等高度预应力混凝土箱形连续梁单点顶推架设工法

等高度预应力混凝土箱形连续梁单点顶推架设工法一、前言当桥跨位于深谷、急流或与既有铁路、公路立交等环境时，就要求减少桥墩，加大跨度，并且施工不影响桥下交通和通航。但当简支梁跨度超过32m时，架桥机受最大吊重130t限制，而无法架设。1975—1978年，铁一局桥梁处在有关单位的配合下，在西延线狄家河桥(4×40m)连续梁施工中首次采用顶推法取得成功，为我国大跨度桥梁施工开辟了一条新途径。这一丰硕成果荣获了1978年全国科技大会科技进步奖。本工法就是在实践的基础上形成的。二、工法特点1.不需要支架和大型机械设备，施工平稳，安全可靠，可减少高空作业，顶推速度可达2m/h以上。2.分段预制和墩台可平行施工，并在全线铺架前完成架梁任务，可缩短工期。提前交付运营，尽早发挥投资效益。3.施工中不影响桥下通航和交通，不受桥下地形和水流的干扰。4.模板周转次数多，只需制备梁长5%的模板就够用了。5.不需要复杂技术和机具设备，料具便于筹备，人员易于培训和掌握，一般的施工单位均可组织施工。三、适用范围1.适合于跨度为40-80m的跨越深谷，河流，公路、铁路多跨等高度截面PC箱型连续梁桥。2.适合于场地狭窄，工期紧迫又缺少大型专用架桥机具，设备的工地。3.适用于桥址交通不便，大型机械难以运进的桥梁。4.适用既有铁路钢梁更换而又不再采用钢结构的桥梁。四、工艺原理顶推法是在桥头或鹰架的制梁台座上预制PC箱型梁节段，采用于接缝方式拼装，分阶段向前顶推，当全部梁体就位后，进行落梁，撤出滑道，换正式支座。顶推动力一般为千斤顶，有时也用电动卷扬机，集中顶推是指顶推动力安装在桥台上或制动墩上，其余支点只安装滑道和滑块。由下图可分析集中式顶推法的力学关系。图1中顶推架桥力学关系当顶推动力H≥wf+W1f1……时，梁体才开始前移。上式中，w，w1，w2为支点的反力，f，f1，f2为支点滑道的静摩擦系数(0.1-0.7)，当梁体压在多支点滑道上时，顶推力H≥ΣWiFi时，梁体才能前移，这时，各支点所受向前的水平力为HiFi，式中Fi为动摩擦系数(0.07-0.02)当采用台后拼梁车时，顶推力依下式计算：式中：K1—不均匀系数，取K1=1.15K2—不均匀系数，取K2=2.5-5W—台上相应顶推位置的支点反力Q—台后台车上的反应总和，F——聚四乙烯板与不锈钢的摩擦系数(0.02-0.1)与接触面的光洁度、是否滑润垂直压力大小有关F—台车轮与钢轨间的流动摩擦系数F=0.1u—台车轮与轴间的摩擦系数(0.075)R—台车轮半径r—轴的半径i—滑道的纵坡(上坡取负值)顶推装置如图2所示图2顶推装置(集中式)梁体能随竖直千斤顶在滑道上前移的另一个重要条件是要求图2中①的顶面与梁体下缘之间的摩擦系数较大(F=0.3-0.4)通常在竖顶表面垫一块橡胶板或刨有横纹的钢板。其力学关系如图3所示：图3带动梁体前移的水平力为H，各滑道上的摩擦力为Σwf，而竖直千斤顶面与梁体间的摩擦力为WF，只有在WF≥Σwf时，梁体才能前移，否则，即使H≥WF，梁体也不前移(称为滞行)，而图2中②只会自行前移，②顶面的垫板与梁之下缘发生滑动(称为打滑现象)。这种现象在顶推初期和后期，当反力W较小时，必然发生。此时，就要借助于桥台后面的电动卷扬机牵引滑车组助推。这种全靠摩擦传递顶推的方法，节省拉杆和错板装置，可防止滑坡，这是优点，缺点是支点反力小时不能顶推前进。五、工艺程序(见图4)图4顶推箱梁施工工艺程序图1.施工准备：在桥台后部平整长80-100m，宽30m的施工场地。并设置下列施工设施。①跨度20m，吊重50t的桁车吊机及轨道。作为吊运梁段之用。②在桥台后线路中线上铺设72m长的三合土基础、标准轨距的拼梁线。要求在拼梁和顶推过程中，道床稳固，不发生沉陷。③拼梁线与桥台尾部相接处设置陷车坑，以便顶推时，回收运梁台车。④在拼装梁线的一侧设置41m长的制梁台，并在桁车走行线外设置5t吊机走行线，以供制梁吊装运料的吊机走行。⑤在拼梁线的另一侧设置简易存梁场，存放预制的梁块。⑥两桥台胸墙暂不灌至顶面，应留出箱形梁通过的空间。2.预制箱形梁段：根据设计图所画分的梁段长度(2—4m)及顶推顺序，在制梁台上按匹配法预制梁段。详见图5所示。(1)底板(2)腹板钢筋骨架(3)腹板与顶板内模型(4)端模型(5)顶板钢筋(6)侧钢模板(7)压梁及拉杆(8)底模附着式腹震动器(共8台)(9)底木内模板(10)侧模附着式震动器(每侧8台)(11)钢管斜撑(12)钢管平撑图5制梁台示意图3.存梁：梁段混凝土达到设计强度70%时，即可用桁车吊机将梁段吊运到存梁场存放起来。起吊前，应在相邻梁段接缝处用细墨线弹出相关线，这些相关线应在距梁底等高的平行线上。并注明梁段的编号，以便对位拼装。4.在拼装线的拼梁台车上组拼PC箱形梁根据设计规定的顶推段，按顺序进行拼梁。待拼梁段必须彻底清洗两个端面在制梁时涂的皂液和灰尘。孔道内的杂物要清理干净。①干拼：即不涂胶液的试拼。每段梁块由两部台车承托，台车上横梁两端装有横、竖双向调整螺栓(即丝杠)。当一个阶段的全部梁段均已调整对位并在四角对称孔道穿入预应力筋后，即可开始逐块胶拼。②胶拼：即用环氧树脂胶液进行粘结拼装的工艺。环氧树脂胶液的配合比参见表1。表1拼梁用的胶液使用温度为50～60℃。室外温度为15～35℃，胶液强度在拌合后24h达到30MPa，胶液的工作时间为10～20h，其工作性以易涂和不流淌为标准。上述配合比和工作时间应视环境温度进行调整。③挤胶张拉：即对预先穿好的四个角孔钢束施加预应力，使各段箱梁紧密接触，并使多于的胶液挤出接缝。这一工艺要求四束预应力筋同时张拉，以免出现离缝。挤胶张拉后，立即用通孔器对全部孔道进行通孔，以防多于胶液流入孔道影响穿束。④张拉顶推阶段预应力筋。此工作一般在挤胶张拉30h后进行。张拉体系由预应力筋，张拉机具、锚具和与之配套的其它机具构成，根据设计要求选择张拉体系。张拉工艺按现行铁路桥涵施工技术规范及有关规定办理。⑤在箱形梁前端安装钢导梁钢导梁的最佳长度约为梁跨的0.6～0.67倍，可采用拆装式桁梁，万能杆件或特制钢板导梁。钢导梁安装完毕后，为了证实计算的各主要杆件的力及最大悬臂状态下的前端挠度，应在桥台后作一次实测，作为施工的依据。5.集中式顶推架梁(TL-1式)如图6所示。图6集中式顶推架梁①在桥台上(或制动终上)安装顶推设备(大推力2000kN，行程500mm)和与之联结的下滑道。下滑道的两个侧面安装导向板，其内侧锒有聚四氟乙烯板与H200联成一体的V314竖直千斤顶(最大顶力3140kN，最大行程100mm)其顶面安装糙面钢板或硬橡胶板，以增大与箱形梁下缘的摩擦力。为叙述简便，该系统写成V314+H200。向千斤顶供油的电动油泵。每台千斤顶需一台油泵。由于千斤顶的体积较大，应为油泵配备辅加油箱。②在各墩顶和对岸桥台上安装钢筋混凝土垫块并在其上布置滑道、滑块。③在墩台横向设置观测纵向位移的经纬仪。在桥梁中线上设观测中线变化的经纬仪。通常尚须注意顶推时支点标高的变化，以便及时采取措施。④向V314内送油，使箱形梁完全压在该竖直千斤顶上，但梁底标高不变。进行这一工序时，为避免箱梁超载，设计要求竖直千斤顶所施加的竖向力(即支点反力)不得超过计算值的10%。⑤向H200内送油，使其活塞推动V314载着梁体沿着滑道前移。⑥与此同时，各墩滑道上需回收和续进滑块。⑦当一个行程完毕时，V314回油，使箱形梁落在支垫上。⑧H200回油，将V314带回到初始位置。⑨随时检查和纠正梁体中线的偏移。纠偏的方法有平移法(在梁一侧施顶)和施转法(在梁的前后两端异侧施顶)。可在滑道侧面的墩顶预设放顶牛腿，将10～30t的螺旋千斤顶平放，千斤顶与梁体之间置放两块滑块，使其光面相对。随着梁体前移，中线偏移即可逐渐纠正。也可在报顶设固定导向装置，使梁在顶推时沿导向前进。⑩当前一个阶段梁体推出后，在其尾部接拼下一阶段的梁体，轴线应完全一致。最后阶段，当钢导梁抵达终止后，按节点单元逐节拆除。6.张拉运营阶段的预应力筋，并按设计要求拆除或调整部分顶推专用的临时预应力钢筋，然后压浆并等强。7.落梁：即将临时垫块拆除，使梁体落在正式支座上。六、劳动组织表2制梁劳动组织表3干拼、胶胶拼、张拉拉、顶推劳劳动组织七、机具设备表4机具设备备表除上表所列的机机具设备外外，滑道和和滑块是顶顶推过程中中的重要设设备。1.滑道是由混凝土土垫块上铺铺一层铸钢钢或钢板，再再在其顶面面镶一层3～2mm不锈钢板板或抛光的的镀铬钢板板构成的。其其纵向两端端有斜坡(前端为3%，后端2%)以便滑块块的进出。滑滑道表面要要求平顺、光光滑，其顶顶面应与箱箱形梁下缘缘平行。左左右滑道的的顶向高差差定在1～2mm以内。滑滑道的宽度度以40～50cmm(箱梁模板板支承部分分)为宜。其其有效长度度应能保证证滑块在工工作状态下下的承压应应力不超过过8～10MPPa，以免滑滑块变形大大，造成续续进滑块的的困难或者者过早损坏坏。例如滑滑道宽度为为b，滑块允允许压应力力10MPPa，则滑道道长度L=KWWmax//10.bb，Wmax为最大支支反力，K为超载系系数，取K=1..1。2.滑块是由橡胶制制品厂专门门生产的。厚厚度为13～40mm，顶部是是夹有加劲劲钢板的橡橡胶板，底底部橡胶板板上粘合一一层3～1.5mmm的聚四氟氟乙烯板。这这种滑块的的平面尺寸寸应与所设设计的滑道道尺寸相配配合，其长长度一般为为40～60cm。其受力力性能应以以下列指标标为标准：：①滑块在10MPPa应力状态态下，无剪剪切与压缩缩变形，在在30MPPa应力状态态下，其剪剪切与压缩缩变形不大大于1mm。而且聚聚四氟乙烯烯板不能破破坏。②滑块顶面与箱形形梁下缘之之间的摩擦擦系数应大大于0.3。③滑块底面聚四氟氟乙烯板与与不锈钢板板滑道之间间的动摩擦擦系数小于于0.07。八、安全质量措措施及注意意事项PC连续箱形梁的施施工质量标标准，应根根据“铁路桥涵涵施工技术术规范”和工艺设设计要求，编编写分工序序的施工工工艺细则，按按部位和程程序进行制制订。1.制梁台座上的底底板必须平平顺，其相相对不平度度和任一点点的挠度，不不得大于2mm。2.箱形梁段的轮廓廓尺寸必须须精确，其其误差不得得大于±5mm。3.预应力筋孔道偏偏差不得超超过2mm。4.环氧树脂胶液在在挤胶张拉拉后的厚度度应趋近于于零。5.张拉用的千斤顶顶和压力表表在使用前前和施工中中必须按规规定进行校校验。看其其是否正常常。对千斤斤顶和油压压表都要进进行标定，以以便准确计计算张拉力力。6.锚具的硬度必须须用硬度仪仪逐个检查查，还要清清洗、除锈锈。预应力力筋和锚具具组装件的的锚固效率率系数必须须符合现行行的有关规规定。7.预应力筋的控制制张拉力和和理论弹性性伸长值必必须一致。实实测的弹性性伸长值与与计算值之之差不得大大于±10%。为此，必必须实测预预应力筋的的弹性模量量E值；有条条件时还应应实测管摩摩阻系数和和锚口摩阻系系数及锚具具回缩量等等。预应力筋应在特特制的梳板板上梳理编编束，保证证顺直。8.预应力工艺开始始前，必须须对操作者者进行理论论与实作技技术的培训训。经考试试合格后方方可上岗作作业。为了了培养稳定定的技术工工人，不应应雇佣民工工或临时工工担当这一一重要任务务。9.顶推箱形梁时，V314应以行程程和油压进进行双控，落落梁时，亦亦应注意梁梁体的滞后后变化过程程，在顶推推过程中要要注意梁体体的纵向倾倾覆稳定性性和滑动性性的计算和和控制。10．为避免墩顶位位移过大，顶顶推过程中中，应对纵纵向位移进进行监测，其其结果应随随时报给总总指挥。当当位移值超超限时，应应暂停顶推推，必要时时，应对墩墩台采取斜斜拉等加固固措施。亦亦可在墩顶顶安装水平平穿心式千千斤顶，以以拉杆法进进行多点顶顶推以减少少墩顶的水水平力。11.聚四氟乙乙烯滑块进进场前应作作抗压变形形试验，顶顶推过程中中要始终保保持滑道与与滑块的清清洁，以减减少摩阻力力。如滑道道须用油脂脂润滑，则则滑块应事事先压上储储油槽。用用过的滑块块要经常清清洗。12.接拼的PPC箱形梁必必须保证轴轴线一致(中线和标标高)，其局部部偏差不得得大于5mm。但不允允许发生同同符号的累累计误差。横横向高差较较大时宜填填入胶合板板或改用不不同厚度滑滑块进行调调整。13.顶推梁体体时，左、右右两台H200应尽量同同步，要用用标尺随时时监视其活活塞的伸出出量，互相相对比，并并随时用控控制阀调整整其偏差，在在顶推施工工中应注意意观测梁的的中线变化化，当偏差差达1～2cm时，宜采采用纠偏措措施。14.PC连续续箱形梁的的落梁采取取逐点落梁梁法。不允允许超限落落梁，辅助助轨垛必须须起到保险险作用。15.落梁前，管管道压浆的的强度应达达到设计强强度，并应应及时封锚锚。封锚混混凝土的标标号应高于于箱形梁的标标号。九、技术经济分分析以狄家河大桥为为例，混凝凝土总量23155m