多點連續頂推橋梁設計與施工探討

付玉輝

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

當前我國的橋梁建設數量不斷增加，因此，對于橋梁的相關設計要求在不斷提高，人們也在不斷研究橋梁建設工程的相關技巧。頂推法在橋梁建設工程中，具有不占用橋下通行空間，施工快捷方便的優點。對橋下凈空和地基條件無要求，不影響通航或通車，預制場地或拼裝場地一般設在岸上，搭建拆除方便，混凝土或鋼構件運輸方便，頂推法在跨越既有運營鐵路及公路或者河道的橋梁建設中有著十分普遍的應用。頂推施工法不僅適用于連續梁橋，還適用于拱橋、斜拉橋和自錨式懸索橋；從梁體形式來看，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

頂推法的首次使用是在奧地利的一項橋梁建設工程，頂推施工的構思來源于鋼橋的縱向拖拉施工方法。用板式滑動裝置取代滾筒，水平千斤頂取代卷揚機和滑車。后來頂推法由于其施工設備簡單，不需要大型機械設備，避免高空作業，模板、設備可多次周轉使用等特點，而得到廣泛的應用。頂推法的施工步驟為，首先在橋位的縱軸方向的臺后預留出相應的場地，隨后在場地中將全橋進行組拼或者預制，設置鋼導梁、臨時墩、滑道、千斤頂等裝置，最后再將全橋一次頂推到位。后來頂推法在委內瑞拉的橋梁建設項目中應用時得到了相應的技術改進。我國首先在40 m+40 m鐵路橋上采用了頂推法施工，公路部門在1977年的40 m+54 m+40 m三跨一聯的東莞萬江橋上應用。

頂推法施工的主要關鍵是頂推工作，核心問題在于應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很小的材料。摩擦系數與垂直壓強成反比，與速度成正比。因此，當梁愈長，垂直壓強愈大時，還會減少摩擦系數。在頂推過程中，滑道的摩擦系數始終在不斷變化，一般為0.04～0.06，同時靜摩擦系數要比動摩擦系數大一些。

目前存在的頂推方法早期有單點頂推、多點頂推、間斷頂推以及連續頂推。頂推工藝不斷完善，頂推方式呈現多樣化。從早期釆用水平和豎向千斤頂直接頂推梁體的方法，發展到后來只用水平千斤頂，再到現在的只用豎向千斤頂的步履式多點頂推法，從單點集中頂推到多點頂推，從間歇式頂推發展到連續頂推。

對于多點頂推，主要有以下三種，第一種為推拉式多點連續頂推，第二種則是楔進式多點連續頂推，第三種為步履式多點連續頂。推拉式多點連續頂推方法，是在橋梁附近的臨時墩上借助千斤頂的輔助，從而對橋梁進行推拉方法。橋梁被拖動的過程是在臨時墩上的滑道上進行的，通過鋼絞線來將橋面平移至合適的位置上。采用推拉式多點連續頂推法時，應當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，而在推拉的過程中，由于不同墩點其垂直方向的力大小不同。因此，會對橋體產生不同的摩擦力影響，這就導致在使用鋼絞線對橋體進行牽引的過程中，需要根據摩擦力的變化，對牽引力的大小進行相應的調整，否則會出現橋面水平方向的受力超過負載的情況，同時這種多點連續頂推方法對橋面的整體強度也有著一定的要求。推拉式多點連續頂推需要設置滑道系統(鋼墊梁、四截滑板等)、牽引系統(穿心式連續液壓千斤頂、牽引索、拉鋪器、頂推反力架等)和豎向的調節系統(鋼墊塊、豎向千斤頂)等。

楔進式多點連續頂推方法對技術層面的要求相對較高，但采用楔進式多點連續頂推方法，可以更好地實現對臨時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存在力變的橋梁進行頂推。采用這種頂推方法對頂推過程中鋼槽梁和頂推設備同鋼槽之間的作用力有著嚴格的要求。同時，楔進式多點連續頂推方法在使用過程中，需要采用楔形塊。而這種零件的加工相對復雜，且在實際應用的過程中，對楔形塊的加工精度要求相對較高，因此會導致橋梁的造價提高。

步履式連續頂推利用頂、推的兩個步驟交替進行，先將頂推梁體托起；再向前托送；之后將梁體置于橋墩臨時鋼墊梁上；頂推油缸縮缸到底，繼續實施下一個循環。通過頂推步驟的循環，最終將梁體托送到預定位置。履式多點連續頂推設備包括頂升油缸、下支撐架、滑移系統、上支撐架、水平頂推油缸、橫向調整油缸等。

楔進式多點連續頂推，技術特點為：(1)能較好地控制臨時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；(4)對楔塊、滑道的制作精度要求高。故其施工成本高，施工進度一般。

推拉式多點連續頂推，技術特點為：(1)頂推拉錨器、限位裝置等的安裝需要在梁體底板開槽；(2)頂推過程中可能會對橋墩墩身產生一定的水平力。故其施工成本較低，施工進度快。

步履式多點連續頂推，技術特點為：(1)能較好地控制臨時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)頂推投入設備多，液壓機電氣控制同步精度要求高。故施工成本較高，施工進度較慢。鑒于步履式多點同步頂推法的獨有特點(集頂升、平移、橫移調整于一體，能及時進行軸向糾偏；豎向調整便捷，可有效控制支點反力；可采取措施滿足結構受力要求；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同步頂推法施工。

2 多點連續頂推技術的應用優勢

2.1 多點頂推技術

頂推法最初應用于橋梁建設設計時多為單點頂推法。采用這種方法時，對橋面施加頂推力的裝置是由單個著力點來承受的。這種單點頂推法多適用于橋梁長度相對較短，且橋體的整體墩高相對較低的情況。單點頂推法的施工設備相對簡單，并且整體操作步驟更加簡潔，便于實施。

在進行橋梁的建設施工時，隨著橋梁的整體長度不斷提高，若采用頂推法進行橋梁施工設計，則不能再采用單點頂推法。因為，隨著橋梁的整體長度不斷提高，采用頂推法所產生的頂推力也在不斷提高。若仍采用單點頂推法，則會使得單個著力點承受的力過大，易超過其極限承受限值。若通過增加橋墩的橫截面積來提高單個著力點的承受限度的話，則會造成提高造價，從而導致浪費。同時在橋墩沒有設置千斤頂時，橋墩橋梁之間的作用力也會使得橋墩的位移提高，若橋墩的剛度較低，則會超過橋墩的承受極限位移值。

在這種情況下，采用多點頂推設計方法可以很好地解決出現的問題。采用多點頂推設計方法，可以使得橋梁的下部設計更加地科學合理。多點頂推設計方法的設計思路是將單點頂推設計中承受力的單個墩臺進行分散。通過放置多個墩臺，將總頂推力進行適當的分散。這樣就可以更好地調節頂推反力與橋梁之間相互作用時，產生的作用于橋墩之間的滑動摩擦阻力，同時也可以更好地控制橋墩的整體受力數值。

2.2 連續頂推技術

連續頂推技術是在間斷頂推技術方法上，進行改進的一種橋梁施工設計方法。在實施的過程中，間斷頂推由于單個千斤頂的限制，在頂推完一段行程后，需要將千斤頂進行歸位，等千斤頂歸位后才能繼續進行下一次頂推。而采用連續頂推方法時，是將兩臺千斤頂進行相應的串聯，這樣在一臺千斤頂進行頂推工作時，第二臺千斤頂則可以進行歸位工作，當第二臺千斤頂進行頂推工作時，第一臺千斤頂再歸位，這樣兩臺千斤頂交替進行工作，則可以實現對橋梁的連續性頂推，而不需要停止等待。

在施工過程中若采用間斷頂堆方法，由于需要等待千斤頂的歸位，這就使得橋梁會由運動狀態轉變為靜止狀態，而當千斤頂進行頂推工作時，橋梁又會由靜止狀態轉變為運動狀態。由于橋梁的運動狀態不斷轉換，就會導致橋梁在慣性的作用下來回擺動，由此會對橋墩和橋梁安全產生一定的威脅。

3 多點連續頂推技術在設計和施工中的注意事項

多點連續頂推技術是將多點頂推方法和連續頂推方法這兩種技術手段進行融合，將兩種技術相融合，不僅可以更好地發揮這兩種技術的優點，同時也可以在一定程度上彌補多點頂推法和連續頂推法的不足。這樣就可以使得在進行橋梁設計工程時，其施工設計更加地科學合理，同時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工程的經濟性。在建設長大高墩橋梁時，采用多點連續頂推技術會表現出良好的優勢。

頂推過程中，結構體系在不斷地變化，因此對每個截面來說，正負彎矩交替出現。通過有限元建模計算可知，頂推施工的彎矩包絡圖是由小到大呈階梯形，它與普通連續梁使用狀態的彎矩包絡圖相差較大，為了減小施工中的內力，擴大頂推法施工的使用范圍，同時考慮施工安全及施工的便易性，在施工過程中使用導梁、臨時墩等。

頂推施工時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置滑動面，通過使用四氟板等以降低界面之間的摩擦力，同時還要能夠適應梁體撓曲和預拱線型等形成的梁底不平順。頂推時還必須設有橫向約束導向裝置，以限制梁體的側向偏移。從梁體與支撐座的相對關系來看，可以將滑動界面設置在梁體底面，這樣梁體將從支撐座上連續滑過，截面無論強弱均需能夠承受支承反力作用。另一種是將滑動界面設置在支承座底面，或者將支承座設置成由上下兩部分并將滑動面設置其間，這樣在頂推時梁體與支承座固定，具體固定的位置適當選擇，可以更有利于承受支承反力的作用。

多點連續頂推技術在施工的過程中，與單點頂推方法以及間斷頂推方法相比，其構造與設計時的區別較小。多點連續頂推技術的突破點在于，它對橋墩的整體受力進行了相應的優化，使得橋墩的整體設計更加的合理。每個橋墩的頂推力同摩擦阻力之間存在一定的差值，這個差值是需要橋墩來平衡的。梁體的爬行現象依舊存在，還會影響橋墩的受力。在采用連續頂推設計方法時，還應注意橋梁的跨徑范圍，同時也應該保證橋梁的截面尺寸處于合理的范圍。隨著如今計算機和監控技術的發展和應用，可通過有限元分析軟件建立梁體連續頂推有限元模型，實現對頂推施工過程中的全過程模擬，根據梁體受力狀況，對特殊工況下的梁體進行局部分析研究，并對施工全過程進行實時監控，提高施工安全系數和施工精度。

在頂推法施工中，導梁設計是關鍵的設計部件。導梁的設置影響到頂推的成功與否。對于具有復雜線形的橋梁頂推，導梁的線形及其與主梁的連接設置會引發很多文件，如:導梁無法落至臨時墩頂，導致頂推過程中主梁懸臂段加長，內力增大；導梁自由端過低導致導梁最前端與前方墩頂臨時安全設施相撞；臨時墩支座標高調整不當引起的橫向偏位等問題。故導梁設計應在頂推系統設計中引起重視。導梁的結構需通過計算，從受力狀態分析，導梁的控制內力是導梁與頂推箱梁連接處的最大正、負彎矩和下緣承受的最大支點反力。導梁的長度一般為頂推跨徑的0.6～0.7倍，較長的導梁可以減小主梁懸臂負彎矩，但過長的導梁也會導致導梁與箱梁接頭處負彎矩和支反力的相應增加，合理的導梁長度應為主梁最大懸臂負彎矩與使用狀態支點負彎矩基本接近。對于導梁的剛度宜選主梁剛度的1/9～1/5，導梁的剛度在滿足穩定和強度條件下，選用較小的剛度及變剛度的導梁，將在頂推時減小最大懸臂狀態的負彎矩，使負彎矩的兩個峰值比較接近。

對于一聯最后一跨跨尾端，往往需要在鋼梁上安裝后導梁。后導梁可以使梁的尾端在頂推結束時能夠落在出發橋臺上，同時牽引與支撐系統可以附在后導梁上，避免牽引滑輪組產生布置上的困難。當一座橋梁分為2聯以上的多聯進行頂推時，最后一聯之前序聯的頂推施工，需要多次穿越橋梁墩臺處的支承座，此時需要有后導梁協助，以避免鋼梁尾端即將脫離支承時發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。后導梁一般采用臨時鋼框架，其主梁與橫梁焊接或者栓接于永久主梁上。當頂推施工包含了靜定梁的安裝階段時，有必要在鋼梁或后導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成。

4 結 語

隨著我國當前道路橋梁建設項目的不斷增多，對于橋梁施工建設的相關要求也在不斷提升。頂推設計法在道路橋梁的建筑工程中被廣泛地使用。在建設跨越既有運營鐵路及公路或者河道的橋梁項目時，與其他橋梁建設方法相比，采用頂推法也具有十分明顯的優勢。