中国桥梁顶推综述.docx

1、中国桥梁顶推综述 中国桥梁顶推技术综述上官兴 付书林 万艺 任亮1 桥梁顶推技术新发展2 广东九江大桥千米顶推3 湘潭二桥宽箱连续顶推4 衡山三塔砼斜拉桥顶推5 哑巴渡桥分条分块顶推6 五里亭系杆拱组拼顶推华 东 交 通 大 学 土 建 学 院2010年3月8日中国桥梁顶推技术综述上官兴 付书林 万艺 任亮华东交通大学1 桥梁顶推技术新发展自1978年陕西狄家河桥首次采用顶推施工以来，迄今不完全统计，中国有近100座桥梁实施顶推工艺，总长近3万米，其中仅湖南省就有近40座，约1万余米。在改革开放30多年的工程实践中，中国桥梁顶推技术取得了不少进步。例如1986年广东九江大桥连续梁顶推长度首次突

2、破千米，掀起大桥副孔采用顶推的热潮；1992年在湘潭湘江二桥首创连续千斤顶完成连续顶推；1994年在250m南县哑吧渡桥首创分条、逐块预制组拼竖曲线顶推；1995年在衡山湘江大桥首例完成290m斜拉桥顶推；1999年在邵阳西湖大桥首创“先梁后拱”新工艺，2004年在韶关五里亭大桥采用预制组拼顶推工艺完成120m钢管砼系杆拱。进入21世纪以来，我国公路桥梁事业的突飞猛进，为我国桥梁顶推施工技术创造了前所未有的大好形势。2005年广东佛山平胜大桥完成（200+350=550m）独塔自锚式悬索桥钢箱梁顶推，2008年济南黄河三桥完成（60+60+130+386=638m）独塔斜拉桥钢箱梁顶推，201

3、0年将在杭州九堡大桥完成（3210=630m）新型（结合梁钢拱）组合桥的顶推。这些工程实践，将中国桥梁顶推技术水平推进到一个新的发展阶段。本文简要介绍中国公路桥梁的顶推施工技术发展情况，并以湘江二桥（宽箱连续顶推）、哑巴渡桥（分条、分块预制顶推）、衡山湘江大桥（三塔斜拉桥顶推）和五里亭大桥（系杆拱主梁组拼顶推）等四座大桥介绍预应力砼连续梁顶推技术的进步和突破。（一） 宽箱长梁顶推 PC连续梁采用顶推法施工，具有占地少、不需支架、质量稳定、施工安全和成本低廉的特点，是中等桥跨中最具有竞争力的一种架桥工艺。1980年湖南省在望城伪水大桥首创“柔性墩上多点顶推新技术”文献1以来，在全国大量推广。实践

4、表明要取得显著的经济效果必须保证要有足够的桥长，历史给予广东九江大桥实现“千米顶推”的机遇。1、广东九江大桥（1985-1988年），如图1是改革开放中首次实行“桥梁设计施工总承包”的试点。由粤、湘路桥公司提出的总长1030m（单向顶推最长690m）连续梁顶推和2160m独塔斜拉桥方案中标，节省标价3000万元。两岸50m预应力连续梁顶推由广东科研所设计，广东公路工程处和湖南公路工程处两个单位施工。在施工中首次采用变截面钢板导梁、整体活动内模和77柔性拉杆。在顶推连续梁中同济大学首次开发研究出DM7、部建研院开发QM15两种新型预应力锚具以及在北岸实现了单排无承台大直径桩墩上的多点顶推。九江大

5、桥顶推先后获得广东省和国家教委两个科技进步一等奖。它以巨大的规模、精湛的工艺和良好的经济效益震惊了桥梁界，促进我国千米连续梁顶推进入普及和推广发展阶段。2、广东江门外海大桥（19861988年），如图2-C。采用单点顶推方法完成总长820m、跨径40m的引桥。在主梁预应力体系中，采用DVMTDAC粗钢筋（36）创造顶推一节段三天施工的新纪录。3、长沙湘江北大桥（19881990年），如图2-D。开工前夕参观广东九江大桥后，将（10100m）连续梁修改为（100m+210m+100m）双塔斜拉桥和（1250m=600m）顶推连续梁，节省投资1000万元。4、浙江钱塘江二桥引桥（19901992年

6、），如图2-B。首次在铁路桥上大规模采用顶推工艺，总长达l504m（跨径32m）为国内之最。5、湖南湘潭二桥（19911993年）。在20.5m桥宽的单排无承台柔性墩（2280）中，实现了单箱梁连续不间隙顶推。所创HZLD100t连续千斤顶技术获得国家专利，从根本上解决了柔性墩长梁顶推中的“爬行”现象。湘江二桥原设计为双单箱（210m），在施工图设计中，在国家级专家上官兴建议下修改为20.5m单箱，从而减少了一半工序，是中国宽箱梁顶推的开始。其后，湖南洞庭湖大桥（1050m）、株洲渌江大桥（845m）都采用了20m宽单箱。目前国内顶推最宽的单箱（B=23m）是南昌大桥（1248m）。6、南通市

7、洋口港陆岛桥，全长10公里，水深410m，是一条液化气专用码头到岸加工区的专用线桥。直线段7公里跨径50m。曲线段3公里，跨径50m。2005年4月，南通市洋口港开发公司组织国内五个单位进行设计投标。中交四航设计院以新颖的分块预制组拼环氧树脂粘缝长梁顶推方案中标。设计单向顶推长度达7000米，采用分十段顶推方案，每段长700m。水中桥墩采用预应力管桩基础承台上独柱墩。主梁为（宽11.5m，高3.5m）单箱单室截面。50m桥跨纵向分成20块，每块重60（t）。在专用预制场提前预制后，运至桥台200m拼装台座上，用龙门吊机转位后进行二孔长度100m纵向组拼，再用7平行钢丝预应力张拉形成整体。用多点

8、顶推法（在每个桥墩上设置一个连续千斤顶）顶推出台座，重复该项工序，将第七次100m箱梁顶出后共形成700m一联双向带钢导梁的连续梁作为第一联长梁。在前方八个桥墩上安置100t连续千斤顶，进行多点顶推，按照每天工作8h，每小时平均顶推前进20m，每天平均顶推160m共需44天达到7000m终点。此时预制场的第二联700m箱梁也在台座上组拼完毕，因此按同样方法进行顶推至（7000m-700m=6300m）处需40天。如此重复在二年内能完成7000m长梁。这个预制组拼法的设想，因种种原因尚未实施，但为超千米长梁的施工的可行性提供了一个创新的思路。表1 （桥宽B16m）桥长L500m顶推桥梁览表地点头

9、-桥名桥跨布置(m)梁高H(m)截面、梁宽(m)竣工时间1、内蒙包头黄河桥3（465=260）=7803.5单箱(12)19832、广西柳州二桥960=5403.6双箱单室(210)19843、广东九江大桥引桥(40+650)+(40+1350)=10303.0双箱单室(28)19874、广东江门外海桥30+(940)+(1040)+30=8202.5双箱单室(28.5)19885、长沙湘江大桥副桥(950)+(350)=6003.4双幅单箱(213.5)19906、杭州钱塘江二桥引桥(2532)+(2232)=15042.2单箱(11)19917、湘潭湘江二桥副孔742.8=3002.5单箱

10、(20.5)19928、福建漳州九龙大桥1540=6002.5单箱19929、宁夏中卫黄河桥2(748=336)=6723.4单箱(6.5)199310、江西南昌大桥1248=5764.5单箱(23)199411、衡山湘江大桥主孔345+290+945=7203单箱双室(15-17)199512、河南郑洛高速路4座(545=225)=9003.0双箱单室(214)199513、株洲渌江大桥845=3603.2单箱(20)199814、邵阳西湖大桥主孔388=2642.5分离双条单箱(27)199915、岳阳洞庭湖大桥副孔1050=5003.5单箱(20)199916、四川万州大桥75.5+31

11、20+75.5=5115.2钢管桁架梁（21）200017、长沙湘江江南大桥副孔1146=5062.8双幅单箱(214)200018、安化资江大桥主桥750=3503.5单箱(16)200119、沅江白沙洲大桥1250=6003.4单箱(13)200120、湘阴湘江大桥850=4003.5单箱(16)2002A 北岸（40+650=340m）预应力连续梁在顶推中（湖南路桥）C 通航孔2100m独柱斜拉桥悬拼施工（湖南路桥）C 通航孔2100m独柱斜拉桥悬拼施工（湖南路桥）图1 广东九江大桥全长1800m，其中双向顶推（1030m）南岸（690m）北岸（340m）B 杭州钱塘江二桥引桥（1054

12、m）A 岳阳洞庭湖大桥副孔（500m）D 长沙湘江北大桥副孔（576m）C 广东江门外海大桥副孔（820m）E 江西南昌大桥副孔（576m）图2 超长顶推连续梁桥(二) 顶推跨径的突破顶推连续梁在施工中要反复经过支座，从而所产生的自重（g）弯矩包络图Mg以上缘负弯矩（-2/3M0）和下缘正弯矩（1/3M0）控制。M0为相应简支梁弯矩（M0=1/8gL2）由此顶推箱梁预应力要采用中心配索法（MT=M上+M下0），由于自重弯矩Mg与跨径L2成比例，计算表明当L50m时，Mg急剧增大，导致所需轴向预应力N成倍增大和用钢量过多。因此顶推连续梁使用跨径一般不超50m，（以40m左右最为经济）。在通航孔使

13、用时需要超过50m跨径时一般有三种方法。已建的桥型如表2和图3所示。1、撑架法。施工中利用桥墩撑架来减小顶推支点跨径。例如福建丘墩大桥（19891991）.主梁在顶推阶段为(48m24m52m24m48m196m)连续梁，顶推到位后进行体系转换（主梁与桥墩固结）变为60m76m60m带撑架的连续刚构，是当时顶推工艺桥梁的最大跨径（该桥为交通部科研院设计）。为我国目前顶推最大跨径连续梁桥。2、跨中加设临时墩。可将顶推跨径缩小一半。这是增大顶推连续梁成桥跨径的最有效办法，只要条件允许就可以采用。最著名的桥梁有广西柳州二桥（960m=540m）图3-C和内蒙包头黄河二桥。图3-D早期采用钻孔桩做临时

14、墩，拆除困难，在衡山大桥和西湖大桥均采用钢管桩临时墩效果甚佳。国外有加中间临时墩顶推连续梁成桥跨径达90m的纪录。3、与其他结构（系杆拱、斜拉桥等）相结合。成桥后跨径可突破百米如图3邵阳西湖大桥(1996-1998)如图3-E系(388=264m)钢管砼系杆拱，将行车道系的两条纵梁（2.5m(高) 2m(宽)）和横梁先行顶推,再在纵横梁上现浇桥面板；并搭设钢管脚手架,然后安装钢管拱,接着泵送砼、安装吊杆、张拉吊杆后拆除临时墩,形成钢管砼系杆拱。该桥首创”先梁后拱”的新工艺,为平原地区施工系杆拱桥找到一条设备简单、施工安全的新途径。由湖南交通设计院设计,湖南建工集团四公司施工。韶关五里亭大桥（2

15、0012004年）。如图3-F桥梁跨径组合为（35m+120m+35m=190m）顶推连续梁钢管砼组合桥。也用“先梁后拱”新工艺，即将系杆拱所需的拉力转换为顶推施工中的纵向预应力。上、下游两幅单箱梁（宽12m）均在独墩（4m）、独桩（560/350/300）上完成。主梁由130t预制块组拼顶推，平均速度达3m/天。在通航孔120m桥跨中设置两个临时墩，顶推实际跨径仅40m，该桥是顶推法施工成桥后的最大跨径（120m）桥梁。由中交四航设计院设计中铁14局施工。衡山湘江大桥（19931995年）如图3-G。 系湖南省交通设计院设计，湖南路桥公司施工。双向顶推总长720m。其中(3452902454

16、05m)一联，在90m跨中加设钢管桩临时墩，完成顶推后在其上施工(290m)三塔斜拉桥。这是我国首例用顶推法修建的斜拉桥。表2 跨径L50m顶推连续梁览表地点桥名桥跨布置（m）截面、梁宽（m）竣工时间1、广东万江公路桥40+54+40=134双箱单室(212)19792、内蒙包头黄河桥3（465=260）=780单箱(12)19833、广西柳州二桥960=540双箱单室(210)19844、内蒙喇嘛湾河桥64.5+(465)+64.5=389单箱(12)19855、广东九江大桥(40+650)+(40+1350)=1030双箱单室(28)19876、重庆石门大桥(550)+36=286双箱三室

17、(212)19897、广东湖州大桥40+(2*50)+40=180双箱单室(214)19898、福建丘墩桥60+76+60=196单箱(9)19909、广北立交主桥65+100+65=230双箱单室(211)199010、长沙湘江大桥北副桥(950)+(350)=600双幅单箱(213.5)199011、珠江湘江大桥副孔550=250双幅单箱(213)199012、长沙浏阳河大桥主桥25+450=225双幅单箱(214)199113、松泊湘江大桥主桥346+62+546=430单箱(12.5)199214、衡山湘江大桥主孔345+290+9*45=720单箱双室(15-17)199515、邵阳

18、资江二桥主孔550=250双幅单箱(213.0)199616、邵阳西湖大桥主孔388=264分离双条单箱(27)199917、岳阳洞庭湖大桥副孔1050=500单箱(20)199918、甘肃太平沟大桥750=350双箱单室(212)200019、安化资江大桥主桥750=350单箱(16)200120、沅江白沙洲大桥1250=600单箱(13)200121、湘阴湘江大桥850=400单箱(16)200222、衡昆高速东阳渡大桥引桥845+250=460双幅单箱(213)200323、韶关五里亭大桥35+120+35=190双箱单室(212)200324、长常高速张家界酉水大桥850=400双幅单

19、箱(214)25、广佛珠江东桥550=250单箱(15)26、广佛珠江西桥750=350单箱(15) A 广东万江公路大桥（40m+50m+40m）B福建丘墩桥（60m+76m+60m） C 广西柳州二桥（960m）D 内蒙古包头黄河大桥（780m）E邵阳西湖大桥（388m）图3 跨径50m顶推桥梁（一） F 韶关五里亭大桥（35m+120m+35m）（120m系杆拱）G 衡山湘江大桥（345m+290m+945m）（三塔斜拉桥）图3 跨径50m顶推桥梁（二）（三）分条分块预制组拼顶推新工艺1、研究课题的提出 工期问题.自1980年湖南伪水大桥连续梁实施柔性墩多点顶推工艺以来，国内所有的顶推桥

20、梁基本上沿用在支架上逐段现浇梁块再逐段顶推的方法。顶推分段长度一般为跨径的L/3左右（12-17m），施工周期（10-15天/段），顶推平均速度（1.2-1.7m/天）。另外由于顶推平台设在两岸引桥上，要先等引桥基础和桥墩工程完成，致使台座准备工作不能提前进行，历时长达半年。这些原因使顶推方法远不能满足长跨桥梁的工期要求。造成经济的长梁顶推方案都因工期问题而被迫弃用，而让预制简支T梁长期占据中小跨径桥梁市场。 预制组拼顶推在前苏联有大量的工程实践。国家并有定型图纸，如前苏联西德维纳河桥（32+51+63+51+32229m）。在严冬气候中，他们采用“厂内提前分条分块预制、再运往工地现场组拼顶推

21、”的方法，能极大加快施工进度。1994年交通部“八五”行业联合科技攻关计划“洞庭湖区桥梁修建新技术的开发研究”项目中，列有“预制组拼顶推工艺”课题（负责人上官兴）。由湖南省公路设计公司与湖南省公路机械工程公司联合实施。以南县哑吧渡大桥（多跨1530连续梁，桥长250m，竖曲线半径R1万米）作为实验桥。经过两年努力，取得“集中预制，分条、分块组拼竖曲线连续顶推”的成功。2、哑吧渡实验桥 如图4-A 基础采用单根250cm钻埋空心桩，下部构造采用220独柱悬臂墩。上部构造桥跨布置：520+2.5+230+25+220=250m,不等跨预应力分条连续梁（桥宽12.5m）。 箱梁为薄壁结构。预制腹板厚

22、10cm，现浇顶、底板厚12cm。主梁横向分成三个小箱，顶宽3.8m。纵向每块3m长。预应力采用77平行钢丝为一束的HM211锚具。固定端采用墩头锚，张拉端采用夹片锚，两者间用钢管外套（6.4cm）接长形成通索。此联结器为最小规格。 箱块重量控制在8t以内并在离工地现场约一公里处的小学操场中提前一年集中预制，再车运至工地桥台上10t龙门吊下组拼。 在20cm长拼装台上，组拼箱梁后再顶推。横截面上先施工中箱，用其压住桥墩形成刚性支撑，再分别顶推上、下两边条箱梁。每条梁长250m，重量1000t，只用一台100t连续千斤顶装在桥台反力梁上，可实现单点连续顶推。千斤顶可在横向轨道上移动到三条箱的中心

23、位置。三副钢导梁均用六四军用桁架，并施加s21无粘结预应力。哑吧渡桥仅用30t钢材，一台顶推连续千斤顶就巧妙完成了三条250m长梁顶推，在地方公路桥梁中推广有十分重要的现实意义。 一段20m长箱梁施工工期7天。（吊装就位1天；焊接头钢筋浇砼1天，待强3天；张拉顶推2天）。平均施工速度3m/天。全长250m分12次顶推，中箱三个月，两边箱两个月，共计五个月完成。应当指出两个边箱可以同时交替作业。 三个顶宽3.8m箱梁顶推到位后，再现浇箱间接缝砼和钢纤维砼桥面。 经济性好。按单位桥面计算（250m12.5m=3125m2），分条分块预制组拼顶推连续梁材料用量：砼体积0.36（方/m2），钢筋47（

24、kg/m2），7高强钢丝18（kg/m2），与25m桥跨简支梁砼和钢筋相比较十分接近。由于预应力中有一半用于施工，它代替了简支梁的许多大型预制场和架桥设备。经过全面核算后，原设计1025m简支梁的概算没有突破。这是中小跨径中首次出现连续梁能与简支梁相比美的新工艺，且有重大的推广价值。3、（顶推连续梁）（钢管砼）拱组合桥。（五里亭桥）如图4-B结构特点。韶关市五里亭大桥位于韶关市区外环线上，桥长505m桥宽30m。自东向西跨径组合为（415+220100m）+（35+120+35190m）+（1020+15215m）。水中通航孔为190m长（顶推连续梁）和（120m钢管砼）拱组合桥。设计荷载汽超

25、20，挂120。. 横截面。双肋钢管砼拱采用三管型。中距a18m，与4m桥墩对齐。C50钢管砼拱由（285+180）三管组成，计算跨径L120m，f/L=1/4,f=30m。两肋下对称布置的两条宽11.75m箱形纵梁，采用顶推法施工。两条纵向完成顶推后再现浇中横梁和桥面板，通过HM21-19横向预应力形成整体，然后再浇两边人行道板。 箱梁预制场。设在西岸9-15桥墩6孔20m跨内。用铁路“八七”军用梁做台座（长60m），用150t门吊组拼箱块。通航孔（35+120+35190m）长预应力连续梁，横向分两条纵向分六段（20-34m）。每段由89个箱梁拼装而成。箱块分基本块（3122.63）、横梁

26、块（3.5122.63）和钢管拱座处钢外壳块（5122.63）三种类型。块件最大重量小于130t。 工期。五里亭120跨拱梁组合拱采用预制箱块，组拼顶推新工艺。每段正常周期约1215天，预制组拼平台长40m，平均进度3（m/天）左右。其分部时间如下：a、89个箱块吊装 2天 d、穿预应力、张拉 2天b、接头钢筋焊接 3天 e、顶推 1天c、接头浇砼待强 5天 f、气候不良、材料供应受阻等 2天 纵向成桥。120m跨径箱梁顶推的关键在于设计好临时墩。根据湖南衡山大桥（290m斜拉桥）经验，采用便于拆除的钢管结构为好。在复盖层以下利用钢管桩做护筒，改用钻孔灌注桩来确保承载力。其上用梯形钢管框架（内

27、填砂）。中铁14局施工，由于经验不足，为了确保安全，施工单位保守的选用8150钻孔桩做临时墩，拆除时花了很大代价，应引以为戒。 横向成桥。560t钢管拱分段在专业厂内加工。车运到工地后，在河岸路边组拼，再转到拼装台150t门吊下，移至已顶推到位的箱梁面上。用梁面门吊半跨立式拼装，再在临时墩承台上架立柱，用提升法架立钢管拱，接着泵送管内砼。由于三管横向稳定好，可以单根竖立。 张拉吊杆。顶推箱梁E1J1=61107(KN.m2),钢管砼拱E2J2=18107(KN.m2)，梁拱刚度比为3.4(5)，说明结构属于刚梁、刚拱共同作用类型。吊杆采用1877冷铸锚，设计最大索力N490t。通过跨中部分吊杆

28、的超张拉来减少控制设计的拱趾负弯矩和抬高拱顶以改善钢管拱跨中下挠对连续纵梁的附加内力。 优越性。本桥由于采用了设备少、技术先进的大直径无承台桩和预拼顶推工艺，全桥单位面积造价为4620(元/m2),比同类桥梁低20%。如本桥长增至500m，预制台座保持60m，则按4（m/天）进度全桥仅125天（4个月）可完成任务，这是它具有强大的竞争力所在。在前述洋口陆岛大桥7公里，顶推方案设计中，充分利用了本桥的成果，将组拼预制台座设计长达200m，并在预制场中设置风雨棚，保证全天施工的情况下组拼顶推。施工速度可达10（m/天），二年可完成全长7公里顶推。该方案极大地解放了人们思想，将节省大量水上浮吊和海中

29、运输的费用。A南县哑吧渡桥，（520+25+230+25+220=250m）三条单箱（33.8m） 图4 分条分块组拼顶推桥梁B 韶关五里亭大桥。（35+120+35=190m）（顶推连续）梁120m（钢管砼）拱组合桥顶推两条单箱单室主梁（212m）（四）钢结构顶推的展望1、钢管砼桁架组合桥。由于中国是发展中国家，相对劳动费用较低，因此与钢管砼和预应力砼相较，钢结构费用较高（1.11.2万元/t）。加上养护费用多，因此长期以来钢结构在公路桥梁领域中使用得较少。但是随着桥梁跨径和宽度的增大，砼结构自重大，架设安装困难的缺点显著体现出来，此外砼结构的开裂很难避免，其耐久性达不到百年寿命要求。因此钢砼和钢结构在桥梁中近年又逐渐得到发展，在上世纪中以四川交通科研所创研的钢管砼空间桁架梁砼组合结构最具有魅力。如表3钢管砼桁架的特点是空间作用受力好、自重轻、加工费用低（0.8万/t）在三峡水库淹没区的桥梁竞争中打败了所有的桥型。它的架设方法主要是顶推工艺，详细工艺可参考文献10。 广东南海紫洞大桥（19941996）。为世界上首例钢管砼空间桁架梁斜拉桥。施工是在两岸平台上拼装桁架（69+69m）和钢管独塔后，再从岸向跨中双向顶推70m，在跨中合拢后形成双塔单索面斜拉桥。如图5-A 湖北秭归向家坝大桥（19971998）。系国内首座钢管砼桁架连续刚构。桥梁组合为（43+72+43158m