一种带临时斜拉塔的PC梁桥顶推新技术

任 亮，王 凯，张 璟，上官兴

(1.华东交通大学 土木建筑学院，江西 南昌 330013； 2.江西省交通设计院，江西 南昌 330002)



一种带临时斜拉塔的PC梁桥顶推新技术

任 亮1，王 凯1，张 璟2，上官兴1

(1.华东交通大学 土木建筑学院，江西 南昌 330013； 2.江西省交通设计院，江西 南昌 330002)

为解决传统PC梁桥顶推施工工期长、速度慢和跨径小等问题，以64 m主跨的某PC连续梁桥为例，通过在设计中引入Φ21.8大直径预应力束、施工中设置临时斜拉塔，提出了PC梁桥分块预制组拼顶推和临时斜拉塔相结合的施工方案，实现了PC梁桥顶推施工速度和单跨跨径的双重突破，其研究成果可供同类桥梁的设计和施工参考。

PC梁桥；顶推施工；预制组拼；临时斜拉塔

0 引 言

顶推施工法的构思来源于钢梁的拖拉施工法，故又名拖拉法[1]。由于施工过程中克服主梁与滑道之间摩阻力的水平推力仅为主梁重力的5%，因此是目前桥梁架设工艺中耗能最小的施工方法，也是架设费用最低的方法。此外，顶推施工法还具有设备简单、占地少、施工安全、质量稳定以及不受桥下通航或行车影响等特点，在中等跨度桥梁中非常具有竞争力。本文在总结传统顶推施工中存在的问题的基础上，以主跨64 m的某PC连续梁桥为例，提出了一种带临时斜拉塔的PC梁桥顶推施工新方法，并开展相应的研究。

1 传统PC梁桥顶推施工存在的问题

目前，中国采用顶推施工修建的桥梁约百余座，总长度仅为3万余米，顶推施工规模相对较小，尤其对于PC梁桥，其最大顶推跨径仅为54 m，究其原因，主要存在以下问题[2-5]。

(1) 顶推速度慢、工期长。在常规顶推施工中，一般先在两岸引桥上搭设一定长度的顶推支架平台，然后在台座上浇筑主梁，待主梁达到强度后，采用千斤顶纵向顶推直至台座空出；然后继续浇筑主梁，并通过预应力与上一梁段联接，再进行顶推，如此反复直至全桥顶推到位。由于顶推分段长度一般为12～17 m(跨径的三分之一左右)，相应的施工周期为每段10～15 d，故其顶推平均速度不足1.5 m·d-1。此外，顶推施工平台一般位于主桥两侧的引桥上，需等引桥下部结构施工快完成时，才能进行顶推平台的准备工作，耗时可能达半年以上。因此，在长联桥梁施工中，经济的顶推施工方案往往因工期问题而被迫弃用。

(2) 辅助墩的设置。预应力混凝土连续梁顶推施工的经济跨径为30～50 m，如单跨跨径超过50 m时，需在主梁跨中先设置辅助墩，待主梁顶推到位后再拆除辅助墩，这样既增加了投入又延长了工期，也是阻碍大跨PC梁桥采用顶推施工法的重要原因。

(3) 缺乏设计标准图。由于顶推设计中涉及到很多复杂的施工工艺问题，目前中国交通运输部尚未颁布统一的PC梁桥顶推设计标准图，因此一般设计单位在任务紧迫的情况下，只能放弃顶推施工，转而采用先简支后连续T梁或挂篮悬浇连续梁，这也是顶推施工连续梁未推广开来的主要原因。

2 大跨PC等高截面连续梁的设计

针对传统PC梁桥顶推施工中存在的问题，以在建的某4×64 m连续梁桥为例，通过引入Φ21.8大直径预应力束，设计了与顶推施工相匹配的PC等高截面连续梁。

2.1 主梁设计

目前，70 m主跨等高度简支梁已成功应用到中国的东海大桥和杭州湾跨海大桥上，苏通大桥75 m节段拼装连续梁中也采用了4 m高的等高截面梁[6]，因此将主跨65 m连续梁设计成等高截面是完全可行的。图1为拟定的主梁截面，其中箱梁宽16 m，高3.8 m，全桥顶板高度保持不变，均为25 cm，底板和腹板厚度在跨中处分别为20 cm和35 cm，在支点处为满足受力需要分别加厚至40 cm和60 cm。为加强主梁的横向抗扭刚度，设计中在主梁跨中(厚30 cm)和支点(厚50 cm)处均设置横隔板。

2.2 大直径预应力

考虑到顶推施工中主梁的内力呈正、负值交替更换，与成桥状态下主梁的内力相差较大，因此大跨度桥梁采用顶推施工时顶底板预应力束设计一般分为前期束和后期束。为满足顶推施工需要，前期束通常采用逐段张拉和接长的直线型通束；为满足二期恒载和活载需要，后期束通常在顶推到位后在支点顶部和跨中底部采用短束。

对于本文设计的等高度截面梁，如果采用传统的Φ15.24钢绞线，较大的齿轮式联结器尺寸会增加顶底板厚度，进而增大结构自重和钢束数量，不适合顶推施工。为此，表1列出了常用的Φ15.24钢绞线、Φ21平行钢丝和新型的Φ21.8大直径预应力钢束参数对比。

表1 3种预应力钢束参数对比

从表1中可以看出：Φ21钢丝横截面积比普通Φ15.24钢绞线面积略大一倍，这使其破断力比值增大至1.7；而Φ21.8大直径钢绞线与Φ21相比，直径变化不大，但张拉索力比普通Φ15.24钢绞线增大了2.2倍。因此，从提高使用效率、减少孔道数和应用新技术出发，本文在混凝土箱梁中引入Φ21.8大直径预应力束。目前，Φ21.8大直径预应力束在国外已得到了实践的验证，尤其是在日本已使用多年的Φ21.8大直径预应力束锚具均由中国柳州OVM公司生产。进入本世纪，中国已经实现了Φ21.8大直径预应力的国产，在国内推广使用Φ21.8大直径预应力束的条件已成熟。经大型有限元程序仿真计算分析，最终确定本桥前期束上缘和下缘分别为8孔和4孔15Φ21.8大直径钢绞线，采用逐段张拉和接长的直线型通束；后期束上缘和下缘分别为4孔和3孔12Φ21.8大直径钢绞线，采用分段布置，其位置分别位于支点上缘和跨中下缘。其中，后期索是在顶推到位、桥面铺装施工前进行。

3 分块预制组拼

目前，国内大部分PC梁桥的顶推基本上沿用在支架上逐段现浇梁段再逐段顶推的方法。如考虑浇筑、养护和顶推施工等工序，每孔的工期约为10～15 d，平均建造速度不足1.5 m·d-1，施工周期长，顶推平均速度慢。为此，在湖南南县哑吧渡大桥设计施工中提出箱梁分条分块预制组拼顶推的施工方法[7]。该法将主梁横向分成若干小箱梁，纵向分成若干节段并在预制场进行节段预制，待达到强度后通过门吊将节段吊装至顶推平台，浇筑湿接缝，张拉预应力，最后进行顶推施工。由于实现了结构轻型化和装配化，全桥顶推仅用了一台100 t连续千斤顶，费用低廉，对地方公路建设有很大的现实意义。此后，在韶关五里亭大桥施工中[8]，分块预制组拼顶推工艺得到了推广。

基于分块预制组拼的上述优点，本文在4×64 m预应力混凝土连续梁桥施工中推广采用此项工艺。其中，根据现场龙门吊的吊装能力，主梁分块以长度不大于3.5 m、重量不超过150 t为原则，单跨主梁共分为16块，长度为3.1～3.5 m，相应的湿接缝长度为0.5 m(块与块之间)和1.25 m(相邻主跨之间)。由于块与块之间拼装未采用环氧树脂干接缝，相应的施工周期将延长4 d左右，但湿接缝确保了各分块之间普通钢筋的接长，主梁的整体性和耐久性更好。

箱梁块预制完成后，即可通过横跨拼装台座的两台龙门吊机起吊至拼装台座进行拼装，图2为对应的拼装台座。为满足主梁顶推线形的要求，首先在拼装台座下打入钢管桩，然后在台座上安装竖向千斤顶，用以调节其上主梁的标高，从而确保顶推到位后线形达到设计要求。由于本桥顶推设计中取消了跨中辅助墩，采用临时斜拉塔，因此在箱梁预制块拼装完成后，距钢导梁外端64 m处的主梁上需安装临时主塔，张拉斜拉索。塔的高度和拉索索力由计算求得。

4 带临时斜拉塔顶推施工方案

本桥单跨跨径达到了64 m，如果按传统的顶推施工方法，必须在单跨跨中设置一个辅助墩，但考虑到水中设置辅助墩造价不菲，在施工中提出分块预制组拼与临时斜拉塔相结合的顶推施工方案。其中，临时主塔设置在距钢导梁外端64 m处的第一段预制拼装主梁上，并通过斜拉索一端将锚固在钢导梁上，另一端锚固在第一段预制拼装主梁上。该方法有以下突出优点。

(1) 斜拉索与钢导梁锚固点类似于一个支撑，与常规顶推设置辅助墩效果相当，减少了顶推实际跨径，可有效减少施工预应力，降低工程造价。

(2) 减少了辅助墩的施工和拆除工序，简化了顶推施工，加快了顶推速度。

(3) 顶推平台钢管桩可就地利用桥墩钻孔桩施工平台的钢管桩，减少了施工钢材的倒运。

(4) 临时斜拉塔在顶推完成后可以拆除和回收，降低了工程造价。

图3为PC梁桥分块预制组拼与临时斜拉塔相结合的顶推施工方案。该方案最大的优点是实现了箱梁分块预制与下部基础施工同步，并大大减少了水中辅助墩数量，加快了顶推施工的速度。为提高箱梁块拼装后的质量，设计要求梁块预制后在梁场需存放90 d再进行节段拼装，目的是为了消除大部分混凝土的收缩徐变。PC梁桥单次组拼一跨，长度为64 m，按15 d完成计，平均顶推速度可达4 m·d-1；如再计入临时斜拉塔安装的时间以及其他不确定性因素，3个月左右即能完成单幅256 m主梁的顶推任务。待单幅主梁顶推到位后，再将临时斜拉塔和顶推设备转移到另一幅主梁进行顶推施工，则全桥施工总工期不到9个月。该方案充分体现了分块预制组拼与临时斜拉塔相结合的顶推施工技术的高效率。

5 结 语

顶推施工法造价低，占地少，不影响交通，质量稳定，是长桥和中等跨径桥梁中非常具有竞争力的一种施工工艺。本文针对传统PC梁桥顶推施工中存在的问题，以64 m主跨的某PC连续梁桥为例，通过在设计中引入Φ21.8大直径预应力束、施工中设置临时斜拉塔，提出了PC梁桥分块预制组拼顶推和临时斜拉塔相结合的施工方案，实现了PC梁桥顶推施工速度和单跨跨径的双重突破，其研究成果可供同类桥梁的设计和施工参考。

[1] 陈恒山,吴 静,陈湘林.顶推法施工在桥梁工程中的应用[J].中外公路,2006,26(3):178-180.

[2] 李艳哲,蔡红珍.桃花峪黄河大桥顶推施工方案设计与创新[J].施工技术,2013,42(11):69-72.

[3] 付永乐.通惠河桥钢箱梁顶推施工技术[J].铁道建筑,2007,46(3):8-10.

[4] 任 亮,方 志,上官兴.大跨PC梁桥顶推新技术[J].公路,2010(3): 71-73.

[5] 赵 雨,任 亮,张 璟，等.大跨波形钢腹板小箱梁顶推技术研究[J].筑路机械与施工机械化,2014，31(11):76-79.

[6] 傅琼阁.苏通大桥体外预应力箱梁施工技术[J].公路,2007(4):77-82.

[7] 上官兴,蔡长贵,刘尚云.洞庭湖区桥梁建设新技术的开发研究[J].湖南交通科技,1995,21(1):16-22.

[8] 周光忠.五里亭大桥预制顶推竖曲线箱形连续梁施工技术[J].铁道标准设计,2006,33(8):33-36.

[责任编辑:谭忠华]

New Incremental Launching Technology of PC Girder Bridge with Occasional Cable Stayed Tower

REN Liang1, WANG Kai1, ZHANG Jing2, SHANGGUAN Xing1

(1. School of Civil Engineeringand Architecture, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, Jiangxi, China;2. Communications Design Research Institute Co. Ltd. of Jiangxi Province, Nanchang 330002, Jiangxi, China)

In order to solve the problems of traditional PC girder incremental launching such as long construction period, slow speed, restricted span, etc., a main span of 64 m PC continuous girder bridge was taken as an example, and the construction scheme combining segmental precast erection method with occasional cable stayed tower was put forward by introducing a diameter of 21.8 prestressed reinforcement in the design and occasional cable stayed tower in the construction, which breaks through incremental launching construction speed and the span of PC girder bridge. The results are expected to be useful for the design and construction of similar projects.

PC girder bridge; incremental launching; precast erection method; occasional cable stayed tower

1000-033X(2015)04-0073-04

2014-12-07

江西省青年科学家培养对象资助项目(20142BCB23012)；江西省教育厅基金资助项目(GJJ14385)；华东交通大学校立课题资助项目(12TM02)

U445.462

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