块在不锈钢板上滑动，并在前方滑出，通过在滑道后方不断喂入滑块，带动梁身前进。墩台铬钢板（光洁度7七级）梁体滑块：上层橡胶，下层聚四氟乙烯板喂滑板顶推千斤顶竖顶挪动滑板竖顶下降铬钢板（光洁度7七级）梁体滑块国内常用如下方法：优点：节省竖顶的操作工序，加快顶进速度9、实例介绍9.1国外顶推的桥梁卡罗尼河桥（委内瑞拉1962-1964）第一座顶推施工的桥梁，两车道，桥宽10米，比桥面稍底处两侧各有2.8米的人行道；边跨48米，主跨96米。箱梁高5.6米，是主跨的1/17。上部结构由预制阶段拼装，每节断9.2米，全长500米，对称张拉；顶推时在跨中使用了辅助墩,上部结构顶推重力约为98100KN，采用两台2934KN水平千斤顶单点顶推，最大顶推力为3924KN；1977-78年，通过在旁边顶推施工另一座姐妹桥，扩大了桥梁的通行能力。洛伊萨赫高架桥（德国1970-1972）位于德国巴伐利亚，公路桥，桥宽2x15.25=30.5米；共11跨，跨径从41米到52米不等，全长586米；梁高3米，是最大跨径的1/17，平面弯桥；RESTEL山谷桥（意大利1970-1972）公路桥高架桥，桥宽9米，总跨度10x32=320米平面弯桥；弯曲半径150米，对应圆心角122度；内卡桥（德国1976-1977）六车道高速公路桥，总宽度2x15=30米，桥下山谷深95米；边跨30米，主跨拱形154米，拱高50米，拱上立柱间距33米；主拱圈采用双箱梁，宽6.5米，高3米；拱上主梁采用箱梁，高2.3米，宽度从5.1米到7.1米不等主拱圈通过辅助缆悬臂施工，主拱圈施工完毕后，上部顶推施工六车道高速公路桥，总宽度2x19.5=39米，分体建筑；跨径组合74+133+74，主跨是顶推施工中较长的。梁高3米-4.8米，是主跨的1/44~1/28；施工期间，主跨部分不能影响通航，尽管如此，还是决定由两边顶推，并使用了辅助缆。美因（MAIN）河桥（德国1977-1978）9.2国内顶推的桥梁西延线狄家河桥（陕西1977）狄家河桥是西安至延安跨越狄家河的单线铁路桥，4x40m的预应力混凝土连续梁桥;主梁为等截面单箱单室，梁高3m，系中国首次采用顶推法施工的连续梁桥;全梁分41块预制，分阶段胶结拼装;顶推采用水平-垂直千斤顶单点顶推，梁端设置30m长钢导梁;平顺桥（山西1990）3孔等截面预应力混凝土连续弯梁桥；主梁采用单室箱梁，高2.7m，桥宽为净9+2x0.5(m)；桥中轴线曲率半径90m，是弯桥设计与施工技术研究的试验桥；也是中国首次在连续弯梁桥中采用顶推法施工。沅陵沅水桥（湖南1991）沅陵沅水桥跨越沅水，桥址处于五强溪水电站库容区内;主桥采用4跨不对称预应力混凝土连续-刚构桥。最高桥墩达52.4m，为双肢薄壁柔形墩;引桥为9孔42m预应力混凝土连续梁;该桥主要特点：桥高水深，为解决现浇施工边跨搭设支架的困难，选用不对称分孔，并用顶推法施工边段；引桥及边段多点顶推选用特置新型盆式橡胶支座，施工时滑道与永久支座合一；顶推施工中改进水平千斤顶装置，并用微机控制顶推全过程，两边顶推，并使用了辅助缆。尤溪丘墩桥（福建1992）丘墩桥是当时中国顶推法施工中最大跨度的预应力混凝土梁桥，桥总长250m，宽2x1.0+7(m)；主桥在顶推施工阶段为60+76+60(m)撑架式预应力混凝土