论文部分内容阅读
【摘 要】 为了能保证连续刚构桥合拢前后的刚度要求以及更好的控制矮墩的受力情况，在主墩承受加大水平推力的情况下，能够安全的进行合拢，便在工程中提出了顶推施工方法。本文以某高速矮墩连续刚构桥的施工为例子，针对跨度比较大的矮墩连续刚构桥的顶推施工控制进行探究。
【关键词】 矮墩;连续刚构;合拢;顶推;施工控制
1 工程概况
该工程主桥主要使用了连续刚构体系，连续刚构桥的跨径采用的是67m+3*120m+67m的组合方式。主墩的施工过程中，使用双薄壁实心矩形截面的施工方式，这种双薄壁施工方式中的墩内、外肢中距是5.3米，截面的大小则是6.5m*1.4m，边墩的实际高度是22.5米，承台的施工高度是3.5米，连续刚构桥的基础则使用的是钻孔灌注桩，桩的直径是2米，一共使用了6根。
高速桥的边主墩本身比较矮，只占桥身跨径的1/16。为了能够降低连续刚构桥在顶推施工过程中对桥墩抗推的技术要求，为了能够最大限度的降低由于温度变化、混凝土变化以及地震对工程的影响，改变了以往先边后中的合拢施工方法，连续刚构桥的合拢过程变为：中跨——次中跨——边跨，在次中跨进行合拢之前，两端应该一起使用千斤顶进行水平顶推箱梁，当边墩开始向边跨一方发生预偏后，然后在进行连续刚构桥的合拢工作，最终实现体系的变化。
2 顶推的施工工艺
2.1顶推施工的设计
施工设计要求中规定了施加水平推力的大小是3000KN，边墩墩顶所设计的位移大小是50mm，顶推的施工过程中水平推力的测量是施工过程中最重要的检测内容之一，用来辅助墩顶的位移量进行校核。合拢段在施工中使用临时锁定结构，而临时锁定结构也就是使用了以顶推结构为基础的体外劲性支架，与体内临时锁定结构比较起来，体外劲性支架有一显著的优势，就是在施工过程中不用张拉临时预应力束来加强锁定结构的刚度，极大地简化了施工过程，加快了施工进度，在连续刚构桥合拢后，再将体外支架拆掉，这样的施工方式保证了连续刚构桥合拢段箱梁的截面的刚度，也确保了施工过程中所有的检测指标都符合设计要求。
在次中跨施工过程中将临时锁定结构一头进行固定，另一头设计成活动的，在能够活动的一端安装千斤顶顶推装置，等顶推施工结束后，再进行焊接锚固工作，最后将千斤顶装置进行拆除。顶推的锁定结构如下图1：
图1 顶推的锁定结构图
2.2顶推施工控制
2.2.1预埋件施工控制
根据连续刚构桥的设计要求，应该在合拢段的两边距离最近的块段上安装预埋钢板，这些钢板都是顶推施工过程中使用的，其中包括止推预埋钢板和限位预埋钢板，两侧的预埋钢板要处在同一水平面上，预埋的高度要比混凝土表面高5mm，这样做的目的是为了方便焊接工作的进行。与此同时，还应该在两块段所对应的地方上安装三对测量钢棒，目的是为了能够方便的对轴线和高程进行观测。
2.2.2顶推和止推件加工的控制
顶推和止推件都是由槽钢、钢板以及工字钢组合而成，施工过程中可以根据工程具体工期的长短，两端的合拢工作可以分开进行，这样的施工方法可以节省设备，顶推设备只需使用一组（共8个），但是止推件采用的是全焊接的方法，这就需要加工制作16个，在焊接过程中一定要按照焊接要求进行，保证焊接缝的质量能够满足设计要求。
2.2.3顶推件和千斤顶施工控制
在进行次边跨合拢段的施工过程中，必须先在预设位置上安装合拢吊架，但是底篮却不能抽紧。这时候在进行顶推设备的安装过程中，在顶推件安装完工以及止推件的焊接工作完成以后，然后进行顶推千斤顶和油泵的安装，根据设计规定每一个推点都必须保证提供的推力大于等于750KN，所以，在选择设备的时候应该选1000KN的千斤顶和与之相配套的油泵设备，这些工作完成后，最后必须对千斤顶设备制作一些限位保护。
2.2.4测量控制点的控制
连续刚构桥合拢段的施工过程中测量的主要内容有：轴线和标高。在顶推施工完成后要要对箱梁的轴线和标杆进行测量，看看有没有较大的变化。应该避免因为施工过程中由于受力不平衡而导致轴线发生较大的偏差。所以，在施工过程中为检测工作提供了一套全站仪和一套水准仪。然后再利箱梁施工阶段安装的三对钢棒进行测量。
2.2.5顶推施工控制
在所有的准备工作完成后，在逐步进行顶推施工。整个顶推施工过程分为三级加载，第一级要完成1000KN的加在，也就是每一个提供250KN，当油表的读数与设定值相同的时候，保持一定的压力，与此同时，对墩顶的偏位和高程进行测量，然后和第一级的加载值进行对比，如果对比的数据没有显著的偏差，那么再进行第二级的加载，沿袭以上的操作步骤一直进行到第三级加载结束。
在第三级加在加载结束后，测量的边墩偏位移分别是44mm、44mm、46mm、45mm，平均值设定比较小，但千斤顶已经达到规定值，并且偏位数值也非常的相似。经过施工方和设计人员的商定后，当决定固定的时候，再进行焊接工作。
2.2.6合拢段混凝土施工控制
在顶推施工结束后，应该立即将吊架底篮提升起来，然后进行正常的钢筋水泥施工，当外界的温度维持在20摄氏度，即设计合拢温度的时候，再对合拢段实施混凝土施工。
3 顶推施工的特点
3.1顶推施工方法主要是对墩顶施加一定的推力，进而降低墩顶的弯矩峰值，对刚构桥的主梁的几乎没有什么影响，取得明显的工程效果。
3.2顶推施工过程中要是将桥墩朝边跨的一端进行预偏，通过这样的方式来降低体系转换、混凝土收缩而引发的单项偏移，进而保证桥墩的受力更加合理化。
3.3顶推施工过程中的合拢段临时锁定结构使用的是体外劲性支架，这种方式简化了施工过程，加快了施工进度，将体外支架拆掉之后，保证了连续刚构桥合拢段箱梁的界面的刚度，施工过程中所有的指标符合计算条件。 3.4顶推施工办法改了以往改变了先边后中的合拢施工方法，连续刚构桥的合拢过程变为：中跨——次中跨——边跨，这样的合拢方式和大桥的建设关键步骤一致，能极大地缩短施工周期。
4 顶推力的计算以及调整
4.1顶推力计算
整个桥梁的建设使用Midas/Civil2006来建立有限元的模型，通过对模型进行计算来分析不同原因对顶推力的不同作用，理论上的计算如下表1所示。
表1 各种工况作用下墩顶的位移
工况 桥墩编号
P2 P3
整体升温5度 3.8 4.0
整体升温15低 11.3 11.9
整体升温25度 18.9 19.8
收缩徐变 18.6 19.8
顶推力1000KN 41.7 43.1
针对顶推力实际操作中，结合以往的施工经验和施工现场条件，提出了两种建议：（1）顶推力使用能够克服合拢温度和设计合拢温度之差而需要的顶推力值。（2）顶推力使用能够克服合拢温度和设计温度之间的差异，进而克服桥墩水凝土收缩徐变。经过最终的研究确定，顶推力大小和偏移量的大小。
4.2顶推力调整
顶推施工过程中，分别要由四位熟练操作工人和4台千斤顶设备同时进行工作，在每一级的施工结束后，要对千斤顶油泵进行稳油操作，然后再按照监工方案再对工程进行测量。等顶推施工工作全部完成后，要对千斤顶的油压进行维稳，然后迅速对劲性支架的自由端进行焊接，最终完成顶推的施工工作。原理为：
4.2.1在预紧工作完成后，在进行分级顶推施工过程中，因为千斤顶的型号不一致，再加上操作是由人工完成的，这就不能确保千斤顶进行同时工作，所以在25%以及50%这两个级进行顶推施工中，千斤顶发生的位移偏差比较大，随后会伴随着工程施工的进行逐渐降低，最终达到设计的位移值。
4.2.2在千斤顶达到规定值的时候，每一个千斤顶的平均位移是23mm，这个位移量和设计要求还有相当大的差距。通过测量和分析，可以采取再继续增加顶推，虽然达到的最终结果和设计位移量有一定的差距，但是也达到设计位移量的要求，符合安全要求。
5 总结
在这个项目施工过程中，使用千斤顶对墩顶施加水平推力，这极为有效地减小了墩顶内力和位移量的变化，并且还能对主梁的内力产生一定积极作用，施工结束后的检测结果发现墩顶的实际位移量和设计的位移量非常的接近，进而使施工满足设计的要求。顶推施工方案在矮墩连续刚构桥施工中的顺利的实施，并且还取得相当不错的效果，这为矮墩连续刚构桥的建设提供了宝贵的施工控制经验。
在国内矮墩连续刚构桥的施工设计文献中包含了很多施工设计控制办法，比如：悬臂T构加重、合拢后卸载，与种方式采用的体系不同，通过改变内力差来改善矮墩施工过程中的受力，但是需要在施工过程中添加一定的预应力束，并且施工过程非常的繁琐。施工过程中使用无承台结构，这种方式直接将墩与桩连接在一起，虽然在一定程度上能够减少矮墩的抗推刚度，但是增加了矮墩的柔度，这就导致矮墩的防撞击能力降低，不适合用在本工程中。顶推工艺在矮墩连续刚构桥合拢工程中的成功运用，为日后的施工提出了新的方案和洗的设计思路，促使刚构桥梁结构在桥梁建设中的发展。
参考文献：
[1]马卫华，孙全胜.连续刚构桥非高温顶推合拢试验分析.《低温建筑技术》.2011年4期
[2]罗勋，樊长刚，杨健.连续刚构桥顶推合拢的计算分析及施工监控.《广东公路交通》.2009年1期
[3]徐咏梅，刘和平.大跨度连续刚构桥合拢段顶推施工控制研究.《河南科技》.2013年13期
【关键词】 矮墩;连续刚构;合拢;顶推;施工控制
1 工程概况
该工程主桥主要使用了连续刚构体系，连续刚构桥的跨径采用的是67m+3*120m+67m的组合方式。主墩的施工过程中，使用双薄壁实心矩形截面的施工方式，这种双薄壁施工方式中的墩内、外肢中距是5.3米，截面的大小则是6.5m*1.4m，边墩的实际高度是22.5米，承台的施工高度是3.5米，连续刚构桥的基础则使用的是钻孔灌注桩，桩的直径是2米，一共使用了6根。
高速桥的边主墩本身比较矮，只占桥身跨径的1/16。为了能够降低连续刚构桥在顶推施工过程中对桥墩抗推的技术要求，为了能够最大限度的降低由于温度变化、混凝土变化以及地震对工程的影响，改变了以往先边后中的合拢施工方法，连续刚构桥的合拢过程变为：中跨——次中跨——边跨，在次中跨进行合拢之前，两端应该一起使用千斤顶进行水平顶推箱梁，当边墩开始向边跨一方发生预偏后，然后在进行连续刚构桥的合拢工作，最终实现体系的变化。
2 顶推的施工工艺
2.1顶推施工的设计
施工设计要求中规定了施加水平推力的大小是3000KN，边墩墩顶所设计的位移大小是50mm，顶推的施工过程中水平推力的测量是施工过程中最重要的检测内容之一，用来辅助墩顶的位移量进行校核。合拢段在施工中使用临时锁定结构，而临时锁定结构也就是使用了以顶推结构为基础的体外劲性支架，与体内临时锁定结构比较起来，体外劲性支架有一显著的优势，就是在施工过程中不用张拉临时预应力束来加强锁定结构的刚度，极大地简化了施工过程，加快了施工进度，在连续刚构桥合拢后，再将体外支架拆掉，这样的施工方式保证了连续刚构桥合拢段箱梁的截面的刚度，也确保了施工过程中所有的检测指标都符合设计要求。
在次中跨施工过程中将临时锁定结构一头进行固定，另一头设计成活动的，在能够活动的一端安装千斤顶顶推装置，等顶推施工结束后，再进行焊接锚固工作，最后将千斤顶装置进行拆除。顶推的锁定结构如下图1：
图1 顶推的锁定结构图
2.2顶推施工控制
2.2.1预埋件施工控制
根据连续刚构桥的设计要求，应该在合拢段的两边距离最近的块段上安装预埋钢板，这些钢板都是顶推施工过程中使用的，其中包括止推预埋钢板和限位预埋钢板，两侧的预埋钢板要处在同一水平面上，预埋的高度要比混凝土表面高5mm，这样做的目的是为了方便焊接工作的进行。与此同时，还应该在两块段所对应的地方上安装三对测量钢棒，目的是为了能够方便的对轴线和高程进行观测。
2.2.2顶推和止推件加工的控制
顶推和止推件都是由槽钢、钢板以及工字钢组合而成，施工过程中可以根据工程具体工期的长短，两端的合拢工作可以分开进行，这样的施工方法可以节省设备，顶推设备只需使用一组（共8个），但是止推件采用的是全焊接的方法，这就需要加工制作16个，在焊接过程中一定要按照焊接要求进行，保证焊接缝的质量能够满足设计要求。
2.2.3顶推件和千斤顶施工控制
在进行次边跨合拢段的施工过程中，必须先在预设位置上安装合拢吊架，但是底篮却不能抽紧。这时候在进行顶推设备的安装过程中，在顶推件安装完工以及止推件的焊接工作完成以后，然后进行顶推千斤顶和油泵的安装，根据设计规定每一个推点都必须保证提供的推力大于等于750KN，所以，在选择设备的时候应该选1000KN的千斤顶和与之相配套的油泵设备，这些工作完成后，最后必须对千斤顶设备制作一些限位保护。
2.2.4测量控制点的控制
连续刚构桥合拢段的施工过程中测量的主要内容有：轴线和标高。在顶推施工完成后要要对箱梁的轴线和标杆进行测量，看看有没有较大的变化。应该避免因为施工过程中由于受力不平衡而导致轴线发生较大的偏差。所以，在施工过程中为检测工作提供了一套全站仪和一套水准仪。然后再利箱梁施工阶段安装的三对钢棒进行测量。
2.2.5顶推施工控制
在所有的准备工作完成后，在逐步进行顶推施工。整个顶推施工过程分为三级加载，第一级要完成1000KN的加在，也就是每一个提供250KN，当油表的读数与设定值相同的时候，保持一定的压力，与此同时，对墩顶的偏位和高程进行测量，然后和第一级的加载值进行对比，如果对比的数据没有显著的偏差，那么再进行第二级的加载，沿袭以上的操作步骤一直进行到第三级加载结束。
在第三级加在加载结束后，测量的边墩偏位移分别是44mm、44mm、46mm、45mm，平均值设定比较小，但千斤顶已经达到规定值，并且偏位数值也非常的相似。经过施工方和设计人员的商定后，当决定固定的时候，再进行焊接工作。
2.2.6合拢段混凝土施工控制
在顶推施工结束后，应该立即将吊架底篮提升起来，然后进行正常的钢筋水泥施工，当外界的温度维持在20摄氏度，即设计合拢温度的时候，再对合拢段实施混凝土施工。
3 顶推施工的特点
3.1顶推施工方法主要是对墩顶施加一定的推力，进而降低墩顶的弯矩峰值，对刚构桥的主梁的几乎没有什么影响，取得明显的工程效果。
3.2顶推施工过程中要是将桥墩朝边跨的一端进行预偏，通过这样的方式来降低体系转换、混凝土收缩而引发的单项偏移，进而保证桥墩的受力更加合理化。
3.3顶推施工过程中的合拢段临时锁定结构使用的是体外劲性支架，这种方式简化了施工过程，加快了施工进度，将体外支架拆掉之后，保证了连续刚构桥合拢段箱梁的界面的刚度，施工过程中所有的指标符合计算条件。 3.4顶推施工办法改了以往改变了先边后中的合拢施工方法，连续刚构桥的合拢过程变为：中跨——次中跨——边跨，这样的合拢方式和大桥的建设关键步骤一致，能极大地缩短施工周期。
4 顶推力的计算以及调整
4.1顶推力计算
整个桥梁的建设使用Midas/Civil2006来建立有限元的模型，通过对模型进行计算来分析不同原因对顶推力的不同作用，理论上的计算如下表1所示。
表1 各种工况作用下墩顶的位移
工况 桥墩编号
P2 P3
整体升温5度 3.8 4.0
整体升温15低 11.3 11.9
整体升温25度 18.9 19.8
收缩徐变 18.6 19.8
顶推力1000KN 41.7 43.1
针对顶推力实际操作中，结合以往的施工经验和施工现场条件，提出了两种建议：（1）顶推力使用能够克服合拢温度和设计合拢温度之差而需要的顶推力值。（2）顶推力使用能够克服合拢温度和设计温度之间的差异，进而克服桥墩水凝土收缩徐变。经过最终的研究确定，顶推力大小和偏移量的大小。
4.2顶推力调整
顶推施工过程中，分别要由四位熟练操作工人和4台千斤顶设备同时进行工作，在每一级的施工结束后，要对千斤顶油泵进行稳油操作，然后再按照监工方案再对工程进行测量。等顶推施工工作全部完成后，要对千斤顶的油压进行维稳，然后迅速对劲性支架的自由端进行焊接，最终完成顶推的施工工作。原理为：
4.2.1在预紧工作完成后，在进行分级顶推施工过程中，因为千斤顶的型号不一致，再加上操作是由人工完成的，这就不能确保千斤顶进行同时工作，所以在25%以及50%这两个级进行顶推施工中，千斤顶发生的位移偏差比较大，随后会伴随着工程施工的进行逐渐降低，最终达到设计的位移值。
4.2.2在千斤顶达到规定值的时候，每一个千斤顶的平均位移是23mm，这个位移量和设计要求还有相当大的差距。通过测量和分析，可以采取再继续增加顶推，虽然达到的最终结果和设计位移量有一定的差距，但是也达到设计位移量的要求，符合安全要求。
5 总结
在这个项目施工过程中，使用千斤顶对墩顶施加水平推力，这极为有效地减小了墩顶内力和位移量的变化，并且还能对主梁的内力产生一定积极作用，施工结束后的检测结果发现墩顶的实际位移量和设计的位移量非常的接近，进而使施工满足设计的要求。顶推施工方案在矮墩连续刚构桥施工中的顺利的实施，并且还取得相当不错的效果，这为矮墩连续刚构桥的建设提供了宝贵的施工控制经验。
在国内矮墩连续刚构桥的施工设计文献中包含了很多施工设计控制办法，比如：悬臂T构加重、合拢后卸载，与种方式采用的体系不同，通过改变内力差来改善矮墩施工过程中的受力，但是需要在施工过程中添加一定的预应力束，并且施工过程非常的繁琐。施工过程中使用无承台结构，这种方式直接将墩与桩连接在一起，虽然在一定程度上能够减少矮墩的抗推刚度，但是增加了矮墩的柔度，这就导致矮墩的防撞击能力降低，不适合用在本工程中。顶推工艺在矮墩连续刚构桥合拢工程中的成功运用，为日后的施工提出了新的方案和洗的设计思路，促使刚构桥梁结构在桥梁建设中的发展。
参考文献：
[1]马卫华，孙全胜.连续刚构桥非高温顶推合拢试验分析.《低温建筑技术》.2011年4期
[2]罗勋，樊长刚，杨健.连续刚构桥顶推合拢的计算分析及施工监控.《广东公路交通》.2009年1期
[3]徐咏梅，刘和平.大跨度连续刚构桥合拢段顶推施工控制研究.《河南科技》.2013年13期