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[技术] 柔性墩多点顶推连续梁桥的应用与发展 [复制链接]

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桥梁网 发表于 2011-9-27 09:33:04 |显示全部楼层 |          |
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柔性墩多点顶推连续梁桥的应用与发展



                                                                                                                                          文/李仁

1980年,湖南省望城县沩水河上建成了我国第一座柔性墩多点顶推连续梁桥。它的建成是我国顶推连续梁建设史上的一个里程碑,影响深远,意义重大,荣获湖南省科学进步一等奖,国家优秀设计表扬奖。柔性墩多点顶推连续梁是如何诞生的?它的特点及其发展过程又是怎么样的?本文作简要回顾及介绍,供读者参考。


实验桥的诞生

1977年,上级下达湖南省交通厅一座桥梁建设援外任务,该桥位于非洲乍得沙里河,在非洲内陆地区。我国提供的设备、材料抵达港口后尚有千余公里的陆运路程,运费昂贵,砂石、木材运距亦较远;桥址处为宽浅河床,覆盖层为细沙夹黏土,厚达50m,以下为岩层。根据以上情况,湖南省交通规划勘察设计院作了各种桥型方案比选,推荐采用柔性墩多点顶推连续梁方案,孔径为4×38+4×38+4×38m,得到交通部批准。

柔性墩多点顶推连续梁桥的优点是:1.施工设备少,比简支梁少70%;2.预制场地小(只要在桥台设节段预制场),材料、设备集中便于管理;3.施工人员少,反复进行同一工艺,易于熟练掌握技术;4.工程质量易保证;5.不受洪水威胁,施工安全。

当时国内尚无柔性墩多点顶推连续梁的先例,为了建乍得沙里河大桥作技术准备,湖南省交通厅决定在望城沩水河上先做试验桥(同时解决望城县向北的交通问题),取沙里河大桥的1/2桥长,结构型式完全相同。试验桥的基本情况如下:

设计荷载:汽-20,挂-100。

桥面宽:净-7+2×1.5m。

跨径:4×38m+2×38m,全长240m。

上部结构:单箱双室等截面预应力混凝土连续箱梁,箱高2.5m,顶板宽9.58m,箱底宽5.30m。

下部构造:桥台为3根直径1.5m钻孔桩,柱径1.5m,柱式台,桥墩为2根直径1.5m钻孔桩,柱径1.5m,柱式柔性墩(见图1)。

后来因乍得政局不稳,沙里河大桥的援建任务未实施。


什么是柔性墩多点顶推连续梁桥

用顶推法施工连续梁就是在桥头设箱梁节段预制场(长15~20m),浇完一节,顶进一节(节段间用预应力索连接),反复进行,直至上部构造全部就位。

初期都是采用单点顶推,即将水平千斤顶置于桥台上,将全桥的上部构造顶推到位。单点顶推的缺点是:1.要求水平千斤顶吨位大,如沙里河大桥需要顶推力500吨左右的水平千斤顶;2.桥长受限制,过长的桥梁千斤顶顶不动;3.柔性墩使用受限制;梁体顶进过程中桥墩受到较大的箱梁底对桥墩顶的摩阻力,有时为保证桥墩的强度和刚度,必须加大桥墩断面尺寸或设临时拉索加固;4.顶推岸桥台受到水平千斤顶较大的推力,必须有较大的尺寸和重量。

针对单点顶推存在的问题,发展了多点顶推技术,即除在一岸的桥台设置水平千斤顶外,在各桥墩的墩顶上亦设置千斤顶,将集中顶力分散到多个墩台上。

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柔性墩多点顶推连续梁桥施工的基本原理:在各墩台的水平千斤顶将梁体向前顶进的过程中,梁体对墩台顶产生向前进方向的摩阻力,此力刚好与水平千斤顶对墩台顶的推力方向相反(千斤顶对墩台顶施加与前进方向相反的推力),因此,只要千斤顶的顶力略大于箱梁底对墩顶的摩阻力,梁体就能顶进。这就解决了需要大吨位千斤顶顶推长桥的难题,柔性墩可以应用,桥台体积亦可减小。

“柔性墩多点顶推连续梁”就是这样来的。这种方案当时在我国还是空白,国内只有单点顶推的狄家河铁路桥和广东万江公路桥。国际上也很少先例,只有意大利的雪莫里列高架桥和日本的SSY梁对顶推施工法作了简单的概念介绍。湖南沩水大桥柔性墩多点顶推连续梁建成的意义在于:从设计到施工工艺为柔性墩多点顶推连续梁提供了成套的技术成果,填补了我国顶推连续梁的历史空白。


关键技术

如何使各墩上的千斤顶出力大小适应墩顶摩阻力的变化,使两者基本保持平衡,这是柔性墩多点顶推连续梁的关键技术。当时有两个方案:一是自调随动,自动控制;二是分级调压,集中控制。

从理论上说,第一个方案能使千斤顶的出力大小追踪摩阻力的变化,使两者随时保持平衡,桥墩基本不受水平推力作用。但这个方案技术要求高,投资大,需要一定的时间研究,根据当时条件实施起来困难较多。

通过对桥墩的受力计算分析,一是桥墩可承受7~9吨的水平力。二是墩顶摩阻力的变化可近似作成一条二次曲线(梁体的不同位置与摩阻力大小的关系),这样就有可能对各个墩上千斤顶采取分级调压的办法,使千斤顶的出力始终接近墩顶摩阻力,并控制在容许差值之内(7~9吨),从而确保桥墩的安全。因此,关键技术可以概括为:多点、分散、同步,分级调压,集中控制。

由于墩顶摩阻系数和摩阻力在顶进过程中不断变化,同时又由于各千斤顶的速度不可能实现绝对同步,在顶进过程中自始至终进行严密观测,遇有墩身应力和墩顶位移异常时,随时调整千斤顶出力,使桥墩的应力和位移控制在允许范围内,确保施工安全。


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