跨既有线顶推施工预应力混凝土箱梁设计及施工需要注意的问题.pdf

跨 既 有 线 顶 推 施 工 预 应 力 混 凝 土 箱 梁 设 计 及 施 工 需 要 注 意Ih-I题 苏国明 ( 中铁第五勘察设计院集团有限公司桥梁院，北京102600) 桥粢 摘要：为避免对铁路运营的干扰，上跨既有铁路桥梁常用的施工方法有转体法及顶推法，转体法要点时间短，施 工过程无体系转换，在条件不受限的情况下应是首选方棠；当桥住处受既有建筑物影响无法转体时，可考虑采用项 推法。考虑到后期养护维修需要，一般不宜采用钢结构跨越既有线。采用顶推法施工的预应力混凝土梁，设计时 需考虑顶推，I 当时束配王、导粱与混凝土梁连接、永久墩及临时墩刚度、粱底合理线形等；顶推施工时易出现顶推力 过大、滑道变形、滑块无法塞入、墩顶位移过大、墩底开裂、导梁与混凝土连接处梁体开裂等问题，均提出了相应解 决方案。 关键词：预应力混凝土；既有线；顶推施工 中图分类号：U 445462文献标识码：A文章编号：10042954(2012)02003l 一03 A nal ysi s f or K ey Pr obl em si n D esi gn andC onst ruct i onofPrest ress ed Concret eBoxG i r derw i t hIncrem ent al Launchi ngM et hod C r ossi ng O ver Exi sti ng Li ne Su G uom i ng (Chi naRai lw ayFi ft hSur veyandD esignInst i t ut eG roupCo。Ltd，Beij i ng 102600) A bst ract ：Thebri dge cros si ng overan exi st i ng li neare com m onl y erect ed byswi ng m et hodand i ncrem ent al launchi ng m ethodt oavoi dt hei nt er fer enceon rai l w ayt raf fi cSwi ng m ethodshoul dbet he preferred m et hodw hent heconst ruct i oncondi t i ons arenot l i m i t ed，w i t hw hi ch t heconst ruct i on per i od i s shortandw i t hout syst emconver sionIncr em ent allaunchi ng m ethod m ay be adopted w hent he bri dge i s l ocat edne ar by t he exi sti ngbui l di ngs andcannotbe sw ungSt eelbri dge shoul dnotbe adopt ed i nt he cas eof crossi ng overt he exi sti ng l inebecauseoft hem ai ntenanceneedsi nt he f utur eAim i ng att he prest ressed conc ret ebox gi rderby i ncrem ent al launchi ng m et hod，t he paperput s for w ardrel evant sol uti onsaboutt heunderm ent ioned pr obl em s：w hendesign，theproblem s aret he confi gurat i on of t em por ar y st eel tendon，connect ion betw een gui de beamandconcret e gi rder，ri gi di t y of per m anentpi er and t em porar ypi er ，t heali gnm ent of gi rderbot tom ，et c；w hencons truct ion，t heprobl em s ar et he exces si ve launchi ngforce，deform at i on ofsli de w ay，t roubl e onsli der i nser t i ng，excessi ve defor m at i onon piert op，cracki ng att he pi er bot tomandatt he j oi nt bet w een gui de beamandconcret e gir der ，er e K eyw ords：prestr essedconcret e；exi st i ngl i ne；i ncrem ent all aunchi ng const ruct i on 1 概述 顶推的基本原理是箱梁重力通过滑块作用于支撑 墩上。通过连续作用千斤顶拽拉牵引钢绞线，克服滑块 与滑道板之间的摩擦来达到梁体向前顶进。顶推过程 中，由于支撑位置的变化，梁体每个截面都承受正负弯 收稿日期：201l IO O B 作者简介：苏同明(1971一)男高级T程师1993年毕业于同济大学 工学学士。 铁道标准设计R AILW AYSTA N D A R DD E SI G N2012( 2) 矩的交替变换，需要根据顶推过程控制弯矩配置顶推 用临时束，钢束配置原则布于顶、底板，不张拉腹板柬， 顶、底板配束根数基本相当；导梁的刚度会影响顶推过 程梁体应力。一般取主梁刚度的16110；主墩及临 时墩需考虑支撑反力的110作为水平力，如果牵引千 斤顶作用于此墩，则按两者差值考虑，如梁体在纵坡上 需叠加考虑。 以下结合工程实例。介绍跨既有线顶推梁的设计 及施工问题。 31 桥渠 苏国明一跨既有线顶推施工预应力混凝土箱梁设计及施工需要注意的问题 2简支钢管混凝土拱桥顶推设计及施工 北京市通州区通顺路改建需上跨既有京承铁路， 与既有京承铁路夹角为28。，拟定的全桥孔跨布置为： 1孔40m 简支箱梁+1孔128m 下承式简支钢管混凝 土拱桥+1孔40m 简支箱梁，主跨位于R =2 300m 的 竖曲线上。 主桥采用梁拱组合结构，与一般体外系杆拱桥不 同的是必须采用先梁后拱的施工方法拱肋位于系梁 中间，系梁顶推就位后拱肋的安装架设对桥下铁路运 营均无干扰。系梁总长13lm ，分3段浇筑36 5m + 861m +84m ，中间段861m 长为顶推梁段，两侧为 原位现浇，两侧梁段端部有端隔墙及拱脚，重力大，采 用分3段的方式减轻了顶推重力，顶推重力 为52809kN 。 系梁采用单箱三室的箱形断面，系梁高2 8 m ，顶 宽290m ，底宽205m ；顶板厚028m ，底板厚 025m 中腹板厚050m ，边腹板厚035111；中室在端 部60m 范围内为实心段。导梁采用前、后导粱，前导 梁为箱形，均与中腹板连接。 本桥的特点是与既有线斜交角度小( 图1)，为尽 量减少顶推跨度，控制在40m 以内，临时墩顺铁路方 向布设，前导粱采用箱形顶推过程中存在前导粱一侧 受力而另一侧不受力的情况，即形成空间梁格体系，而 箱形钢导粱抗扭能力强，满足受力需要；由于桥宽达 28m ，如临时墩横向位置对应外侧腹板，将使顶推跨度 加大很多，顶推过程粱体应力通不过；加设后导梁，减 少混凝土梁体后悬臂长度，满足了顶推过程的梁体受 力需要；顶推时各墩滑道顶高程位于同心圆上，以拟 合主梁竖曲线，保证顶推过程各墩不会出现脱空现象； 顶推阶段顶板配置34束15 7t h5m m 钢束；底板配置 52束157t k5m m 钢束。 卜漠戳i托 Jl 国冷事蕤越：呈j馥 图1临时墩平面布置l 单位：cm 施工阶段对于滑道高程、滑块质量、导梁与混凝土 连接部质量控制很好，整个顶推过程很顺利，最小摩阻 系数不到003。 3预应力混凝土连续梁顶推设计殛施工 唐山市开平区建华东道上跨铁路专用线采用 (30+40+2x30) ITI及3x28m 两联连续粱跨越既有线， 均采用顶推施工法。 结构采用单箱三室斜腹板、等高度箱形截面，梁高 22m 结构顶面设2的横坡，截面中心处梁高 237111。箱梁顶板宽170m 底板宽9565m ，两侧悬 臂板长各32nl 。箱梁顶板厚度为28cm ，中墩顶和边 支点处增至38cm ；底板厚度为25cm ，中墩顶和边支 点处增至35em ：边腹板、中腹板厚度为60cm 。顶推 粱段按10m 左右设置l道小横梁，厚45cm ，两侧现浇 部分不设置。 桥墩采用双柱式门形桥墩，墩柱采用矩形截面，四 周倒半径20cm 的圆弧，墩顶两墩柱之间用一矩形截 面系梁联结系梁顶距离墩柱顶30cm ，墩柱截面为 15 m ( 横桥向) x22m ( 纵桥向)，墩顶系梁为12 nl (竖直)18m (水平)截面。 本桥的特点是主墩的设计需考虑顶推到位落梁需 要，故墩顶加设系粱，系梁设计需考虑起顶受力需要； 由于顶推过程需横向限位，而主墩位置处于中间腹板 处，导致横向限位设置困难。 横向限位采用钢管立柱，与永久墩采用钢管在墩 顶横向连接在靠近铁路侧横向限位受限界控制，只能 与永久墩斜交布置。如图2、图3所示。 32铁道缸m I ? 图3横向曝位详圈 释A YsT A X B A R nD Es 苏国明一跨既有线顶推施工预应力混凝土箱粱设计及施T 需要注意的问题 4铁路简支箱梁顶推设计及施工 新建衡茶吉铁路跨越武广客运专线处有3条铁 路，武广客运专线、京广铁路及环发线(铁路专用线)， 形成一个三角地带，如果采用转体施工，顺武广客运专 线悬灌时将侵入京广铁路限界，并且墩高近40m ，转 体不可行；在武广客运专线上采用支架现浇风险大，时 间长，难以获得批准综合考虑采用一7L48r ll 曲线简 支箱梁顶推施工，具有施工速度快、跨武广客运专线施 工时间短、桥墩及梁顶无需加宽等优点。如图4所示。 图41页推施工现场情撮 梁长486m 计算跨度为475m 。梁高为40m 、 顶宽69、底宽36m (梁端变为43m ) 。跨中截面顶 板厚345cm ，底板厚30cm ，腹板厚为32cm ；支点截 面顶板厚645cm ，底板厚70cm ，腹板厚为105cm 。 一孔梁混凝土3454m 3。 梁体预应力束分为成桥后永久用钢束及顶推阶段 用临时钢束，临时钢束包括8根顶板束及2根底板束， 均采用体内束形式，其中临时钢束不灌浆，顶推完成后 需拆除。顶推时由于支撑体系不断变化，使得梁体各 个截面正负弯矩交替变化，需要设置顶板临时束及底 板临时束，并张拉底板永久束，而腹板束不张拉，使梁 体截面上下缘均匀受压，满足顶推阶段各种工况的 需要。 临时墩柱为击1 000m m xl 6m rll 钢管柱，最大墩高 3979 m ，单个桥墩设置4根钢管柱。钢管柱之间设横 纵向连接，将临时墩柱连接为一整体。临时墩与主墩 之间纵向连接采用贝雷支架连接，共同承受水平力。 临时墩柱采用场外预制，现场拼装焊接完成。贝雷支 架横向采用12片，既作为箱梁现浇时的支架，又作为 箱梁顶推时临时墩及永久墩之间的连接。 由于是曲梁顶推过程中需及时纠偏。 5顶推过程中易出现的问题 (1)初始起顶力过大 由于滑道处支撑刚度大而非滑道处采用满堂支 架会产生弹性及非弹性变形。如果未考虑此影响，易出 现错台。导致其顶力过大；同时滑道处滑块顶包裹不 严混凝土浇筑时漏浆，也会导致顶力过大。 铁道棒准设ff RA I L W A YSTA N D A R DD ESIG N 2015( $) 桥集 (2)滑块难以塞入及滑块压碎 当顶推梁体后端脱离支撑时，由于后悬臂较重，挠 度较大使得滑道处梁底与滑道缝隙减少，m 现难以塞 人滑块的现象，可选用较薄的滑块逐步调整；如果滑道 顶高程不一致或滑块质量不过关，顶推过程会出现滑 块压碎情况。 (3)墩底开裂及位移过大 为了节省施工投入，一般不会在每个墩都布设顶 推千斤顶，而千斤顶的张力与摩阻力反向可以抵消，对 于未布设千斤顶且墩高较高的桥墩，特别应注意在水 平力作用下墩底弯矩的检算，如难以通过，可采用各墩 串联的方式加大其抗推刚度。 (4)导梁与混凝土梁连接处开裂 此处为顶推施工薄弱点及关键点，顶、底板预应力 应靠近腹板布设，减少预应力盲区；同时该处普通钢筋 应加强布置，设置精轧螺纹钢筋将导梁与混凝土梁通 过预施应力加强连接；一般是顶推过程最大正弯矩控 制设计，通过顶推前起顶导梁强迫位移可模拟此最不 利工况，达到检验此处连接是否可靠的目的。 6结论 跨既有线桥梁有其特殊性，设计时需考虑施工方 法应对铁路运营干扰最小，同时需快速通过。设计阶 段应对顶推全过程做详细分析，配置临时束及钢导梁， 对于宽桥及支撑偏置应做空间梁格分析；施工阶段应 确保各滑道顶高程满足设计要求，梁底平顺，墩高较高 时应进行串联以加强抗推刚度，正式顶推前应起顶导 梁强迫位移模拟最不利工况，同时需确保滑块质量及 滑道刚度，对于顶推是否顺利起着关键作用。 参考文献： I 】苏国明，等预应力混凝土粱拱组合顶推施工新工艺 J铁道标 准设计2009( 11) 2苏国明跨武广客运专线顶推施工48m 曲线预应力混凝土简支 箱粱设计J】铁道标准设计2010(6) 3田启军，陈湘林顶推施工中导梁的应用与锚周措施的优化J 中外公路2003( 12) 4王榀戢预应力混凝土曲线连续粱顶推施工技术J重庆交通学 院学报，1990(6) 5 扬遵俭，左宜军长塘埠湘江大桥顶推粱施工新工艺J 中外公 路2002(10) 6任明飞刘晓东海大桥平曲线预应力混凝土顶推连续架的设 计与施1二 J预应力技术2005(2) ， 7睬湘林窟太平衡阳松柏湘江大析预应力混凝土顶推连续桨施 工简介J湖南交通科技，1992(6) 8陈青连续粱桥的顶推施工技术 J国外公路1998(2) 9李晓民中卫黄河特大桥顶推连续集设计与旌TJ帙道标准设 计1997(4) 10李启龙蒸水大桥顶推连续蘩起落蘩施丁技术 J饺道标准设 计2004( 8)