桥涵施工与养护：顶推法施工优势及应用

顶推法施工的构思，源于钢桥架设中普遍采用的纵向拖拉法。但由于混凝土结构自重大，滑道设备过于庞大，而且配置承受施工中变号内力的预应力筋也比较复杂，因而这种方法未能很早实现。随着预应力混凝土施工技术的发展和高强低摩阻滑道材料（聚四氟乙烯塑料）的问世，至20世纪60年代初，联邦德国首创用此法架设预应力混凝土桥梁获得成功。目前，顶推法施工已作为架设连续梁桥的先进工艺，在世界各国得到了广泛的应用。

（一）顶推法施工原理及基本工序

顶推法的施工原理是：沿桥纵轴方向的台后开辟预制场地，分节段预制混凝土梁身，并用纵向预应力筋连成整体，然后通过水平液压千斤顶施力，借助不锈钢板与聚四氟乙烯模压板（亦称四氟板）特制的滑动装置，将梁逐段向对岸顶进，就位后落架，更换正式支座完成桥梁施工。

顶推法施工的基本工序为：在桥台后面的引道上或在刚性好的临时支架上设置制梁场，集中制作（现浇或预制装配）等高度的箱形梁段（约10～30 m一段），待有2～3段后，在上、下翼板内施加能承受施工中变号内力的预应力，然后用水平千斤顶等顶推设备将支承在四氟板与不锈钢板滑道上的箱梁向前推移，推出一段再接长一段，这样周期性地反复操作直至最终位置，进而调整预应力（通常是卸除支点区段底部和跨中区段顶部的部分预应力筋，并且增加和张拉一部分支点区段顶部和跨中区段底部的预应力筋），以满足后加恒载和活载内力的需要，最后将滑道支承移置成永久支座，至此施工完毕。

由于四氟板与不锈钢板间的摩擦系数小，仅为0.02～0.05，故梁重即使达1×105kN，也只需5 000 kN以下的力即可推出。

（二）顶推施工方法及特点

1.顶推方法

顶推法施工的关键是顶推工作，核心问题在于应用有限的顶力将梁顶推就位。聚四氟乙烯的问世，为我们提供了摩擦系数很小的材料，使施工水平有了很大的提高。

顶推的施工方法很多，依照顶推的施力方法、顶推的方向和支承系统等可以分为很多类：按施力方法分为单点顶推和多点顶推；按顶推方向分为单向顶推和双向顶推；按支承系统分为临时滑动支承和使用与永久支承兼用的滑动系统。

（1）单点顶推。

单点顶推水平力的施加位置，一般集中设置于主梁预制场附近的桥台或某一桥墩，其他墩台支点只设置滑道支承。

图12-2-5（a）表示一般单向单点顶推的情况。顶推设备只设在一岸桥台处。在顶推中为了减少悬臂负弯矩，一般要在梁的前端安装一节长度约为顶推跨径0.6～0.7倍的钢导梁，导梁应自重轻而刚度大。单向顶推最宜于建造跨度为40～60 m的多跨连续梁桥。当跨度更大时，就需在桥墩间设置临时支墩，国外已用顶推法修建了跨度达168 m的桥梁。至于顶推速度，当水平千斤顶行程为1 m/h时，一个顶推循环需10～15 min。国外最大速度已达到16 m/h。

（2）多点顶推。

在每个墩台上设置一对小吨位（400～800 kN）的水平千斤顶，将集中的顶推力分离到各墩上。由于利用水平千斤顶传给墩台的反力来平衡梁体滑移时在桥墩上产生的摩阻力，而使桥墩在顶推过程中承受较小的水平力，因此多在柔性墩上采用多点顶推施工。

对于特别长的多联多跨桥梁也可以应用多点顶推的方式，使每联单独顶推就位，如图12-2-5（b）所示。在此情况下，在墩顶上均可设置顶推装置，且梁的前后端都应安装导梁。如图12-2-5（c）所示为三跨不等跨连续梁采用从两岸双向顶推施工的图式。用此法可以不设临时墩而建中跨跨径更大的连续梁桥。

图12-2-5　连续梁顶推法施工示意图

1—制梁场；2—梁段；3—导梁；4—千斤顶；5—支座；6—临时墩；7—建成梁段；8—平衡重。

2.顶推装置和滑道装置

顶推施工中采用的主要设备是千斤顶和滑道。根据不同的传力方式，顶推工艺又有推头式或拉杆式2种。

图12-2-6表示推头式顶推装置。图12-2-6（a）是设置在桥台上进行顶推的装置，利用竖向千斤顶将梁顶起后，启动水平千斤顶推动竖顶（推头），由于推头与梁底间橡胶垫板（或粗齿垫板）的摩擦力显著大于推头与桥台间滑板的摩擦力，这样就能将梁向前移动。一个行程推完后，降下竖顶使梁落在支承垫板上，水平千斤顶退回，竖顶返回原位置，然后又重复上述循环将梁推进。图12-2-6（b）为多点顶推时安装在桥墩上的顶推装置。顶推时梁体压紧在推头上，水平顶拉动推头使其沿钢板滑移，这样就将梁推动前进。水平顶走完一个行程后，用竖顶将梁顶起，水平顶活塞杆带动推头退回原处，再落梁并重复将梁推进。推头式顶推工艺的主要特点是在顶推循环中必须有竖向千斤顶顶起和放落的工序。

图12-2-6　推头式顶推装置

图12-2-7表示拉杆式顶推装置的布置。图12-2-7（a）的顶推工艺为：水平千斤顶通过传力架固定在桥墩（台）顶部靠近主梁的外侧，装配式的拉杆用连接器接长后与埋固在箱梁腹板上的锚固器相连接，驱动水平千斤顶后活塞杆拉动拉杆，使梁借助梁底滑板装置向前滑移，水平顶每走完一个行程后，就卸下一节拉杆，然后水平顶回油使活塞杆退回，再连接拉杆并进行下一顶推循环。也可以用图12-2-7（b）中所示穿心式水平千斤顶来拉梁前进，在此情况下，拉杆的一端固定在梁的锚固器上，另一端穿过水平顶后用夹具锚固在活塞杆尾端，水平顶每走完一个行程，活塞杆退回，夹具自动放松，然后重新用夹具锚固拉杆并进行下一顶推循环。采用拉杆式顶推装置的主要优点是：在顶推过程中不需要用竖顶作反复顶梁和落梁的工序，这就简化了操作并加快了推进速度。(www.xing528.com)

图12-2-7　拉杆式顶推装置

在顶推过程中要严格控制梁体两侧千斤顶同步运行。为了防止梁体在平面内发生偏移（特别是单点顶推），通常在墩顶梁体旁边设置横向导向装置。

图12-2-8（a）和（b）为顶推法常用的滑道装置，它由设在墩顶的混凝土滑台、铬钢板和滑板组成。滑板由上层氯丁橡胶和下层聚四氟乙烯板镶制而成，橡胶板与梁体接触以增大滑板与梁体的摩擦力，而聚四氟乙烯板与铬钢板接触使摩擦力减至最小。滑板的外形尺寸有420 mm×420 mm，200 mm×400 mm，500 mm×200 mm等数种，厚度有21 mm、31 mm、40 mm几种。

图12-2-8（a）所示的滑道，当滑板从铬钢板的一侧滑移至另一侧时须停止前进，而用竖向千斤顶将梁顶起，将滑板移至原来位置，然后再使竖向千斤顶回油，将梁落在滑板上，重复顶推过程。

图12-2-8（b）所示的滑道，在滑道顶推时，应连续喂入滑板，可节省竖向千斤顶的操作工序，加快顶进速度，但应注意滑板进出口处要做成顺畅的弧面，以免损坏昂贵的滑板。

图12-2-8　滑道构造

3.顶推施工中预应力筋的布置

采用顶推施工的连续梁预应力筋，分为满足顶推阶段受力要求的前期力筋和满足使用阶段受力要求的后期力筋。

顶推法施工的连续梁，施工过程中梁各截面都会出现最大的正负弯矩。为保证顶推过程中各截面有足够的抗弯强度，前期力筋常沿梁顶、梁底通长布置，使之产生中心的预加压力最为有效。锚头可采用吨位较小且便于接长和拆除的墩头锚、轧丝锚等，根据施工受力要求可随意拆装；待顶推完毕后，在跨中底部和支点的顶部增加局部后期力筋，以满足使用荷载作用下的内力要求（见图12-2-9）。有时除顶推时在上、下缘布置前期通长直线筋外，顶推完毕后也可在腹板内设置并张拉后期弯筋，在支点的顶部及跨中的底部设置后期直线短筋（见图12-2-10）。由于顶推施工的连续梁施工阶段内力包络图与设计内力包络图很不一致，因而有些前期力筋在最后形成连续梁后需予以拆除。

图12-2-9　顶推法施工时连续梁的纵筋布置形式之一

图12-2-10　顶推法施工时连续梁的纵筋布置形式之二

顶推法施工采用逐段预制、逐段顶推、分段张拉力筋的施工方法，前期通长力筋常采用逐段接长张拉，力筋接长使用连接器，接长长度一般选用两个梁段，间隔排列，即在每个施工面上有半数力筋通过，半数力筋接长，这样可减少连接器数量，改善主梁受力，简化施工（见图12-2-11）。

图12-2-11　逐段接长力筋的布置

4.顶推施工法的特点

（1）顶推法施工时，主梁节段预制，连续作业，结构整体性较好。由于不需大型起重设备，所以节段长度可根据预制场地条件选用，一般取10～20 m。

（2）梁节段在预制场预制，避免高空作业，同时模板和设备可多次周转使用。

（3）顶推法宜在等截面梁上使用，但当桥跨过大时，选用等截面会造成材料的不经济，也增加施工难度，因此顶推法应以中等跨径的连续梁为宜，推荐的顶推跨径为40～50 m，桥梁的总长也以500～600 m为宜。

（4）顶推施工平稳、安全、无噪声，可以在深水、山谷中采用，也可在曲率相同的弯桥上使用。

（5）顶推时，梁的受力状态变化较大，施工时的应力状态与运营时的应力状态相差较大，因此在截面设计和预应力筋布置时要同时满足施工与运营荷载的要求。在施工时也可采取加设临时墩、导梁或其他措施，以减少施工应力。