頂推施工法
橋梁是線路的重要組成部分，每當(dāng)運輸工具發(fā)生重大變化,便推動了橋梁工程技術(shù)的發(fā)展。19世紀20年代,隨著鐵路的出現(xiàn)，橋梁工程建設(shè)技術(shù)不斷翻新,從工程技術(shù)的角度來看，橋梁發(fā)展分為古代、近代和現(xiàn)代三個時期：古代橋梁一般為倒躺樹木自然形成；在近代橋梁施工中鋼材成為重要的造橋材料；20世紀30年代，預(yù)應(yīng)力混凝土和高強度鋼材相繼出現(xiàn)，材料塑性理論和極限理論的研究，橋梁振動的研究和空氣動力學(xué)的研究以及土力學(xué)的研究等進展使近代橋梁施工技術(shù)應(yīng)運而生。目前橋梁施工有懸臂澆注施工、頂推法施工等方法。現(xiàn)在單對橋梁頂推施工方法進行了研究，本文闡述了其施工原理和施工工藝及相關(guān)內(nèi)容，指出其優(yōu)缺點和不足之處，為以后同類工程施工提供一定的借鑒。
頂推法多應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土等截面連續(xù)梁橋和斜拉橋梁的施
工。指的是梁體在橋頭逐段澆筑或拼裝，用千斤頂縱向頂推，使梁體通過各墩頂?shù)呐R時滑動支座面就位的施工方法。頂推施工是在橋臺的后方設(shè)置施工場地，分節(jié)段澆筑梁體，并用縱向預(yù)應(yīng)力筋將澆筑節(jié)段與已完成的梁體連成整體，在梁體前安裝長度為頂推跨徑0.7倍左右的鋼導(dǎo)梁，然后通過水平千斤頂施力，將梁體向前方頂推出施工場地。重復(fù)這些工序即可完成全部梁體施工。
頂推法最早是1959年在奧地利的阿格爾橋上使用，其特點是：由于作業(yè)場所限定在一定范圍內(nèi)，可于作業(yè)場上方設(shè)置頂棚而使施工不受天氣影響，全天候施工。連續(xù)梁的頂推跨徑30~50m最為經(jīng)濟有利，如果跨徑大于此值，則需要臨時墩等輔助手段。逐段頂推施工宜在等截面的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋中使用，也可在組合梁和斜拉橋的主梁上使用。用頂推法施工，設(shè)備簡單，施工平穩(wěn)，噪聲低，施工質(zhì)量好，可在深谷和寬深河道上的橋梁、高架橋以及等曲率曲線橋、帶有曲線的橋和坡橋上采用。頂推施工的方法可分為單點頂推和多點頂推。
頂推方法的分類：
單點頂推：一對頂推裝置集中在橋臺上或某一橋墩，其它墩臺僅設(shè)滑道。頂推力要求大。
多點頂推：在每個橋墩、臺（不包括臨時墩）上都設(shè)有一對頂推裝置。要求千斤頂同步運行。
水平——豎直千斤頂法：由水平千斤頂和豎向千斤頂交互使用而產(chǎn)生頂推力
拉桿千斤頂法——由固定在墩臺上的水平張拉千斤頂，通過張拉錨碇在主梁上的拉桿而使梁體前移
頂推施工法的特點：
• 機具設(shè)備簡便，無需大型起吊設(shè)備
• 節(jié)省施工用地，工廠化制作，能保證構(gòu)件質(zhì)量
• 模板可周轉(zhuǎn)
• 不影響通航
• 節(jié)約勞力，施工安全
• 適應(yīng)于連續(xù)梁，結(jié)合梁（橋面板），簡支梁，拱橋（橋面縱梁，斜拉
橋（主梁）等結(jié)構(gòu)
• 不適應(yīng)多跨變高梁，曲率變化的曲線橋和豎向曲率大的橋梁 受頂推懸臂彎矩的限制，頂推跨徑大于70~80米不經(jīng)濟 頂推過程中的反復(fù)應(yīng)力，使梁高取值大，臨時束多，張拉工序繁瑣 隨著橋長的增大，施工進度較慢
頂推的工作原理：
頂推法是梁體在橋頭逐段澆筑或拼裝，用千斤頂縱向頂推，使梁體通過各墩頂?shù)呐R時滑動支座面就位的施工方法。施工原理是沿橋縱軸方向的臺后設(shè)置預(yù)制場，分階段預(yù)制梁體，縱向張拉預(yù)應(yīng)力筋后，通過水平千斤頂施力，借助滑移裝置和頂推裝置，將梁逐段向前頂推，就位后落梁并更換正式支座。
單點頂推的動力學(xué)原理為，當(dāng)集中的頂拉力滿足下式時，梁體才能向前移動： h>σri（fi±αi）
ri—第i橋墩（或橋臺）滑道瞬時的垂直支反力；
fi—第i橋墩（或橋臺）支點相應(yīng)的靜摩擦系數(shù)；
αi—橋梁縱坡坡率，正為上坡頂推，負為下坡頂推。
多點分散頂推施工的動力學(xué)原理為，當(dāng)σfi滿足下式時，梁體才能向前移動： σfi>σ(fi±αi)ni
fi—第i橋墩（或橋臺）千斤頂所施的力；
ni—第i橋墩（或橋臺）支點瞬時支反力；
fi—第i橋墩（或橋臺）支點相應(yīng)摩擦系數(shù)；
αi—橋梁縱坡坡率，正為上坡頂推，負為下坡頂推。
橋梁頂推法施工示意圖
水平——豎直千斤頂法
頂梁—推移—落豎頂—收水平頂
拉桿千斤頂法
拉桿穿入千斤頂柱塞和錨碇架內(nèi)，并用夾片夾住
—啟動千斤頂移梁
預(yù)制梁段的技術(shù)要求
• 底板平整度，要有一定的剛度和硬度
• 嚴格控制鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋孔道、預(yù)埋件的位置
• 嚴格控制混凝土的澆筑質(zhì)量
• 盡可能采用機械化裝拆模板
減少頂推施工時內(nèi)力的措施：
• 主梁前端設(shè)導(dǎo)梁
• 跨中設(shè)臨時墩，縮小頂推跨徑（至40~60米）
• 橋墩順橋向設(shè)臨時撐架，縮小頂推跨徑
• 主梁前端設(shè)臨時塔架，以斜纜索系于梁上錨固
• 當(dāng)中孔跨徑較大，又無法設(shè)臨時墩，則變單向頂推為雙向頂推
導(dǎo)梁長度一般為頂推跨徑的0.6~0.7倍
導(dǎo)梁長，可減少主梁懸臂負彎矩，但過長則會導(dǎo)致導(dǎo)梁與箱梁接頭處負彎矩和支反力的相應(yīng)增加
導(dǎo)梁過短，則增加主梁的施工負彎矩
合理的導(dǎo)梁長度應(yīng)使主梁最大懸臂負彎矩和營運階段的支點負彎矩基本相近
施工驗算的內(nèi)容：
• 各截面的施工內(nèi)力計算和強度驗算
• 頂推過程中的穩(wěn)定計算（傾覆穩(wěn)定，滑動穩(wěn)定）
• 鋼索引伸量的計算
• 施工中臨時結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算
• 確定頂推設(shè)備、計算頂推力
• 頂推過程中，橋墩臺的施工驗算
• 頂推施工時，梁的撓度計算
預(yù)應(yīng)力筋類型：
• 兼顧營運與施工要求所需的力筋
• 為施工階段要求配置的力筋
• 在施工完成之后，為滿足營運階段需要而增加的力筋
頂推施工法的施工工序：
頂推方式是根據(jù)主梁長度、設(shè)計頂推跨度、橋墩能承受的水平推力、項推設(shè)備和滑動裝置等條件進行選擇的，例如單點頂推、多點頂推或雙向頂推等。主要流程如圖1所示。
3.1布置預(yù)置場
預(yù)置場地應(yīng)設(shè)在橋臺后面的橋軸線的引道或引橋上。若為多點頂推時，可在橋兩端設(shè)場地，從兩端同時頂推。預(yù)置場地應(yīng)考慮幾個長度，包括梁段底板與腹頂板預(yù)置長度、梁段懸出時反壓段的長度、機具設(shè)備材料進入預(yù)置作業(yè)線的長度和導(dǎo)梁拼接長度；預(yù)置場地的寬度應(yīng)考慮梁兩端的施工作業(yè)的需要。為了便于混凝土的養(yǎng)護，預(yù)置場地上空宜搭設(shè)固定或活動的作業(yè)棚，。
3.2頂推裝置
頂推裝置由千斤頂、高壓油泵、拉桿(束)、頂推錨具(自動工具錨、拉錨器)組成，頂推動力一般使用水平千斤頂或自動連續(xù)千斤頂及其配套的普通高壓油泵或?qū)Ｓ玫囊簤赫咀鳛閯恿ρb置，拉桿體系最早使用精軋螺紋鋼，1988年以后逐漸采用高強鋼絲束、鋼絞線束群錨體系，拉錨器的施力位置由拉箱梁腹板兩側(cè)逐漸過渡到拉箱梁底板的方式，并由穿過箱梁頂、底板布設(shè)傳力型鋼演變?yōu)閮H在箱梁底板中心線預(yù)留孔插入牛腿式鋼塊拉錨器。拉錨器的間距應(yīng)能保證墩上千斤頂有施力點和便于主墩上千斤頂統(tǒng)一更換拉索以提高頂推工作效率
3.3滑移和導(dǎo)向裝置
滑移裝置可分為：①普通的滑移裝置；②起循環(huán)作用的滑移裝置；③起連續(xù)作用的滑移裝置；④導(dǎo)向裝置及其他附屬裝置?；酪话悴捎脝位腊逍问?，滑道板為一塊整鋼板，置于滑道墊塊鋼架之上。該種形式的滑道能很好的承受各向作用力，而且標高容易控制，拆除也較方便。
為了控制梁體在頂推過程中的中線始終處于規(guī)范范圍內(nèi)，必須設(shè)置橫向?qū)蜓b置。尤其在圓曲線上頂推，橫向?qū)蜓b置顯得更加重要。糾偏器裝在預(yù)制臺座前臨時墩的兩旁，且固定一對，以控制每段梁尾端的橫向位置，保證梁尾與預(yù)制模板正位接頭。頂推時，作好橫向偏差觀測，主要觀測主梁和永久墩的彈性橫向位移。
3.4臨時墩和導(dǎo)梁
為了在頂推的過程中為了減少過大的懸臂彎矩，可設(shè)置臨時墩和導(dǎo)梁。
在連續(xù)梁的跨度大于頂推跨度時，宜設(shè)置中間臨時墩，在不設(shè)臨時墩時，為滿足安裝鋼導(dǎo)梁和連續(xù)梁前期頂推抗傾覆的要求，在制梁臺座前和連續(xù)梁第一跨內(nèi)設(shè)臨時墩，作為頂推施工的過渡段，保證梁體線形與已經(jīng)頂推出去的梁體完全一致，避免大梁從制梁臺座上頂推出去以后，與接灌的下一梁段出現(xiàn)大的轉(zhuǎn)角。臨時墩應(yīng)能承受頂推時的最大豎向荷載和最大水平摩阻力引發(fā)的變形。在此原則前提下，盡可能降低造價，便于拆裝。為提高臨時墩的穩(wěn)定性，防止臨時墩在箱梁頂推過程中產(chǎn)生較大的水平位移，保證頂推安全，將臨時支墩與相鄰的主橋墩和制梁臺座進行撐拉連接，用水平或斜拉鋼絞線束臨時加固。
導(dǎo)梁設(shè)置在主梁前端，可為等截面或變截面鋼板梁，導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)必須通過設(shè)計計算，從受力狀態(tài)分析，導(dǎo)梁的控制內(nèi)力是導(dǎo)梁與箱梁連接的最大正、負彎矩和下翼緣的最大支點反力。國內(nèi)外的施工經(jīng)驗表明:導(dǎo)梁長度一般為頂推跨徑的0.6至0.7倍，較長的導(dǎo)梁可以減小主梁的負彎矩，但過長的導(dǎo)梁也會導(dǎo)致導(dǎo)梁與箱梁連接處負彎矩和支反力的相應(yīng)增加，合理的導(dǎo)梁長度應(yīng)是主梁最大懸臂負彎矩與使用狀態(tài)支點負彎矩基本接近。導(dǎo)梁的剛度對主梁內(nèi)力的
影響遠較其長度對主梁內(nèi)力的影響為小。導(dǎo)梁的剛度在滿足穩(wěn)定和強度的條件下，選用較小的剛度及變剛度的導(dǎo)梁，將在頂推時減小最大懸臂狀態(tài)的負彎矩，使負彎矩的2個峰值比較接近。此外，在設(shè)計中要考慮動力系數(shù)，使結(jié)構(gòu)有足夠的安全儲備。為減輕自重最好采用從根部至前端為變剛度的或分段變剛度的導(dǎo)梁
實例：包頭黃河公路大橋
全長810m，主孔為三聯(lián)4×65m的預(yù)應(yīng)力混凝土等高度連續(xù)梁，橋面寬12m，主梁為單箱單室梯形箱梁，混凝土標號為c50和c40兩種，預(yù)應(yīng)力體系為24φ5高強鋼絲輔以f氏錨和鐓頭錨。
• 每聯(lián)箱梁共分17個節(jié)段預(yù)制，除首尾兩個節(jié)段各長8.125m外，其余
15個中間節(jié)段均為16.25m。當(dāng)?shù)谝还?jié)段底板預(yù)制時，同時將導(dǎo)梁下弦在平臺滑道上拼好，以求導(dǎo)梁下弦與箱梁底標高相等且平順；每一節(jié)段混凝土分二次澆筑。
• 采用多點拉桿式頂推裝置進行逐段預(yù)制、逐段頂推的方法。每次頂
推的有效行程約50～55cm。每次周期頂推的距離等于16.25m ，約需4～6小時。
• 為減少頂推過程中主梁的受力，在梁體前端設(shè)有導(dǎo)梁，跨中設(shè)有臨時墩。
• 由于全橋共為三聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，每聯(lián)之間在施工中無連接。
為此，全聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土梁預(yù)制完畢后，需裝上尾導(dǎo)梁，作長距離的全聯(lián)頂推至預(yù)定的孔跨。
• 全聯(lián)頂推到位后，拆除首尾導(dǎo)梁，即按設(shè)計步驟張拉后期束，先期
臨時束拆除，各臨時墩支點卸載。
• 后期束張拉完畢后，根據(jù)設(shè)計允許相鄰墩高差1cm的條件，分墩頂
起箱梁拆除滑道，安裝支座。