单线连续箱梁顶推施工方案的选择10160.docx

2006年度优秀科技论文（技术总结） m单线连续箱梁顶推施工方案的选择m单线连连续箱梁梁顶推施施工方案案的选择择内容提要要：本文简简要介绍绍了如何何制定连连续梁顶顶推施工工的合理理方案，将将从顶推推工艺、梁梁场设计计、导梁梁选择等等几个方方面阐述述。关键词：连续箱箱梁顶推推 支座座石咀大桥桥是石太太铁路客客运专线线上的一一座复杂杂大桥，设计院要求梁部施工采取顶推法施工，此设计在全线上属于唯一一座采取此种施工方法的大桥，并且在目前全国客运专线施工中也是第一座顶推桥梁。我国于七十年代首次在西延铁路狄家河桥上采用顶推法施工，接着广东万江公路桥又顺利顶推成功。八十年代，铁路顶推PC连续梁沉寂了大约10年，而公路桥顶推施工却蓬勃发展，相继在湖南、贵州、广东、内蒙古等地用顶推法修建了十多座PC连续梁桥。进入九十年代后，铁路和公路PC连续梁顶推施工均出现了新的飞跃发展势头。据不完全统计，至2004年底，采用顶推施工的铁路、公路PC梁桥已达70余座。我集团公司在1992年承担了宝中铁路中卫黄河特大桥的施工任务，并获得“国家优质奖”工程称号。施工总结了“分段制梁、分段张拉、多点顶推、集中控制”的多点顶推架设工艺。1 常见顶推推施工方方法顶推法施施工的关关键是在在一定的的顶推动动力作用用下，梁梁体能在在滑道上上以较小小的摩擦擦系数向向前移动动。滑道道上采用用一种硬硬度高、同同不锈钢钢之间的的摩擦系系数很小小（f=0.007-00.044）的聚聚四氟乙乙烯材料料。它同同垂直压压强成反反比，同同速度成成正比。施施工实测测数据表表明，一一般为00.044-0.06，静静摩擦系系数比动动摩擦系系数大些些。顶推推施工方方法分为为：1.1按按顶推动动力装置置的多少少分1.1.1单点点顶推顶推动力力装置集集中设置置在靠近近制梁场场的桥台台或桥墩墩上，支支承在纵纵向滑道道上的垂垂直千斤斤顶和支支承在台台（墩）背背墙的水水平千斤斤顶联动动，能使使梁体以以垂直千千斤顶为为支承向向前移动动。狄家家河桥就就是采用用这种方方法施工工的。见见图1另一种单单点顶推推的方式式是水平平千斤顶顶通过拉拉杆带动动梁体前前移，滑滑道为固固定的不不锈钢板板，滑块块在滑道道上支承承梁体。1.1.2多点点顶推由于单点点顶推存存在一个个严重的的缺点，就就是在顶顶推初期期和后期期，垂直直千斤顶顶顶部同同梁体之之间的摩摩擦力不不能带动动梁体前前移，必必须依靠靠辅助动动力才能能完成顶顶推。此此外，单单点顶推推施工中中，没有有设置水水平千斤斤顶的高高墩，尤尤其是柔柔性墩在在水平力力的作用用下会产产生较大大的墩顶顶位移，甚甚至威胁胁到结构构的安全全。为了了克服单单点顶推推的这些些缺点，便便产生了了多点顶顶推法。多点顶推推法的优优点是任任何阶段段都能提提供必须须的顶推推动力，在在顶推过过程中水水平千斤斤顶对墩墩台的水水平推力力同梁体体作用在在墩台上上的摩擦擦力相平平衡，有有利于柔柔性高墩墩的安全全。但是是必须保保证多台台千斤顶顶同步工工作，而而且可以以分级调调压，使使作用在在墩顶的的水平力力不超过过设计允允许值。1.2 按支承承系统分分1.2.1临时时滑道支支承装置置顶推施施工在永久墩墩台和临临时墩顶顶设置临临时滑道道装置进进行顶推推施工，待待梁体就就位后起起梁、取取掉滑道道、更换换支座、落落梁。这这是一项项复杂的的工程，起起梁和落落梁必须须有设计计程序，确确保梁体体的安全全。永久久墩台的的支承垫垫石顶面面标高必必须符合合设计要要求。1.2.2永久久支承兼兼用滑道道的顶推推施工在条件适适当的桥桥梁顶推推施工设设计中，把把永久支支座作必必要的临临时处理理，使其其成为临临时滑道道，当顶顶推结束束后，起起梁、拆拆除临时时的滑道道，把梁梁体落在在永久支支座上。1.3 按顶推推方向分分1.3.1单向向顶推单向顶推推即只在在桥的一一端设置置制梁台台座，分分段预制制，逐段段顶推，直直到全桥桥就位。对对于多联联的连续续梁桥，顶顶推时，必必须把两两联之间间临时连连接起来来，全桥桥就位后后，再取取掉临时时连接。1.3.2双向向（相对对）顶推推在桥的两两端台后后均设置置制梁台台座，同同时分段段预制梁梁体，逐逐段顶推推。这种种顶推方方式，必必须解决决两联梁梁体即将将到位时时，导梁梁的处理理问题。通通常的解解决方式式是第一一联首先先按常规规方法就就位，第第二联顶顶推到适适当位置置时，把把导梁移移至梁顶顶部，使使导梁在在第一联联梁体顶顶面滑移移。1.4 按动力力装置的的类别分分1.4.1步距距式顶推推大部分顶顶推桥梁梁均采用用穿心千千斤顶、纲纲绞线束束、自动动工具锚锚、拉锚锚器体系系作为顶顶推动力力装置。为为了多台台千斤顶顶同步运运行，采采用主控控台控制制各个泵泵站操纵纵千斤顶顶，既可可以集中中控制，又又可以分分级调压压，也可可以限定定差值（各各墩台设设计允许许的水平平推力与与施加给给墩台的的水平力力之差）。但但是，由由于步距距式顶推推是以水水平千斤斤顶的工工作行程程为一个个顶推步步距，当当水平千千斤顶回回程时，梁梁体便停停止前移移。对于于墩台而而言，每每一个顶顶推步距距都将经经历从静静摩擦到到动摩擦擦再到停停止的过过程，墩墩台顶部部的位移移也随之之从零到到最大到到较小到到零周而而复始地地变化。同同时，每每当顶推推力克服服了静摩摩擦力时时，梁体体便突然然前移，而而由于静静摩擦力力突然减减小，水水平千斤斤顶的油油压随之之下降，梁梁体前移移速度也也随之减减慢这就是是梁体爬爬行现象象。1.4.2连续续顶推采用串联联穿心千千斤顶、纲纲绞线束束、自动动工具锚锚、拉锚锚器体系系可以实现现连续顶顶推，许许多桥梁梁顶推施施工都采采用这一一新工艺艺。它通通过连续续千斤顶顶的连续续工作，使使一段梁梁体的顶顶推作业业连续进进行，避避免了步步距式顶顶推对梁梁体造成成的爬行行，减小小了对墩墩台的反反复冲击击，也提提高了顶顶推效率率。2 工程概况况石太铁路路客运专专线石咀咀大桥分分左、右右两线，线线间距335m，左左线中心心里程DDK977+2007.005、桥桥长1666.550m，右右线中心心里程为为DK997+2227.05、桥桥长2006.550m，位位于坡度度6的直线线上坡段段。石咀咀大桥东东接太行行山隧道道出口，左左线桥后后与隧道道出口净净距299.755m、右右线桥后后与隧道道出口净净距4.75mm；石咀咀大桥西西接长达达2kmm的路基基段。梁部采用用单线、单单箱、单单室、直直腹板、等等高度连连续箱梁梁（图22），箱箱梁顶板板宽8.40mm、底板板宽4.00mm、梁高高3.000m；跨中截截面顶板板厚度00.255m、底底板厚度度0.330m、厚厚度0.50mm；顶板板设横向向2%的的排水坡坡、在支支点处设设横隔墙墙。图2-11 石咀咀大桥连连续箱梁梁截面图图图(支支点)图图2-2 石咀大大桥连续续箱梁截截面图图图(跨中中)连续箱梁梁设计采采用顶推推工法施施工，左左线分为为9段、右右线分为为11段段预制；除首末末段外、中中间段为为标准段段，首末末段长110.665m、标标准段长长20mm，左线线顶推总总质量(含导梁梁)29904tt、右线线顶推总总质量(含导梁梁)35587tt。连续续箱梁梁梁体采用用C500级混凝凝土，设设纵向预预应力，并并布设顶顶板体外外临时预预应力束束。石咀咀大桥梁梁体重不仅仅整联箱箱梁自重重大，而而且单位位梁长自自重大。箱箱梁平均均自重1173kkN/mm（最重重段1993KNN/m），西延延铁路狄狄家河桥桥连续箱箱梁平均均自重880kNN/m，宝宝中铁路路黄河特特大桥连连续箱梁梁平均自自重1007kNN/m。3 方案选择择3.1 总体方方案根据石咀咀大桥的的设计特特点和结结构形式式，主要要考虑技技术经济济性问题题，选择择单向单单点连续续顶推的的施工方方案，滑滑道系统统采用临临时滑道道支承装装置。采用单点点顶推方方案只需需要两台台3000t的连连续顶推推千斤顶顶以及配配套设备备，多点点连续顶顶推需要要10台台60tt的连续续顶推千千斤顶以以及配套套设备。相相比而言言，前者者节约费费用100万。但是是值得注注意的是是，顶推推施工方方案的选选择必须须得到设设计院的的承认，保保证墩柱柱和基础础的刚度度，才能能保证工工程顺利利进行。 连连续箱梁梁顶推系系统包括括7大部部分，主主要为制制梁台座座系统、导导梁系统统、模板板系统、滑滑道系统统、牵引引系统、纠纠偏系统统、起落落梁系统统。每个个部分采采取的工工艺方法法不一，但但是功能能一样，根根据不同同情况选选取经济济合理、技技术可靠靠、操作作方便的的工艺方方法。3.2 制梁台台座系统统制梁台座座系统包包括基础础、立柱柱、预埋埋件等部部分，经经常采用用的台座座有钢筋筋混凝土土台座、钢钢管桩基基础钢框框架台座座等。选选择台座座系统时时，主要要根据经经济比选选来选择择，一般般的钢结结构台座座系统投投入较大大，如果果单位有有大量钢钢管桩和和30#以上的的型钢，可可以考虑虑采用钢钢结构台台座。石石咀大桥桥选择采采用钢筋筋混凝土土结构台台座，考考虑到客客运专线线对于桥桥台后过过渡段的的严格要要求以及及工后拆拆除混凝凝土台座座的麻烦烦，台座座顶标高高为路基基顶标高高减去箱箱梁高度度，不过过还要考考虑滑道道结构和和模板结结构的厚厚度。制梁台座座的设计计包括台台座位置置确定、台座地基基础设计、扩大基础设计、立柱设计、预埋件设计等。因为预制节段在台座上预制并进行终张拉，所以台座的设计计算很重要。台座位置要保证各个工况情况下，满足抗倾覆稳定的要求，抗倾覆安全系数取1.3。根据建筑地基与基础的设计规范，进行地基基础设计，考虑到石咀大桥台后为湿陷性新黄土地基，采用灰土挤密桩处理，并且保证场地排水畅通。扩大基础和立柱设计采用SAP2000计算，考虑弹性地基因素，计算弹性地基系数输入程序，计算结果简图如下图3。基础和立柱配筋采用计算输出的最大受力荷载验算。图3 弹弹性地基基计算简简图3.3 导梁系统统导梁采用用重量轻轻、刚度度大的变变高度变变截面板板式梁，主主梁全长长25米，预埋埋段1.96米米，引导导段0.9米。为为了便于于运输吊吊装，主主梁分为为两片，每每片分为为四段，最最重段为为12.8711吨，工工地连接接采用精精制螺栓栓。由于于下翼缘缘要通过过滑道，故故其采用用埋头精精制螺栓栓。为增增强导梁梁横向钢钢度和抗抗扭性能能，两片片主梁间间设置了了上下平平纵联和和四个横横联，为为增大主主梁连接接处的刚刚度将板板梁上翼翼缘的连连接板设设置于上上翼缘上上方。由由于导梁梁前端较较矮，为为减少顶顶推时前前端重量量，导梁梁前端仅仅设下平平纵联，引引导段采采用圆弧弧，做成成象鼻嘴嘴形式，象象鼻嘴与与主梁采采用对焊焊连接。主主梁及翼翼缘连接接板、腹腹板连接接板采用用桥梁结结构钢116Mnnq，平平纵联、横横联及节节点板采采用166q，螺螺栓采用用符合国国标的铆铆螺3（MML300CrMMnSii）。导导梁在箱箱梁端跨跨节段灌灌注前就就位，两两者之间间用精扎扎螺纹钢钢连接，以以减少箱箱梁端跨跨在顶推推悬臂时时的梁体体内力。导梁如图4所示。导梁设计验算可以采用medias有限元软件计算，也可以采取手算方式验算每个工况的受力情况。导梁设计验算的关键一环是导梁与混凝土箱梁连接处的受力验算，如下图求导梁与混凝土梁连接处C的最大弯矩和剪力：上翼缘：-Mmmax=QL2/2 （当XX=0时时） Q左左=-QQL下翼缘：Mmaax时，XX=？求RB：MA=0：RRB=q导LL（L/2 +L。- x）+q箱梁梁/2 （L跨跨长-xx）2-q箱梁梁L122/2/L跨跨长 （11）Mc=RRBX-gL22/2 （22）将RB（11）式代代入（22），得得三次方方程 求求Mc的微分分方程ddMC/dx =00 得二二次方程程，解之之，得XX值。X值即为为导梁上上墩之后后，连接接处发生生最大负负弯矩的的工况距距离。图4 导导梁图3.4 模板系系统模板系统统包括底底模、侧侧模、内内模、端端模、侧侧模滑道道以及千千斤顶支支撑系统统等。如如图5所示。图5 模模板系统统立面图图3.5 滑动系统滑动系统统包括滑滑道、滑滑块、楔楔块、滑滑板等。滑道除个个别工程程利用盆盆式支座座等形式式外，一一般均采采用图66所示的的方式。图6 滑滑道示意意图 一般设设计的滑滑块为4400××4000×13mmm，其其中1.5mmm聚四氟氟乙烯在在下方，其其余为两两层2mmm钢板板和橡胶胶，这三三种材料料在工厂厂以特殊殊工艺压压制而成成，设计计承压应应力5-8Mppa。不不锈钢板板厚2mmm，滑滑道横向向宽度可可设计为为5000mm，纵纵向长度度由最大大垂直反反力和滑滑道设计计承压应应力确定定。为了保证证滑动系系统的受受力达到到设计要要求，支支座系统统采取钢钢盒混凝凝土加强强；为了了调整66的坡度度，需要要加入调调坡楔块块。3.6 牵引系系统牵引系统统包括千千斤顶、临临时拉索索、拉锚锚器、辅辅助设备备、千斤斤顶支架架等。选选择千斤斤顶需要要计算总总顶推力力。总顶顶推动力力H=KKRi fi ±G I（式中KK是安全全系数，11.5-2.00，Rii是墩台台滑道的的垂直反反力，ffi是相相应的静静摩擦系系数，GG是箱梁梁总重量量，I是是顶推坡坡度，上上坡取+，下坡坡取-）。根据石咀咀大桥右右线顶推推总重量量约为336000t，选选择两台台3000t千斤斤顶即可可完成顶顶推工作作。临时时拉索采采取预应应力钢绞绞线，拉拉锚器和和千斤顶顶根据单单边受力力3000t计算算。3.7 纠偏系系统为了控制制梁体在在顶推过过程中的的中线始始终处于于规范范范围内，需要设置纠偏系统。纠偏系统分为被动导向装置和主动导向装置。3.7.1 被被动导向向装置当梁体横横向位移移较小时时，可采采用图77所示的的楔块挤挤压法纠纠偏。楔楔块靠近近墩顶锚锚碇的部部分是固固定的，靠靠近梁体体的半块块同梁体体之间设设置橡胶胶板随梁梁体前移移，楔块块的斜面面非常光光滑，当当梁体前前移时，梁梁体就会会被挤向向图示方方向。图7 被被动导向向装置3.7.2主动动导向装装置当梁体偏偏移较大大或被动动导向无无效时，可可采用主主动纠偏偏方法。即即在墩台台顶面的的预埋锚锚碇内侧侧安装330t手手动千斤斤顶，梁梁体顶推推时，手手动千斤斤顶施压压，强迫迫梁体纠纠偏。3.8 起落系系统起落系统统主要为为垂直千千斤顶，石石咀大桥桥采用44台4000t的的千斤顶顶，采用用逐墩起起落工艺艺施工。4、结语语连续箱梁梁顶推施施工的施施工设计计繁琐、施工准备工作较多，当然也很重要。面对复杂工艺的大桥，为了保证其顺利施工完成，做好资料收集、施工设计、前期调研和设备、工艺考察显得异常重要。第 8 页 共 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