多點(diǎn)連續(xù)頂推橋梁設(shè)計(jì)與施工探討

付玉輝

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110166)

當(dāng)前我國(guó)的橋梁建設(shè)數(shù)量不斷增加，因此，對(duì)于橋梁的相關(guān)設(shè)計(jì)要求在不斷提高，人們也在不斷研究橋梁建設(shè)工程的相關(guān)技巧。頂推法在橋梁建設(shè)工程中，具有不占用橋下通行空間，施工快捷方便的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)橋下凈空和地基條件無(wú)要求，不影響通航或通車，預(yù)制場(chǎng)地或拼裝場(chǎng)地一般設(shè)在岸上，搭建拆除方便，混凝土或鋼構(gòu)件運(yùn)輸方便，頂推法在跨越既有運(yùn)營(yíng)鐵路及公路或者河道的橋梁建設(shè)中有著十分普遍的應(yīng)用。頂推施工法不僅適用于連續(xù)梁橋，還適用于拱橋、斜拉橋和自錨式懸索橋；從梁體形式來(lái)看，頂推施工法不僅適用于等高截面梁橋，還適用于變截面以及曲線梁橋；從梁體的頂推形式來(lái)看，不僅適用于逐段拼裝頂推，還適用于整體拼裝頂推。

1 頂推技術(shù)

頂推法的首次使用是在奧地利的一項(xiàng)橋梁建設(shè)工程，頂推施工的構(gòu)思來(lái)源于鋼橋的縱向拖拉施工方法。用板式滑動(dòng)裝置取代滾筒，水平千斤頂取代卷?yè)P(yáng)機(jī)和滑車。后來(lái)頂推法由于其施工設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要大型機(jī)械設(shè)備，避免高空作業(yè)，模板、設(shè)備可多次周轉(zhuǎn)使用等特點(diǎn)，而得到廣泛的應(yīng)用。頂推法的施工步驟為，首先在橋位的縱軸方向的臺(tái)后預(yù)留出相應(yīng)的場(chǎng)地，隨后在場(chǎng)地中將全橋進(jìn)行組拼或者預(yù)制，設(shè)置鋼導(dǎo)梁、臨時(shí)墩、滑道、千斤頂?shù)妊b置，最后再將全橋一次頂推到位。后來(lái)頂推法在委內(nèi)瑞拉的橋梁建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用時(shí)得到了相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)。我國(guó)首先在40 m+40 m鐵路橋上采用了頂推法施工，公路部門(mén)在1977年的40 m+54 m+40 m三跨一聯(lián)的東莞萬(wàn)江橋上應(yīng)用。

頂推法施工的主要關(guān)鍵是頂推工作，核心問(wèn)題在于應(yīng)用有限的頂力將梁頂推到位。聚四氟乙烯為頂推提供了摩擦系數(shù)很小的材料。摩擦系數(shù)與垂直壓強(qiáng)成反比，與速度成正比。因此，當(dāng)梁愈長(zhǎng)，垂直壓強(qiáng)愈大時(shí)，還會(huì)減少摩擦系數(shù)。在頂推過(guò)程中，滑道的摩擦系數(shù)始終在不斷變化，一般為0.04～0.06，同時(shí)靜摩擦系數(shù)要比動(dòng)摩擦系數(shù)大一些。

目前存在的頂推方法早期有單點(diǎn)頂推、多點(diǎn)頂推、間斷頂推以及連續(xù)頂推。頂推工藝不斷完善，頂推方式呈現(xiàn)多樣化。從早期釆用水平和豎向千斤頂直接頂推梁體的方法，發(fā)展到后來(lái)只用水平千斤頂，再到現(xiàn)在的只用豎向千斤頂?shù)牟铰氖蕉帱c(diǎn)頂推法，從單點(diǎn)集中頂推到多點(diǎn)頂推，從間歇式頂推發(fā)展到連續(xù)頂推。

對(duì)于多點(diǎn)頂推，主要有以下三種，第一種為推拉式多點(diǎn)連續(xù)頂推，第二種則是楔進(jìn)式多點(diǎn)連續(xù)頂推，第三種為步履式多點(diǎn)連續(xù)頂。推拉式多點(diǎn)連續(xù)頂推方法，是在橋梁附近的臨時(shí)墩上借助千斤頂?shù)妮o助，從而對(duì)橋梁進(jìn)行推拉方法。橋梁被拖動(dòng)的過(guò)程是在臨時(shí)墩上的滑道上進(jìn)行的，通過(guò)鋼絞線來(lái)將橋面平移至合適的位置上。采用推拉式多點(diǎn)連續(xù)頂推法時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意橋的垂直方向其受力是不均勻的，橋的水平面上也存在大小不同的摩擦力，而在推拉的過(guò)程中，由于不同墩點(diǎn)其垂直方向的力大小不同。因此，會(huì)對(duì)橋體產(chǎn)生不同的摩擦力影響，這就導(dǎo)致在使用鋼絞線對(duì)橋體進(jìn)行牽引的過(guò)程中，需要根據(jù)摩擦力的變化，對(duì)牽引力的大小進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，否則會(huì)出現(xiàn)橋面水平方向的受力超過(guò)負(fù)載的情況，同時(shí)這種多點(diǎn)連續(xù)頂推方法對(duì)橋面的整體強(qiáng)度也有著一定的要求。推拉式多點(diǎn)連續(xù)頂推需要設(shè)置滑道系統(tǒng)(鋼墊梁、四截滑板等)、牽引系統(tǒng)(穿心式連續(xù)液壓千斤頂、牽引索、拉鋪器、頂推反力架等)和豎向的調(diào)節(jié)系統(tǒng)(鋼墊塊、豎向千斤頂)等。

楔進(jìn)式多點(diǎn)連續(xù)頂推方法對(duì)技術(shù)層面的要求相對(duì)較高，但采用楔進(jìn)式多點(diǎn)連續(xù)頂推方法，可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)臨時(shí)墩位水平方向力的控制，這樣便可以更好地完成在垂直方向成橋線型中對(duì)存在力變的橋梁進(jìn)行頂推。采用這種頂推方法對(duì)頂推過(guò)程中鋼槽梁和頂推設(shè)備同鋼槽之間的作用力有著嚴(yán)格的要求。同時(shí)，楔進(jìn)式多點(diǎn)連續(xù)頂推方法在使用過(guò)程中，需要采用楔形塊。而這種零件的加工相對(duì)復(fù)雜，且在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，對(duì)楔形塊的加工精度要求相對(duì)較高，因此會(huì)導(dǎo)致橋梁的造價(jià)提高。

步履式連續(xù)頂推利用頂、推的兩個(gè)步驟交替進(jìn)行，先將頂推梁體托起；再向前托送；之后將梁體置于橋墩臨時(shí)鋼墊梁上；頂推油缸縮缸到底，繼續(xù)實(shí)施下一個(gè)循環(huán)。通過(guò)頂推步驟的循環(huán)，最終將梁體托送到預(yù)定位置。履式多點(diǎn)連續(xù)頂推設(shè)備包括頂升油缸、下支撐架、滑移系統(tǒng)、上支撐架、水平頂推油缸、橫向調(diào)整油缸等。

楔進(jìn)式多點(diǎn)連續(xù)頂推，技術(shù)特點(diǎn)為：(1)能較好地控制臨時(shí)墩或者永久墩的水平力；(2)適用于豎向線形有變化的梁體頂推；(3)必須具備精密的液壓同步控制系統(tǒng)；(4)對(duì)楔塊、滑道的制作精度要求高。故其施工成本高，施工進(jìn)度一般。

推拉式多點(diǎn)連續(xù)頂推，技術(shù)特點(diǎn)為：(1)頂推拉錨器、限位裝置等的安裝需要在梁體底板開(kāi)槽；(2)頂推過(guò)程中可能會(huì)對(duì)橋墩墩身產(chǎn)生一定的水平力。故其施工成本較低，施工進(jìn)度快。

步履式多點(diǎn)連續(xù)頂推，技術(shù)特點(diǎn)為：(1)能較好地控制臨時(shí)墩或者永久墩的水平力；(2)適用于豎向線形有變化的梁體頂推；(3)頂推投入設(shè)備多，液壓機(jī)電氣控制同步精度要求高。故施工成本較高，施工進(jìn)度較慢。鑒于步履式多點(diǎn)同步頂推法的獨(dú)有特點(diǎn)(集頂升、平移、橫移調(diào)整于一體，能及時(shí)進(jìn)行軸向糾偏；豎向調(diào)整便捷，可有效控制支點(diǎn)反力；可采取措施滿足結(jié)構(gòu)受力要求；液壓及電氣控制同步性精度要求高)，一些橋梁采用步履式多點(diǎn)同步頂推法施工。

2 多點(diǎn)連續(xù)頂推技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 多點(diǎn)頂推技術(shù)

頂推法最初應(yīng)用于橋梁建設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)多為單點(diǎn)頂推法。采用這種方法時(shí)，對(duì)橋面施加頂推力的裝置是由單個(gè)著力點(diǎn)來(lái)承受的。這種單點(diǎn)頂推法多適用于橋梁長(zhǎng)度相對(duì)較短，且橋體的整體墩高相對(duì)較低的情況。單點(diǎn)頂推法的施工設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，并且整體操作步驟更加簡(jiǎn)潔，便于實(shí)施。

在進(jìn)行橋梁的建設(shè)施工時(shí)，隨著橋梁的整體長(zhǎng)度不斷提高，若采用頂推法進(jìn)行橋梁施工設(shè)計(jì)，則不能再采用單點(diǎn)頂推法。因?yàn)?，隨著橋梁的整體長(zhǎng)度不斷提高，采用頂推法所產(chǎn)生的頂推力也在不斷提高。若仍采用單點(diǎn)頂推法，則會(huì)使得單個(gè)著力點(diǎn)承受的力過(guò)大，易超過(guò)其極限承受限值。若通過(guò)增加橋墩的橫截面積來(lái)提高單個(gè)著力點(diǎn)的承受限度的話，則會(huì)造成提高造價(jià)，從而導(dǎo)致浪費(fèi)。同時(shí)在橋墩沒(méi)有設(shè)置千斤頂時(shí)，橋墩橋梁之間的作用力也會(huì)使得橋墩的位移提高，若橋墩的剛度較低，則會(huì)超過(guò)橋墩的承受極限位移值。

在這種情況下，采用多點(diǎn)頂推設(shè)計(jì)方法可以很好地解決出現(xiàn)的問(wèn)題。采用多點(diǎn)頂推設(shè)計(jì)方法，可以使得橋梁的下部設(shè)計(jì)更加地科學(xué)合理。多點(diǎn)頂推設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)思路是將單點(diǎn)頂推設(shè)計(jì)中承受力的單個(gè)墩臺(tái)進(jìn)行分散。通過(guò)放置多個(gè)墩臺(tái)，將總頂推力進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆稚ⅰ＿@樣就可以更好地調(diào)節(jié)頂推反力與橋梁之間相互作用時(shí)，產(chǎn)生的作用于橋墩之間的滑動(dòng)摩擦阻力，同時(shí)也可以更好地控制橋墩的整體受力數(shù)值。

2.2 連續(xù)頂推技術(shù)

連續(xù)頂推技術(shù)是在間斷頂推技術(shù)方法上，進(jìn)行改進(jìn)的一種橋梁施工設(shè)計(jì)方法。在實(shí)施的過(guò)程中，間斷頂推由于單個(gè)千斤頂?shù)南拗?，在頂推完一段行程后，需要將千斤頂進(jìn)行歸位，等千斤頂歸位后才能繼續(xù)進(jìn)行下一次頂推。而采用連續(xù)頂推方法時(shí)，是將兩臺(tái)千斤頂進(jìn)行相應(yīng)的串聯(lián)，這樣在一臺(tái)千斤頂進(jìn)行頂推工作時(shí)，第二臺(tái)千斤頂則可以進(jìn)行歸位工作，當(dāng)?shù)诙_(tái)千斤頂進(jìn)行頂推工作時(shí)，第一臺(tái)千斤頂再歸位，這樣兩臺(tái)千斤頂交替進(jìn)行工作，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的連續(xù)性頂推，而不需要停止等待。

在施工過(guò)程中若采用間斷頂堆方法，由于需要等待千斤頂?shù)臍w位，這就使得橋梁會(huì)由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止?fàn)顟B(tài)，而當(dāng)千斤頂進(jìn)行頂推工作時(shí)，橋梁又會(huì)由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由于橋梁的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不斷轉(zhuǎn)換，就會(huì)導(dǎo)致橋梁在慣性的作用下來(lái)回?cái)[動(dòng)，由此會(huì)對(duì)橋墩和橋梁安全產(chǎn)生一定的威脅。

3 多點(diǎn)連續(xù)頂推技術(shù)在設(shè)計(jì)和施工中的注意事項(xiàng)

多點(diǎn)連續(xù)頂推技術(shù)是將多點(diǎn)頂推方法和連續(xù)頂推方法這兩種技術(shù)手段進(jìn)行融合，將兩種技術(shù)相融合，不僅可以更好地發(fā)揮這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也可以在一定程度上彌補(bǔ)多點(diǎn)頂推法和連續(xù)頂推法的不足。這樣就可以使得在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)工程時(shí)，其施工設(shè)計(jì)更加地科學(xué)合理，同時(shí)也可以有效地降低橋梁的整體成本投入，更好的保證了橋梁建設(shè)工程的經(jīng)濟(jì)性。在建設(shè)長(zhǎng)大高墩橋梁時(shí)，采用多點(diǎn)連續(xù)頂推技術(shù)會(huì)表現(xiàn)出良好的優(yōu)勢(shì)。

頂推過(guò)程中，結(jié)構(gòu)體系在不斷地變化，因此對(duì)每個(gè)截面來(lái)說(shuō)，正負(fù)彎矩交替出現(xiàn)。通過(guò)有限元建模計(jì)算可知，頂推施工的彎矩包絡(luò)圖是由小到大呈階梯形，它與普通連續(xù)梁使用狀態(tài)的彎矩包絡(luò)圖相差較大，為了減小施工中的內(nèi)力，擴(kuò)大頂推法施工的使用范圍，同時(shí)考慮施工安全及施工的便易性，在施工過(guò)程中使用導(dǎo)梁、臨時(shí)墩等。

頂推施工時(shí)各主梁支承處的支承座，除了滿足承受豎向反力要求外還需設(shè)置滑動(dòng)面，通過(guò)使用四氟板等以降低界面之間的摩擦力，同時(shí)還要能夠適應(yīng)梁體撓曲和預(yù)拱線型等形成的梁底不平順。頂推時(shí)還必須設(shè)有橫向約束導(dǎo)向裝置，以限制梁體的側(cè)向偏移。從梁體與支撐座的相對(duì)關(guān)系來(lái)看，可以將滑動(dòng)界面設(shè)置在梁體底面，這樣梁體將從支撐座上連續(xù)滑過(guò)，截面無(wú)論強(qiáng)弱均需能夠承受支承反力作用。另一種是將滑動(dòng)界面設(shè)置在支承座底面，或者將支承座設(shè)置成由上下兩部分并將滑動(dòng)面設(shè)置其間，這樣在頂推時(shí)梁體與支承座固定，具體固定的位置適當(dāng)選擇，可以更有利于承受支承反力的作用。

多點(diǎn)連續(xù)頂推技術(shù)在施工的過(guò)程中，與單點(diǎn)頂推方法以及間斷頂推方法相比，其構(gòu)造與設(shè)計(jì)時(shí)的區(qū)別較小。多點(diǎn)連續(xù)頂推技術(shù)的突破點(diǎn)在于，它對(duì)橋墩的整體受力進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化，使得橋墩的整體設(shè)計(jì)更加的合理。每個(gè)橋墩的頂推力同摩擦阻力之間存在一定的差值，這個(gè)差值是需要橋墩來(lái)平衡的。梁體的爬行現(xiàn)象依舊存在，還會(huì)影響橋墩的受力。在采用連續(xù)頂推設(shè)計(jì)方法時(shí)，還應(yīng)注意橋梁的跨徑范圍，同時(shí)也應(yīng)該保證橋梁的截面尺寸處于合理的范圍。隨著如今計(jì)算機(jī)和監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，可通過(guò)有限元分析軟件建立梁體連續(xù)頂推有限元模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂推施工過(guò)程中的全過(guò)程模擬，根據(jù)梁體受力狀況，對(duì)特殊工況下的梁體進(jìn)行局部分析研究，并對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高施工安全系數(shù)和施工精度。

在頂推法施工中，導(dǎo)梁設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)部件。導(dǎo)梁的設(shè)置影響到頂推的成功與否。對(duì)于具有復(fù)雜線形的橋梁頂推，導(dǎo)梁的線形及其與主梁的連接設(shè)置會(huì)引發(fā)很多文件，如:導(dǎo)梁無(wú)法落至臨時(shí)墩頂，導(dǎo)致頂推過(guò)程中主梁懸臂段加長(zhǎng)，內(nèi)力增大；導(dǎo)梁自由端過(guò)低導(dǎo)致導(dǎo)梁最前端與前方墩頂臨時(shí)安全設(shè)施相撞；臨時(shí)墩支座標(biāo)高調(diào)整不當(dāng)引起的橫向偏位等問(wèn)題。故導(dǎo)梁設(shè)計(jì)應(yīng)在頂推系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引起重視。導(dǎo)梁的結(jié)構(gòu)需通過(guò)計(jì)算，從受力狀態(tài)分析，導(dǎo)梁的控制內(nèi)力是導(dǎo)梁與頂推箱梁連接處的最大正、負(fù)彎矩和下緣承受的最大支點(diǎn)反力。導(dǎo)梁的長(zhǎng)度一般為頂推跨徑的0.6～0.7倍，較長(zhǎng)的導(dǎo)梁可以減小主梁懸臂負(fù)彎矩，但過(guò)長(zhǎng)的導(dǎo)梁也會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)梁與箱梁接頭處負(fù)彎矩和支反力的相應(yīng)增加，合理的導(dǎo)梁長(zhǎng)度應(yīng)為主梁最大懸臂負(fù)彎矩與使用狀態(tài)支點(diǎn)負(fù)彎矩基本接近。對(duì)于導(dǎo)梁的剛度宜選主梁剛度的1/9～1/5，導(dǎo)梁的剛度在滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度條件下，選用較小的剛度及變剛度的導(dǎo)梁，將在頂推時(shí)減小最大懸臂狀態(tài)的負(fù)彎矩，使負(fù)彎矩的兩個(gè)峰值比較接近。

對(duì)于一聯(lián)最后一跨跨尾端，往往需要在鋼梁上安裝后導(dǎo)梁。后導(dǎo)梁可以使梁的尾端在頂推結(jié)束時(shí)能夠落在出發(fā)橋臺(tái)上，同時(shí)牽引與支撐系統(tǒng)可以附在后導(dǎo)梁上，避免牽引滑輪組產(chǎn)生布置上的困難。當(dāng)一座橋梁分為2聯(lián)以上的多聯(lián)進(jìn)行頂推時(shí)，最后一聯(lián)之前序聯(lián)的頂推施工，需要多次穿越橋梁墩臺(tái)處的支承座，此時(shí)需要有后導(dǎo)梁協(xié)助，以避免鋼梁尾端即將脫離支承時(shí)發(fā)生及其不利的局部受力狀況，以及鋼梁尾端脫離支承瞬間的突然下擾與沖擊。后導(dǎo)梁一般采用臨時(shí)鋼框架，其主梁與橫梁焊接或者栓接于永久主梁上。當(dāng)頂推施工包含了靜定梁的安裝階段時(shí)，有必要在鋼梁或后導(dǎo)梁的尾端安裝平衡重。平衡重可以防止鋼梁的傾覆并控制支撐反力。平衡重可以由鋼梁澆筑的混凝土板或者橫梁構(gòu)成。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)當(dāng)前道路橋梁建設(shè)項(xiàng)目的不斷增多，對(duì)于橋梁施工建設(shè)的相關(guān)要求也在不斷提升。頂推設(shè)計(jì)法在道路橋梁的建筑工程中被廣泛地使用。在建設(shè)跨越既有運(yùn)營(yíng)鐵路及公路或者河道的橋梁項(xiàng)目時(shí)，與其他橋梁建設(shè)方法相比，采用頂推法也具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。