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第七节 顶推法施工
一 概述
二 顶推施工时梁的内力分析、
力筋布置与施工验算
三 顶推施工的方法
四 顶推施工中的几个问题
五 施工中的临时设施
第六章 桥梁结构工程
一 概述
顶推法是预应力砼连续梁桥常用的施工方法，适应于中等跨径、等截面的直线或曲线桥梁。
顶推法施工：沿桥轴方向，在台后开辟预制场地，分节段预制梁身并用纵向预应力筋将各节段连成整体，然后通过水平液压千斤顶施力，借助不锈钢板与聚四氟乙烯模压板组成的滑动装置，将梁段向对岸推进。
分段预制，逐段顶推，待全部顶推就位后，落梁、更换正式支座，完成桥梁施工。
特点：在水深、桥高以及高架道路等情况下，可省去大量施工脚手架，不中断桥下现有交通，可集中管理和指挥，高空作业少，施工安全可靠，同时可以使用简单的设备建造多跨长桥。
发展：来源于钢桥的纵向拖拉施工法，顶推法用水平千斤顶取代卷扬机和滑车，用板式滑动支座取代了滚筒，改善了由于卷扬机和滑车组在启动时造成的冲击和滚筒的线支承作用引起的应力集中。1964年，顶推法施工进一步改进，采用了分段预制，逐段顶推、逐段接长、连续施工的工艺。梁段顶推后，在固定的预制场上继续预制，梁段与梁段采用纵向力筋结合，直至全桥完成。
顶推法施工不仅用于连续梁桥(包括钢桥)，同时也可用于其它桥型，顶推法还可在立交箱涵、地道桥和房屋建筑中使用。
二 梁的内力分析、力筋布置与施工验算
（一）、顶推施工时梁的内力
营运状态：支点截面最大负弯矩峰值，跨中附近最大正弯矩；
顶推施工：由于梁的内力控制截面的位置在不断地变化，因此梁的每一个截面内力也在不断地变化。
虽然在施工时荷载仅为梁自重和施工荷载，内力峰值比营运状态小，但每一截面的内力为正、负弯矩交叉出现。
在第一孔出现较大的正、负弯矩峰值，之后各孔的正负弯矩值较稳定，而到顶推的末尾几孔的弯矩值较小。
梁的施工内力与营运状态下的内力有差异，因此在梁的力筋配置上要同时满足施工阶段和营运阶段的需要。
（二）力筋布置
预应力砼连续梁桥的纵向力筋可分三种类型：
A: 兼顾营运与施工要求所需的力筋；
B: 为施工阶段要求配置的力筋；
C: 施工完成后，为满足营运阶段需要而增加的力筋。
A、B类力筋需要在施工时张拉，称前期力筋，要求它构造简单、便于施工，这样对加快施工速度是有利的，所以常采用直索，布置在截面的上下缘，对梁施加一个近于中心受压的预应力。
顶推阶段所需要的力筋数量可由截面的上、下边缘不出现拉应力及不超过正截面的抗弯强度作为控制条件来确定。
A类 兼顾营运与施工要求的力筋，通常采用镦头锚，并用连接器接长。钢索长度取两个主梁节段的长度，两批交错排列。
B类 施工需要而临时配置的力筋(约占永久力筋的15％～20％)，一般选用短索，布置在梁的跨中部位的上缘及支点部位的下缘，在施工完成后拆除。
C类 顶推完成后增配的后期力筋(也称二期力筋)，可采用直索与弯索，锚在箱梁内的齿板上。
布索和张拉施工：
1) 同一截面，钢索布置要对称、均匀，不过于集中；
2) 纵向力筋在同一截面不能断索过多，以免应力集中；也不能过于分散，使齿板过密，一般用相对集中设齿板，以减少箱梁的预制规格，使张拉施工方便，缩短预制周期；
3) 后期力筋设计一些比临时索短的直索，重复利用临时钢索材料；
4) 力筋张拉的顺序宜采用先临时索后永久索、先长索后短索、先直索后弯索，上下交替，左右对称地进行；
6) 根据结构受力需要，桥梁上还可设置横向和竖向的力筋，形成双向或三向预应力。
（三）施工验算的内容
1、各截面的施工内力计算和强度验算
荷载有：梁的自重、机具设备重力、预加力、顶推力和地震力等，同时还要考虑对梁施加的上顶力、顶推时梁底不平以及临时墩的弹性压缩对梁产生的内力影响。
2、顶推过程中的稳定计算
1）、主梁顶推时的倾覆稳定计算：最不利状态在顶推初期，导梁或箱梁尚未进入前方桥墩，呈最大悬臂状态。倾覆安全系数要大于1.2。
2）、主梁顶推时的滑动稳定计算：顶推初期，顶推滑动装置的摩擦系数很小，抗滑能力很弱，可能发生滑动失稳。滑动稳定系数大于1.2。
3、钢索引伸量的计算：各施工阶段，预应力筋张拉采用“双控”，需验算张拉的引伸量，用以控制钢索的张拉应力。
4、施工中临时结构的设计与计算
5、确定顶推设备、计算顶推力
6、顶推过程中桥墩台的施工验算：
顶推过程中，对桥墩台将产生水平力及瞬时水平冲击力，需要计算各施工阶段墩台所承受的水平力。
7、顶推施工时，梁的挠度计算
在顶推施工时，桥梁的结构图式在不断地变化，要求计算各施工阶段梁的挠度，用以校核施工精度和调整施工时梁的标高。这项工作十分重要。当计算结果与施工观测结果出现较大不符时，必须要查明原因，确定对策，以保证施工顺利进行。
三　顶推施工的方法
关键是顶推作业，核心在于应用有限的顶力将梁顶推就位。
根据聚四氟乙烯的材性，摩擦系数与垂直压强成反比，与滑动速度成正比。初始的静摩擦系数大于稳定后的静摩擦系数，静摩擦系数大于动摩擦系数。
（一）单点顶推
顶推装置集中在主梁预制场附近的桥台或桥墩上，前方墩各支点设置滑动支承。顶推装置又可分为两种：
A: 水平千斤顶通过箱梁两侧的牵动钢杆给预制梁顶推力；
B: 水平千斤顶与竖直千斤顶联合使用，顶推预制梁前进，施工程序为顶梁、推移、落竖直千斤顶和收回水平千斤顶。
滑道支承设置在墩上的砼临时垫块上，由光滑的不锈钢板与组合的聚四氟乙烯滑块组成，滑块由四氟板与具有加劲钢板的橡胶块构成。
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。
顶推时，升起竖直顶活塞，使临时支承卸载，开动水平千斤顶去顶推竖直顶，由于竖直顶下面设有滑道，顶的上端装有一块橡胶板，即竖直千斤顶在前进过程中带动梁体向前移动。
水平千斤顶达到最大行程，
降下竖直顶，使体落在临
时支承上，收回水平顶活
塞，带动竖直顶后移。
单点顶推法，在国外称TL顶推施工法。
原苏联，已普遍采用连续滑动装置来代替人工不断喂入滑块，这种装置具有固定的聚四氟乙烯板连续滑动，其构造似履带，同时在梁下设置钢板，每块钢板的滑动面为不锈钢板，另一面则带动主梁前进，这样的滑动装置施工十分方便。
我国1991年曾使用履带式滑块空腹式滑道，实现了不间断顶推施工法，顶推速度1.2m／d。
（二）多点顶推
在每个墩台上设置一对小吨位(400～800kN)的水平千斤顶，将集中的顶推力分散到各墩上。由于利用水平千斤顶传给墩台的反力来平衡梁体滑移时在桥墩上产生的摩阻力，从而使桥墩在顶推过程中承受较小的水平力，因此可以在柔性墩上采用多点顶推施工。
多点顶推所需的顶推设备吨位小，容易获得，所以我国在近年来用顶推法施工的预应力砼连续梁桥，较多地采用了多点顶推法。
顶推设备国内一般较多采用拉杆式顶推方案，每个墩位上设置一对液压穿心式水平千斤顶，每侧的拉杆使用一根或两根Ф25mm高强螺纹钢筋，它的前端通过锥形楔块固定在水平顶活塞杆的头部，另一端使用特制的拉锚器、锚定板等连接器与箱梁连接，水平千斤顶固定在墩身特制的台座上，在梁位下设置滑板和滑块。
当水平千斤顶施顶时，带动箱梁在滑道上向前滑动，拉杆式顶推装置见图9—8所示。
多点顶推控制：
1、同步
顶推水平力分散在各桥墩上，需通过中心控制室控制各千斤顶的出力等级，保证同时启动，同步前进，同时停止和同时换向。为保证在意外情况下能及时改变全桥的运动状态，各机组和观测点上需装置急停按钮。
2、桥墩推力及位移
在柔性墩上的多点顶推，为减小对桥墩的水平推力及控制桥墩的水平位移，千斤顶的推力按摩擦力的变化幅度分为几个等级通过计算确定。
3、摩擦力与顶推力差值
摩擦力的变化引起顶推力与摩擦力的差值变化，每个墩在顶推时可能向前或向后位移，为了达到箱梁匀速前进，应控制水平力差值及桥墩位移，施工时在控制室随时调整顶力的级数，控制千斤顶的出力大小。
4、千斤顶传力时间差
千斤顶传力时间差引起桥墩沿桥纵向摆动，同时箱梁的悬出部分可能上下振动，这些因素对施工极其不利，要尽量减少其影响，做到分级调压，集中控制，差值限定。
多点顶推优点：
可在弯桥采用，由各墩均匀施加顶力，能顺利施工。
拉杆式顶推系统，免去在每一循环顶推过程中用竖向千斤顶将梁顶起使水平千斤顶复位，工艺流程简化，顶推速度加快。
与集中单点顶推比较，可以免去大规模的顶推设备，能有效地控制顶推梁的偏离，顶推时对桥墩的水平推力可以减到很小，便于结构采用柔性墩。
缺点：需要较多的设备，操作要求也比较高。
（三）其他分类的施工方法
1、设置临时滑动支承顶推施工
顶推施工的滑道是在墩上临时设置，主梁顶推就位后，更换正式支座。也可采用当主梁在滑道上顶推完成后，横移法就位。
安放支座也称落梁，多联梁可分联落梁；一联梁跨较多时分阶段落梁，施工简便，又可减少所需千斤顶数量。
更换支座是一项细致而复杂的工作，往往一个支座高度变动1mm，其他支座反应相当敏感。在调整支座前要周密计划，操作时统一指挥，做到分级、同步。
2、使用与永久支座兼用的滑动支承顶推施工
施工时临时滑动支承与竣工后永久支座兼用。
它将竣工后的永久支座安置在桥墩的设计位置上，施工时通过改造作为顶推施工时的滑道，主梁就位后不需要拆除，也不需要用大吨位千斤顶将梁顶起。
国外把这种施工方法定
名为RS施工法，它的滑
动装置由RS支承、滑动
带、卷绕装置组成。
RS顶推装置的特点：采用兼用支承，滑动带自动循环，操作工艺简单，省工、省时
缺点：支承本身的构造复杂，价格较高。
顶推法施工还可分为单向顶推和双向顶推施工。
双向顶推：需要从两岸同时预制，因此要有两个预制场，两套设备，施工费用要高。
双向顶推常用于连续梁中孔跨径较大而不宜设置临时墩的三跨桥梁。桥长>600m时，可采用双向顶推缩短工期。
（一）确定分段长度和预制场布置
顶推法的制梁有两种方法:
在梁轴线的预制场上连续预制逐段顶推；
在工厂制成预制块件，运送到桥位连接后进行顶推。
工厂预制必须根据运输条件决定节段的长度和重量，一般不超过5m，同时增加了接头工作，需要大型起重、运输设备，因此，以现场预制为宜。
四 顶推施工中的几个问题
顶推过渡场地：需要布置千斤顶和滑移装置，因此它又是主梁顶推的过渡孔。
主梁的节段长度划分主要考虑段间的连接处不要设在连续梁受力最大的支点与跨中截面，同时要考虑制作加工容易，尽量减少分段，缩短工期。因此一般常取每段长10～30m。
同时根据连续梁反弯点的位置，参考国外有关设计规范，连续梁的顶推节段长度应使每跨梁不多于2个接缝。
（二）节段的预制工作
节段预制对桥梁施工质量和速度起决定作用。预制工作固定在一个位置上进行周期性生产，可以设临时厂房、吊车，使施工不受气候影响，减轻劳动强度，提高工效。
1、模板工作——保证预制质量的关键
采用顶推法施工多选用等截面梁，模板可以周转使用，宜使用钢模板，以保证预制梁尺寸的准确性。
底模板安置在预制平台上，微小高差就会引起顶推时梁内力的变化，平台平整度必须严格控制，且梁底不平整将直接影响顶推工作。通常预制平台要有一个整体的框架基础，要求总下沉量不超过5mm。
在底模和基础之间设置卸落设备，底模的重量要大于底模与梁底砼的粘结力，当千斤顶及木楔的卸落设备放下时，底模能自动脱模，将节段落在滑道上。
节段预制的施工方法：
① 节段在预制场浇筑后，张拉预应力筋并顶推出预制场；
② 在预制场先完成底板浇筑，张拉部分预应力筋后即顶推出预制场，而箱梁的腹板、顶板的施工是在过渡孔上完成，或底板和腹板第一次预制，顶板部分第二次预制。
2、预制周期——加快施工速度的关键
梁段预制工作量占上部结构总工作量的55％～65％，除在设计上尽量减少梁段的规格外，在施工上应采取一定的措施加快预制周期。目前国内外的预制梁段周期为7～15d，为缩短预制周期，在预制时可以考虑采取如下施工措施。
1)用镦头锚、套管连接器，前期钢索用直索，加快速度；
2)砼中加入减水剂，增加施工和易性，提高砼的早期强度；
3)强大振捣，大型模板安装，提高机械化和装配化的程度。
（三）顶推施工中的横向导向
在桥墩台上主梁的两侧各安置一个横向水平千斤顶，千斤顶的高度与主梁的底板位置平齐，由墩上的支架固定。
在千斤顶的顶杆与主梁
侧面外缘之间放置滑块，
顶推时千斤顶的顶杆与滑
块的聚四氟乙烯板形成滑
动面，顶推时由专人负责
不断更换滑块。
横向导向千斤顶控制两个位置：
预制梁段刚刚离开预制场的部位；
顶推施工最前端的桥墩上，随顶推梁的前进不断更换位置。
横向位置有误而需要纠偏时，必须在梁顶推前进的过程中进行调整。
曲线桥，横向导向装置应比直线处强劲，且数量要增加，同时应注意在顶推时，内外弧两侧前进的距离不同，要加强控制和观测。
（一）导梁
导梁设置在主梁的前端，为等截面或变截面的钢桁梁或钢板梁，主梁前端装有预埋件与钢导梁栓接。导梁在外形上，底缘与箱梁底应在同一平面上，前端底缘呈向上圆弧形，以便于顶推时顺利通过桥墩。
导梁长度：一般取用顶推跨径的0.6～0.7倍，较长的导梁可以减小主梁悬臂负弯矩，但过长的导梁也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(0.4l)，则要增大主梁的施工负弯矩值，合理的导梁长度应是主梁最大悬臂负弯矩与营运阶段的支点负弯矩基本相近。
五 施工中的临时设施
（二）临时墩
临时墩仅在施工中使用，要造价低，便于拆装。
钢制临时墩因在荷载作用和温度变化下变形较大而较少采用：
用滑升模板浇筑的砼薄壁空心墩
砼预制板或预制板拼砌的空心墩
砼板和轻便钢架组成的框架临时墩
临时墩基础：依地质和水深诸情况决定，可采用打桩基础等。
在顶推前将临时墩与永久墩用钢丝绳拉紧。也可在每墩上、下游各设一束钢索进行张拉。
通常在临时墩上不设顶推装置而仅设置滑移装置。
（三）拉索、托架及斜拉索
用拉索加劲主梁以抵消顶推时的悬臂弯矩。
拉索系统由钢制塔架、连接构件、竖向千斤顶和钢索组成，设置在主梁的前端。
拉索的范围为两倍顶推跨径左右，塔架支承在主梁的砼固定块上，用钢铰连接，并在该处对箱梁截面进行加固，以承受塔架的集中竖向力。
在顶推过程中，箱梁内力不断变化，因此要根据不同阶段的受力状态调节索力，这项工作由设在塔架下端的两个竖向千斤顶来完成。
在桥墩上设托架用以减小顶推跨径和梁的受力。
斜拉索在顶推时用于加固桥墩，特别对于具有较大纵坡和较高桥墩的情况下，采用斜拉索可以减小桥墩的水平力，增加稳定性。这种加固方法宜在水不太深或跨山谷的桥梁上采用。

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