邵昌曉

（費(fèi)縣交通運(yùn)輸局，山東 臨沂 273400）

0 引言

頂推法作為一種橋梁施工工藝方法，本身有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，比如對(duì)施工環(huán)境帶來干擾比較小、施工成本低、施工效率高、易于拼裝等，因此在預(yù)應(yīng)力橋梁工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但這種施工工藝方法也有一定的缺陷，比如存在梁身“爬行”“橫向位移”等問題，不僅影響施工質(zhì)量，還會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成一定破壞，引發(fā)施工安全問題，因此有必要加強(qiáng)對(duì)該施工方法的研究，改進(jìn)施工方法，有效彌補(bǔ)相應(yīng)缺陷問題。與此同時(shí)，在預(yù)應(yīng)力橋梁中采用大直徑鋼絞線，更有利于提高整體道橋工程施工水平。

1 預(yù)應(yīng)力橋梁頂推施工方法分類

1.1 單點(diǎn)頂推施工法

這種頂推施工法只在某一點(diǎn)施加推動(dòng)梁身縱向前移的頂推力。通常情況下，施工人員會(huì)選擇在靠近橋墩（臺(tái)）的位置處，設(shè)置頂推動(dòng)力裝置。并在前方各橋梁墩（臺(tái)）中，進(jìn)行滑動(dòng)支撐設(shè)置。單點(diǎn)頂推力學(xué)原理如下式所示：

式（1）中：P 為單點(diǎn)頂推力（kN）；Fi為第i 個(gè)橋墩滑道支反力（kN）；fi為第i個(gè)橋墩滑道與梁體靜摩擦力系數(shù)；±αi代表的是橋梁縱坡，其中“+”代表的是上坡，“-”代表的是下坡。

由于是單點(diǎn)頂推，受力比較集中，且在梁體移動(dòng)時(shí)，通常需要較大頂推力，因此還需要額外補(bǔ)充一些動(dòng)力，才能有效推動(dòng)梁體。此外，受單點(diǎn)頂推的影響，梁體在移動(dòng)時(shí)，橋墩本身還會(huì)受到較大的反作用力，從而嚴(yán)重影響了墩頂穩(wěn)定性，使其產(chǎn)生位移問題。如果墩頂位移比較大，還會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重威脅[1]。因此在采用單點(diǎn)頂推施工技術(shù)時(shí)，對(duì)橋墩強(qiáng)度有著較高要求，且橋梁梁身自身重量不能過高。

1.2 多點(diǎn)頂推施工法

相較于單點(diǎn)施工法，該施工法選擇采用多個(gè)頂推點(diǎn)，將頂推力分散到不同的橋墩之上。每個(gè)橋墩只需要承受較小的反作用力，便能夠抵消梁身移動(dòng)時(shí)的水平摩擦力，無需擔(dān)心出現(xiàn)墩頂位移問題，且不需要額外提供輔助動(dòng)力。多點(diǎn)頂推施工法實(shí)施的關(guān)鍵，在于保證多個(gè)千斤頂工作的同步性。一般情況下，多個(gè)橋臺(tái)會(huì)各分布一個(gè)小噸位水平千斤頂，且由一套控制系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一控制，必須保證多個(gè)千斤頂控制的同步性，才能確保多點(diǎn)頂推力形成合力，順利頂進(jìn)梁身。為保障整個(gè)多點(diǎn)頂推實(shí)施的安全穩(wěn)定性，一般還會(huì)設(shè)置有頂推急停機(jī)制，如果在頂推觀測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)任何一點(diǎn)出現(xiàn)異常，可以通過急停方式，確保所有推進(jìn)機(jī)組同時(shí)停工。多點(diǎn)頂推力學(xué)原理如下式所示：

式（2） 中：Pi為第i 個(gè)千斤頂施加的水平頂推力（kN）；Fi為第i 個(gè)橋墩（臺(tái)）在某一時(shí)期實(shí)際受到的支座反力（kN）；fi為第i 個(gè)橋墩滑道與梁體靜摩擦力系數(shù)；±αi代表的是橋梁縱坡，其中“+”代表的是上坡，“-”代表的是下坡。

采用多點(diǎn)頂推施工法施工，無需大規(guī)格頂推設(shè)備，且由于頂推點(diǎn)分散在不同橋墩，因此更容易控制梁身前進(jìn)方向，且對(duì)橋墩的水平推力比較小，因此適合柔性橋墩?qǐng)鼍笆┕?。但這種多點(diǎn)式頂推施工法一般對(duì)設(shè)備操作的要求較高，且需要保證頂推設(shè)備操作的同步性。

2 預(yù)應(yīng)力橋梁頂推基本控制方法缺陷及改進(jìn)

道橋工程中預(yù)應(yīng)力橋梁頂推基本控制方法有以下兩點(diǎn)缺陷：一是梁體“爬行”現(xiàn)象，二是梁身橫向位移現(xiàn)象。針對(duì)梁體“爬行”問題，以某工程實(shí)例進(jìn)行分析。某預(yù)應(yīng)力橋梁工程，橋梁孔為10 孔，梁高350cm，引橋全長(zhǎng)500m。假設(shè)在該橋梁中，摩阻系數(shù)為0.05～0.06，結(jié)合不同橋墩的實(shí)際荷載，確定相應(yīng)千斤頂?shù)膶?shí)際推力。橋梁的摩擦阻力略小于所有千斤頂形成的水平推力。為有效彌補(bǔ)推進(jìn)動(dòng)力，可在主力墩上設(shè)置千斤頂，提供水平推力，從而有效控制梁身的前進(jìn)滑行速度，使其能夠勻速穩(wěn)定前進(jìn)。但梁身受力控制非常復(fù)雜且困難，依然無法有效杜絕“爬行”問題發(fā)生。為有效解決這一問題，需要改進(jìn)現(xiàn)有多點(diǎn)頂推施工技術(shù)。在實(shí)際改進(jìn)時(shí)，采取以下措施：①加強(qiáng)千斤頂運(yùn)轉(zhuǎn)控制，通過在千斤頂安裝行程控制開關(guān)，用于控制整個(gè)橋上的千斤頂運(yùn)行，保障運(yùn)行同步性；②在整個(gè)橋梁的橋墩之間，采用張拉索、夾片錨具等，結(jié)合工程建設(shè)實(shí)際，制作一個(gè)聯(lián)結(jié)控制裝置，能夠有效對(duì)橋墩縱向位移進(jìn)行控制。通過采用上述改進(jìn)技術(shù)措施，能夠有效解決梁身在頂推前進(jìn)時(shí)“爬行”的問題，促使整個(gè)橋梁施工過程更加順利穩(wěn)定安全。

在梁身橫移方面，則進(jìn)行了以下幾點(diǎn)改進(jìn)：①技術(shù)人員以梁體重量為依據(jù)，在每個(gè)橋墩中，均配置安裝了連續(xù)千斤頂，安裝方式為橫向安裝；②在供油方面，也采用了先進(jìn)的頂推油泵。每臺(tái)油泵能夠同時(shí)供給兩組千斤頂工作用油；③頂推油泵在供油方面采用了電磁閥進(jìn)行控制，并裝置了雙油路，能夠交替運(yùn)行，因此千斤頂在工作時(shí)更加穩(wěn)定，出現(xiàn)突發(fā)故障的概率非常低；④改進(jìn)千斤頂受力段，使其整體受力呈一個(gè)弧形面，能促使千斤頂與拉錨器連接更加靈活，兩者能夠具有一定連接偏轉(zhuǎn)角度，有利于增強(qiáng)對(duì)梁身的控制效果；⑤針對(duì)頂推梁，還可以安裝橫向?qū)蜓b置，用于控制梁身橫向偏移。主要是在橋墩主梁兩側(cè)，各安裝一個(gè)千斤頂[3]。同時(shí)在主梁與千斤頂頂桿側(cè)面，安置聚四氟乙烯支座滑塊，減輕梁身摩擦力。為引導(dǎo)梁身滑動(dòng)方向，需要加強(qiáng)對(duì)頂推最前端位置的控制。頂推橫向?qū)蜓b置如圖1所示。

3 大直徑鋼筋在預(yù)應(yīng)力頂推橋梁中的應(yīng)用

3.1 工程概況

某橋梁工程項(xiàng)目，橋跨跨徑為62m+8.5m+62m，主要由波形鋼腹板PC+小箱梁。單片小箱梁頂板寬3.9m、底寬2.3m。在箱梁間，專門進(jìn)行了濕接縫設(shè)置。受客觀因素影響，無法調(diào)整橋跨。因此在橋梁施工中，需要采用頂推施工。為降低頂推內(nèi)力，本工程采用了分條波形鋼腹板小箱梁，前段波形鋼腹板兼作頂推導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)。為減小在小箱梁內(nèi)張拉預(yù)應(yīng)力，滿足不同施工階段預(yù)應(yīng)力束調(diào)整要求，需要采用Φs21.8mm 的鋼絞線制作預(yù)應(yīng)力束，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 830MPa，技術(shù)條件符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼第4部分：鋼絞線》（ISO 6934—4：1991）要求。

圖1 頂推梁橫向?qū)蜓b置

3.2 大直徑鋼絞線優(yōu)勢(shì)

在頂推橋梁結(jié)構(gòu)中，還可以應(yīng)用大直徑鋼絞線，能夠有效提高鋼絞線的穩(wěn)定性。不同類型大直徑鋼絞線，實(shí)際優(yōu)勢(shì)也有所不同。以Φs21.8mm-19 與Φs-1915.24mm為例，兩者的性能對(duì)比如表1所示。

表1 不同類型粗鋼絞線性能對(duì)比

從表1 可知，Φs21.8mm-19 鋼絞線優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：①破斷力更強(qiáng)，是Φs-1915.24mm 鋼絞線的2.1倍，與此同時(shí)，單位長(zhǎng)度質(zhì)量也有著非常顯著的優(yōu)勢(shì)，在破斷力相等的情況下，Φs21.8mm-19 鋼絞線用量更多；②對(duì)單根鋼絞線而言，本身有著非常大的破斷力，有效削減了穿索根數(shù)，從而有效降低后續(xù)的編索工作強(qiáng)度，因此非常適合在頂推橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用。

3.3 頂推橋梁大直徑鋼絞線預(yù)應(yīng)力體系設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用頂推梁施工時(shí)，需要在橋梁后臺(tái)位置，專門建立一個(gè)預(yù)制場(chǎng)地，用于梁段的預(yù)制。隨后在液壓千斤頂?shù)膸椭?，?duì)預(yù)制梁段施加一定推力，在滑動(dòng)裝置的輔助下，促使梁段逐步頂進(jìn)，形成一個(gè)整體。最后，在頂進(jìn)就位后，再將臨時(shí)支座撤換掉，更換永久支座，逐步完成整段橋梁的拼接施工。深入分析頂推法的施工原理不難發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)施工工藝來源于鋼橋縱向拖拉施工法，只是采用的施工裝置產(chǎn)生了變化。比如前者采用水平千斤頂，替換了后者的滑車與卷揚(yáng)機(jī)，同時(shí)前者還采用滑動(dòng)支座，替換了后者的滾筒。而在上述過程中，還需要結(jié)合實(shí)際頂推過程，了解預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化，并做好相應(yīng)的配束設(shè)置，整個(gè)過程比較繁瑣。

在本項(xiàng)目中，由于采用了波形鋼腹板，因此在布置預(yù)應(yīng)力束時(shí)，只能在混凝土頂板與底板內(nèi)進(jìn)行布置，整個(gè)孔道布置空間相對(duì)較小。而無論是前期束還是后期束以及施工臨時(shí)束，都需要臨時(shí)占用該孔道。因此為減小張拉預(yù)應(yīng)力空間占用，在工程項(xiàng)目中，采用了4種規(guī)格鋼束，分別使用了4 種規(guī)格的Φs21.8mm-3 絲、Φs21.8mm-6 絲、Φs21.8mm-9 絲以及Φs21.8mm-12 絲。在本次頂推施工中，采用的鋼束為前期束，在頂推到位后，完成張拉的鋼束，則視為后期束。在完成頂推施工后，需要采取以下步驟，調(diào)整配束狀態(tài)，使其更好地適應(yīng)成橋受力狀態(tài)：①在“退錨”工藝的幫助下，將部分前期束進(jìn)行部分放張?zhí)幚?；②針?duì)前期未張拉的鋼束，做好補(bǔ)張拉施工；③放松頂推施工的臨時(shí)束；④張拉所有運(yùn)營(yíng)受力需要的后期束。在張拉Φs21.8mm鋼絞線時(shí)，分別采用分索、單根、循環(huán)對(duì)稱方式進(jìn)行張拉，本次張拉施工分3次完成。在預(yù)應(yīng)力管道中，采用了塑料波紋管。針對(duì)需要進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整的鋼束，采用了工具夾片，便于后續(xù)進(jìn)行多次放張施工。

3.4 大直徑鋼絞線的張拉

在實(shí)際進(jìn)行Φs21.8mm 鋼絞線張拉施工時(shí)，采用了千斤頂設(shè)備，型號(hào)為YDCS500-200，該千斤頂設(shè)備非常適合在狹小空間內(nèi)使用。在本次張拉施工作業(yè)中，針對(duì)單根Φs21.8mm 鋼絞線，分3 次完成。在第一次張拉時(shí)，可先張拉至30%；第二次張拉時(shí)，可張拉至60%；第三次張拉時(shí)，直接張拉至100%。例如對(duì)型號(hào)為OVM21.8-9 系列張拉設(shè)備而言，Φs21.8mm-9 絲鋼絞線對(duì)稱張拉順序如圖2所示。在第一次張拉時(shí)，先完成1～9 孔張拉。然后再按照相反順序，完成第二次張拉。在進(jìn)行第三次張拉時(shí)，再按照1～9 孔順序完成張拉施工。同時(shí)還應(yīng)注意，在進(jìn)行錨固前，需要核實(shí)預(yù)應(yīng)力，并進(jìn)行“頂錨”處理。在這一過程中，可按照初始張拉束力418kN，完成對(duì)孔位的檢查工作。如果千斤頂無法拉動(dòng)，則進(jìn)行“頂錨”，如束力不夠，需要先補(bǔ)拉，直至設(shè)計(jì)束力后，再進(jìn)行“頂錨”處理。

圖2 Φs 21.8mm-9絲鋼絞線對(duì)稱張拉順序

4 結(jié)語

綜上所述，傳統(tǒng)頂推施工工藝方法本身具有一定缺陷，很容易產(chǎn)生梁身“爬行”以及“橫向位移”的問題，影響整體施工安全與施工質(zhì)量，因此必須加強(qiáng)對(duì)頂推施工技術(shù)改進(jìn)，改善上述問題，才能從根本上提高道路橋梁工程建設(shè)質(zhì)量。另一方面，針對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉空間有限的橋梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)注意在同孔管道內(nèi)，采用單根循環(huán)張拉大直徑鋼絞線，從而能夠?yàn)檎w施工帶來更大便利，減少張拉次數(shù)，提高施工效率。除此之外，還需要對(duì)施工與運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整，因此需要應(yīng)用大直徑鋼絞線，做好松錨與再次張拉施工，更能保障整體的工程施工質(zhì)量。