一種帶臨時(shí)斜拉塔的PC梁橋頂推新技術(shù)

任 亮，王 凱，張 璟，上官興

(1.華東交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院，江西 南昌 330013； 2.江西省交通設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330002)

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一種帶臨時(shí)斜拉塔的PC梁橋頂推新技術(shù)

任 亮1，王 凱1，張 璟2，上官興1

(1.華東交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院，江西 南昌 330013； 2.江西省交通設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330002)

為解決傳統(tǒng)PC梁橋頂推施工工期長、速度慢和跨徑小等問題，以64 m主跨的某PC連續(xù)梁橋?yàn)槔?，通過在設(shè)計(jì)中引入Φ21.8大直徑預(yù)應(yīng)力束、施工中設(shè)置臨時(shí)斜拉塔，提出了PC梁橋分塊預(yù)制組拼頂推和臨時(shí)斜拉塔相結(jié)合的施工方案，實(shí)現(xiàn)了PC梁橋頂推施工速度和單跨跨徑的雙重突破，其研究成果可供同類橋梁的設(shè)計(jì)和施工參考。

PC梁橋；頂推施工；預(yù)制組拼；臨時(shí)斜拉塔

0 引 言

頂推施工法的構(gòu)思來源于鋼梁的拖拉施工法，故又名拖拉法[1]。由于施工過程中克服主梁與滑道之間摩阻力的水平推力僅為主梁重力的5%，因此是目前橋梁架設(shè)工藝中耗能最小的施工方法，也是架設(shè)費(fèi)用最低的方法。此外，頂推施工法還具有設(shè)備簡單、占地少、施工安全、質(zhì)量穩(wěn)定以及不受橋下通航或行車影響等特點(diǎn)，在中等跨度橋梁中非常具有競爭力。本文在總結(jié)傳統(tǒng)頂推施工中存在的問題的基礎(chǔ)上，以主跨64 m的某PC連續(xù)梁橋?yàn)槔?，提出了一種帶臨時(shí)斜拉塔的PC梁橋頂推施工新方法，并開展相應(yīng)的研究。

1 傳統(tǒng)PC梁橋頂推施工存在的問題

目前，中國采用頂推施工修建的橋梁約百余座，總長度僅為3萬余米，頂推施工規(guī)模相對較小，尤其對于PC梁橋，其最大頂推跨徑僅為54 m，究其原因，主要存在以下問題[2-5]。

(1) 頂推速度慢、工期長。在常規(guī)頂推施工中，一般先在兩岸引橋上搭設(shè)一定長度的頂推支架平臺，然后在臺座上澆筑主梁，待主梁達(dá)到強(qiáng)度后，采用千斤頂縱向頂推直至臺座空出；然后繼續(xù)澆筑主梁，并通過預(yù)應(yīng)力與上一梁段聯(lián)接，再進(jìn)行頂推，如此反復(fù)直至全橋頂推到位。由于頂推分段長度一般為12～17 m(跨徑的三分之一左右)，相應(yīng)的施工周期為每段10～15 d，故其頂推平均速度不足1.5 m·d-1。此外，頂推施工平臺一般位于主橋兩側(cè)的引橋上，需等引橋下部結(jié)構(gòu)施工快完成時(shí)，才能進(jìn)行頂推平臺的準(zhǔn)備工作，耗時(shí)可能達(dá)半年以上。因此，在長聯(lián)橋梁施工中，經(jīng)濟(jì)的頂推施工方案往往因工期問題而被迫棄用。

(2) 輔助墩的設(shè)置。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁頂推施工的經(jīng)濟(jì)跨徑為30～50 m，如單跨跨徑超過50 m時(shí)，需在主梁跨中先設(shè)置輔助墩，待主梁頂推到位后再拆除輔助墩，這樣既增加了投入又延長了工期，也是阻礙大跨PC梁橋采用頂推施工法的重要原因。

(3) 缺乏設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖。由于頂推設(shè)計(jì)中涉及到很多復(fù)雜的施工工藝問題，目前中國交通運(yùn)輸部尚未頒布統(tǒng)一的PC梁橋頂推設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖，因此一般設(shè)計(jì)單位在任務(wù)緊迫的情況下，只能放棄頂推施工，轉(zhuǎn)而采用先簡支后連續(xù)T梁或掛籃懸澆連續(xù)梁，這也是頂推施工連續(xù)梁未推廣開來的主要原因。

2 大跨PC等高截面連續(xù)梁的設(shè)計(jì)

針對傳統(tǒng)PC梁橋頂推施工中存在的問題，以在建的某4×64 m連續(xù)梁橋?yàn)槔?，通過引入Φ21.8大直徑預(yù)應(yīng)力束，設(shè)計(jì)了與頂推施工相匹配的PC等高截面連續(xù)梁。

2.1 主梁設(shè)計(jì)

目前，70 m主跨等高度簡支梁已成功應(yīng)用到中國的東海大橋和杭州灣跨海大橋上，蘇通大橋75 m節(jié)段拼裝連續(xù)梁中也采用了4 m高的等高截面梁[6]，因此將主跨65 m連續(xù)梁設(shè)計(jì)成等高截面是完全可行的。圖1為擬定的主梁截面，其中箱梁寬16 m，高3.8 m，全橋頂板高度保持不變，均為25 cm，底板和腹板厚度在跨中處分別為20 cm和35 cm，在支點(diǎn)處為滿足受力需要分別加厚至40 cm和60 cm。為加強(qiáng)主梁的橫向抗扭剛度，設(shè)計(jì)中在主梁跨中(厚30 cm)和支點(diǎn)(厚50 cm)處均設(shè)置橫隔板。

2.2 大直徑預(yù)應(yīng)力

考慮到頂推施工中主梁的內(nèi)力呈正、負(fù)值交替更換，與成橋狀態(tài)下主梁的內(nèi)力相差較大，因此大跨度橋梁采用頂推施工時(shí)頂?shù)装孱A(yù)應(yīng)力束設(shè)計(jì)一般分為前期束和后期束。為滿足頂推施工需要，前期束通常采用逐段張拉和接長的直線型通束；為滿足二期恒載和活載需要，后期束通常在頂推到位后在支點(diǎn)頂部和跨中底部采用短束。

對于本文設(shè)計(jì)的等高度截面梁，如果采用傳統(tǒng)的Φ15.24鋼絞線，較大的齒輪式聯(lián)結(jié)器尺寸會增加頂?shù)装搴穸?，進(jìn)而增大結(jié)構(gòu)自重和鋼束數(shù)量，不適合頂推施工。為此，表1列出了常用的Φ15.24鋼絞線、Φ21平行鋼絲和新型的Φ21.8大直徑預(yù)應(yīng)力鋼束參數(shù)對比。

表1 3種預(yù)應(yīng)力鋼束參數(shù)對比

從表1中可以看出：Φ21鋼絲橫截面積比普通Φ15.24鋼絞線面積略大一倍，這使其破斷力比值增大至1.7；而Φ21.8大直徑鋼絞線與Φ21相比，直徑變化不大，但張拉索力比普通Φ15.24鋼絞線增大了2.2倍。因此，從提高使用效率、減少孔道數(shù)和應(yīng)用新技術(shù)出發(fā)，本文在混凝土箱梁中引入Φ21.8大直徑預(yù)應(yīng)力束。目前，Φ21.8大直徑預(yù)應(yīng)力束在國外已得到了實(shí)踐的驗(yàn)證，尤其是在日本已使用多年的Φ21.8大直徑預(yù)應(yīng)力束錨具均由中國柳州OVM公司生產(chǎn)。進(jìn)入本世紀(jì)，中國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了Φ21.8大直徑預(yù)應(yīng)力的國產(chǎn)，在國內(nèi)推廣使用Φ21.8大直徑預(yù)應(yīng)力束的條件已成熟。經(jīng)大型有限元程序仿真計(jì)算分析，最終確定本橋前期束上緣和下緣分別為8孔和4孔15Φ21.8大直徑鋼絞線，采用逐段張拉和接長的直線型通束；后期束上緣和下緣分別為4孔和3孔12Φ21.8大直徑鋼絞線，采用分段布置，其位置分別位于支點(diǎn)上緣和跨中下緣。其中，后期索是在頂推到位、橋面鋪裝施工前進(jìn)行。

3 分塊預(yù)制組拼

目前，國內(nèi)大部分PC梁橋的頂推基本上沿用在支架上逐段現(xiàn)澆梁段再逐段頂推的方法。如考慮澆筑、養(yǎng)護(hù)和頂推施工等工序，每孔的工期約為10～15 d，平均建造速度不足1.5 m·d-1，施工周期長，頂推平均速度慢。為此，在湖南南縣啞吧渡大橋設(shè)計(jì)施工中提出箱梁分條分塊預(yù)制組拼頂推的施工方法[7]。該法將主梁橫向分成若干小箱梁，縱向分成若干節(jié)段并在預(yù)制場進(jìn)行節(jié)段預(yù)制，待達(dá)到強(qiáng)度后通過門吊將節(jié)段吊裝至頂推平臺，澆筑濕接縫，張拉預(yù)應(yīng)力，最后進(jìn)行頂推施工。由于實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)輕型化和裝配化，全橋頂推僅用了一臺100 t連續(xù)千斤頂，費(fèi)用低廉，對地方公路建設(shè)有很大的現(xiàn)實(shí)意義。此后，在韶關(guān)五里亭大橋施工中[8]，分塊預(yù)制組拼頂推工藝得到了推廣。

基于分塊預(yù)制組拼的上述優(yōu)點(diǎn)，本文在4×64 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工中推廣采用此項(xiàng)工藝。其中，根據(jù)現(xiàn)場龍門吊的吊裝能力，主梁分塊以長度不大于3.5 m、重量不超過150 t為原則，單跨主梁共分為16塊，長度為3.1～3.5 m，相應(yīng)的濕接縫長度為0.5 m(塊與塊之間)和1.25 m(相鄰主跨之間)。由于塊與塊之間拼裝未采用環(huán)氧樹脂干接縫，相應(yīng)的施工周期將延長4 d左右，但濕接縫確保了各分塊之間普通鋼筋的接長，主梁的整體性和耐久性更好。

箱梁塊預(yù)制完成后，即可通過橫跨拼裝臺座的兩臺龍門吊機(jī)起吊至拼裝臺座進(jìn)行拼裝，圖2為對應(yīng)的拼裝臺座。為滿足主梁頂推線形的要求，首先在拼裝臺座下打入鋼管樁，然后在臺座上安裝豎向千斤頂，用以調(diào)節(jié)其上主梁的標(biāo)高，從而確保頂推到位后線形達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于本橋頂推設(shè)計(jì)中取消了跨中輔助墩，采用臨時(shí)斜拉塔，因此在箱梁預(yù)制塊拼裝完成后，距鋼導(dǎo)梁外端64 m處的主梁上需安裝臨時(shí)主塔，張拉斜拉索。塔的高度和拉索索力由計(jì)算求得。

4 帶臨時(shí)斜拉塔頂推施工方案

本橋單跨跨徑達(dá)到了64 m，如果按傳統(tǒng)的頂推施工方法，必須在單跨跨中設(shè)置一個(gè)輔助墩，但考慮到水中設(shè)置輔助墩造價(jià)不菲，在施工中提出分塊預(yù)制組拼與臨時(shí)斜拉塔相結(jié)合的頂推施工方案。其中，臨時(shí)主塔設(shè)置在距鋼導(dǎo)梁外端64 m處的第一段預(yù)制拼裝主梁上，并通過斜拉索一端將錨固在鋼導(dǎo)梁上，另一端錨固在第一段預(yù)制拼裝主梁上。該方法有以下突出優(yōu)點(diǎn)。

(1) 斜拉索與鋼導(dǎo)梁錨固點(diǎn)類似于一個(gè)支撐，與常規(guī)頂推設(shè)置輔助墩效果相當(dāng)，減少了頂推實(shí)際跨徑，可有效減少施工預(yù)應(yīng)力，降低工程造價(jià)。

(2) 減少了輔助墩的施工和拆除工序，簡化了頂推施工，加快了頂推速度。

(3) 頂推平臺鋼管樁可就地利用橋墩鉆孔樁施工平臺的鋼管樁，減少了施工鋼材的倒運(yùn)。

(4) 臨時(shí)斜拉塔在頂推完成后可以拆除和回收，降低了工程造價(jià)。

圖3為PC梁橋分塊預(yù)制組拼與臨時(shí)斜拉塔相結(jié)合的頂推施工方案。該方案最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了箱梁分塊預(yù)制與下部基礎(chǔ)施工同步，并大大減少了水中輔助墩數(shù)量，加快了頂推施工的速度。為提高箱梁塊拼裝后的質(zhì)量，設(shè)計(jì)要求梁塊預(yù)制后在梁場需存放90 d再進(jìn)行節(jié)段拼裝，目的是為了消除大部分混凝土的收縮徐變。PC梁橋單次組拼一跨，長度為64 m，按15 d完成計(jì)，平均頂推速度可達(dá)4 m·d-1；如再計(jì)入臨時(shí)斜拉塔安裝的時(shí)間以及其他不確定性因素，3個(gè)月左右即能完成單幅256 m主梁的頂推任務(wù)。待單幅主梁頂推到位后，再將臨時(shí)斜拉塔和頂推設(shè)備轉(zhuǎn)移到另一幅主梁進(jìn)行頂推施工，則全橋施工總工期不到9個(gè)月。該方案充分體現(xiàn)了分塊預(yù)制組拼與臨時(shí)斜拉塔相結(jié)合的頂推施工技術(shù)的高效率。

5 結(jié) 語

頂推施工法造價(jià)低，占地少，不影響交通，質(zhì)量穩(wěn)定，是長橋和中等跨徑橋梁中非常具有競爭力的一種施工工藝。本文針對傳統(tǒng)PC梁橋頂推施工中存在的問題，以64 m主跨的某PC連續(xù)梁橋?yàn)槔?，通過在設(shè)計(jì)中引入Φ21.8大直徑預(yù)應(yīng)力束、施工中設(shè)置臨時(shí)斜拉塔，提出了PC梁橋分塊預(yù)制組拼頂推和臨時(shí)斜拉塔相結(jié)合的施工方案，實(shí)現(xiàn)了PC梁橋頂推施工速度和單跨跨徑的雙重突破，其研究成果可供同類橋梁的設(shè)計(jì)和施工參考。

[1] 陳恒山,吳 靜,陳湘林.頂推法施工在橋梁工程中的應(yīng)用[J].中外公路,2006,26(3):178-180.

[2] 李艷哲,蔡紅珍.桃花峪黃河大橋頂推施工方案設(shè)計(jì)與創(chuàng)新[J].施工技術(shù),2013,42(11):69-72.

[3] 付永樂.通惠河橋鋼箱梁頂推施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2007,46(3):8-10.

[4] 任 亮,方 志,上官興.大跨PC梁橋頂推新技術(shù)[J].公路,2010(3): 71-73.

[5] 趙 雨,任 亮,張 璟，等.大跨波形鋼腹板小箱梁頂推技術(shù)研究[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2014，31(11):76-79.

[6] 傅瓊閣.蘇通大橋體外預(yù)應(yīng)力箱梁施工技術(shù)[J].公路,2007(4):77-82.

[7] 上官興,蔡長貴,劉尚云.洞庭湖區(qū)橋梁建設(shè)新技術(shù)的開發(fā)研究[J].湖南交通科技,1995,21(1):16-22.

[8] 周光忠.五里亭大橋預(yù)制頂推豎曲線箱形連續(xù)梁施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2006,33(8):33-36.

[責(zé)任編輯:譚忠華]

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

江西省青年科學(xué)家培養(yǎng)對象資助項(xiàng)目(20142BCB23012)；江西省教育廳基金資助項(xiàng)目(GJJ14385)；華東交通大學(xué)校立課題資助項(xiàng)目(12TM02)

U445.462

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