付玉辉

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 110166)

当前我国的桥梁建设数量不断增加，因此，对于桥梁的相关设计要求在不断提高，人们也在不断研究桥梁建设工程的相关技巧。顶推法在桥梁建设工程中，具有不占用桥下通行空间，施工快捷方便的优点。对桥下净空和地基条件无要求，不影响通航或通车，预制场地或拼装场地一般设在岸上，搭建拆除方便，混凝土或钢构件运输方便，顶推法在跨越既有运营铁路及公路或者河道的桥梁建设中有着十分普遍的应用。顶推施工法不仅适用于连续梁桥，还适用于拱桥、斜拉桥和自锚式悬索桥；从梁体形式来看，顶推施工法不仅适用于等高截面梁桥，还适用于变截面以及曲线梁桥；从梁体的顶推形式来看，不仅适用于逐段拼装顶推，还适用于整体拼装顶推。

1 顶推技术

顶推法的首次使用是在奥地利的一项桥梁建设工程，顶推施工的构思来源于钢桥的纵向拖拉施工方法。用板式滑动装置取代滚筒，水平千斤顶取代卷扬机和滑车。后来顶推法由于其施工设备简单，不需要大型机械设备，避免高空作业，模板、设备可多次周转使用等特点，而得到广泛的应用。顶推法的施工步骤为，首先在桥位的纵轴方向的台后预留出相应的场地，随后在场地中将全桥进行组拼或者预制，设置钢导梁、临时墩、滑道、千斤顶等装置，最后再将全桥一次顶推到位。后来顶推法在委内瑞拉的桥梁建设项目中应用时得到了相应的技术改进。我国首先在40 m+40 m铁路桥上采用了顶推法施工，公路部门在1977年的40 m+54 m+40 m三跨一联的东莞万江桥上应用。

顶推法施工的主要关键是顶推工作，核心问题在于应用有限的顶力将梁顶推到位。聚四氟乙烯为顶推提供了摩擦系数很小的材料。摩擦系数与垂直压强成反比，与速度成正比。因此，当梁愈长，垂直压强愈大时，还会减少摩擦系数。在顶推过程中，滑道的摩擦系数始终在不断变化，一般为0.04～0.06，同时静摩擦系数要比动摩擦系数大一些。

目前存在的顶推方法早期有单点顶推、多点顶推、间断顶推以及连续顶推。顶推工艺不断完善，顶推方式呈现多样化。从早期釆用水平和竖向千斤顶直接顶推梁体的方法，发展到后来只用水平千斤顶，再到现在的只用竖向千斤顶的步履式多点顶推法，从单点集中顶推到多点顶推，从间歇式顶推发展到连续顶推。

对于多点顶推，主要有以下三种，第一种为推拉式多点连续顶推，第二种则是楔进式多点连续顶推，第三种为步履式多点连续顶。推拉式多点连续顶推方法，是在桥梁附近的临时墩上借助千斤顶的辅助，从而对桥梁进行推拉方法。桥梁被拖动的过程是在临时墩上的滑道上进行的，通过钢绞线来将桥面平移至合适的位置上。采用推拉式多点连续顶推法时，应当注意桥的垂直方向其受力是不均匀的，桥的水平面上也存在大小不同的摩擦力，而在推拉的过程中，由于不同墩点其垂直方向的力大小不同。因此，会对桥体产生不同的摩擦力影响，这就导致在使用钢绞线对桥体进行牵引的过程中，需要根据摩擦力的变化，对牵引力的大小进行相应的调整，否则会出现桥面水平方向的受力超过负载的情况，同时这种多点连续顶推方法对桥面的整体强度也有着一定的要求。推拉式多点连续顶推需要设置滑道系统(钢垫梁、四截滑板等)、牵引系统(穿心式连续液压千斤顶、牵引索、拉铺器、顶推反力架等)和竖向的调节系统(钢垫块、竖向千斤顶)等。

楔进式多点连续顶推方法对技术层面的要求相对较高，但采用楔进式多点连续顶推方法，可以更好地实现对临时墩位水平方向力的控制，这样便可以更好地完成在垂直方向成桥线型中对存在力变的桥梁进行顶推。采用这种顶推方法对顶推过程中钢槽梁和顶推设备同钢槽之间的作用力有着严格的要求。同时，楔进式多点连续顶推方法在使用过程中，需要采用楔形块。而这种零件的加工相对复杂，且在实际应用的过程中，对楔形块的加工精度要求相对较高，因此会导致桥梁的造价提高。

步履式连续顶推利用顶、推的两个步骤交替进行，先将顶推梁体托起；再向前托送；之后将梁体置于桥墩临时钢垫梁上；顶推油缸缩缸到底，继续实施下一个循环。通过顶推步骤的循环，最终将梁体托送到预定位置。履式多点连续顶推设备包括顶升油缸、下支撑架、滑移系统、上支撑架、水平顶推油缸、横向调整油缸等。

楔进式多点连续顶推，技术特点为：(1)能较好地控制临时墩或者永久墩的水平力；(2)适用于竖向线形有变化的梁体顶推；(3)必须具备精密的液压同步控制系统；(4)对楔块、滑道的制作精度要求高。故其施工成本高，施工进度一般。

推拉式多点连续顶推，技术特点为：(1)顶推拉锚器、限位装置等的安装需要在梁体底板开槽；(2)顶推过程中可能会对桥墩墩身产生一定的水平力。故其施工成本较低，施工进度快。

步履式多点连续顶推，技术特点为：(1)能较好地控制临时墩或者永久墩的水平力；(2)适用于竖向线形有变化的梁体顶推；(3)顶推投入设备多，液压机电气控制同步精度要求高。故施工成本较高，施工进度较慢。鉴于步履式多点同步顶推法的独有特点(集顶升、平移、横移调整于一体，能及时进行轴向纠偏；竖向调整便捷，可有效控制支点反力；可采取措施满足结构受力要求；液压及电气控制同步性精度要求高)，一些桥梁采用步履式多点同步顶推法施工。

2 多点连续顶推技术的应用优势

2.1 多点顶推技术

顶推法最初应用于桥梁建设设计时多为单点顶推法。采用这种方法时，对桥面施加顶推力的装置是由单个着力点来承受的。这种单点顶推法多适用于桥梁长度相对较短，且桥体的整体墩高相对较低的情况。单点顶推法的施工设备相对简单，并且整体操作步骤更加简洁，便于实施。

在进行桥梁的建设施工时，随着桥梁的整体长度不断提高，若采用顶推法进行桥梁施工设计，则不能再采用单点顶推法。因为，随着桥梁的整体长度不断提高，采用顶推法所产生的顶推力也在不断提高。若仍采用单点顶推法，则会使得单个着力点承受的力过大，易超过其极限承受限值。若通过增加桥墩的横截面积来提高单个着力点的承受限度的话，则会造成提高造价，从而导致浪费。同时在桥墩没有设置千斤顶时，桥墩桥梁之间的作用力也会使得桥墩的位移提高，若桥墩的刚度较低，则会超过桥墩的承受极限位移值。

在这种情况下，采用多点顶推设计方法可以很好地解决出现的问题。采用多点顶推设计方法，可以使得桥梁的下部设计更加地科学合理。多点顶推设计方法的设计思路是将单点顶推设计中承受力的单个墩台进行分散。通过放置多个墩台，将总顶推力进行适当的分散。这样就可以更好地调节顶推反力与桥梁之间相互作用时，产生的作用于桥墩之间的滑动摩擦阻力，同时也可以更好地控制桥墩的整体受力数值。

2.2 连续顶推技术

连续顶推技术是在间断顶推技术方法上，进行改进的一种桥梁施工设计方法。在实施的过程中，间断顶推由于单个千斤顶的限制，在顶推完一段行程后，需要将千斤顶进行归位，等千斤顶归位后才能继续进行下一次顶推。而采用连续顶推方法时，是将两台千斤顶进行相应的串联，这样在一台千斤顶进行顶推工作时，第二台千斤顶则可以进行归位工作，当第二台千斤顶进行顶推工作时，第一台千斤顶再归位，这样两台千斤顶交替进行工作，则可以实现对桥梁的连续性顶推，而不需要停止等待。

在施工过程中若采用间断顶堆方法，由于需要等待千斤顶的归位，这就使得桥梁会由运动状态转变为静止状态，而当千斤顶进行顶推工作时，桥梁又会由静止状态转变为运动状态。由于桥梁的运动状态不断转换，就会导致桥梁在惯性的作用下来回摆动，由此会对桥墩和桥梁安全产生一定的威胁。

3 多点连续顶推技术在设计和施工中的注意事项

多点连续顶推技术是将多点顶推方法和连续顶推方法这两种技术手段进行融合，将两种技术相融合，不仅可以更好地发挥这两种技术的优点，同时也可以在一定程度上弥补多点顶推法和连续顶推法的不足。这样就可以使得在进行桥梁设计工程时，其施工设计更加地科学合理，同时也可以有效地降低桥梁的整体成本投入，更好的保证了桥梁建设工程的经济性。在建设长大高墩桥梁时，采用多点连续顶推技术会表现出良好的优势。

顶推过程中，结构体系在不断地变化，因此对每个截面来说，正负弯矩交替出现。通过有限元建模计算可知，顶推施工的弯矩包络图是由小到大呈阶梯形，它与普通连续梁使用状态的弯矩包络图相差较大，为了减小施工中的内力，扩大顶推法施工的使用范围，同时考虑施工安全及施工的便易性，在施工过程中使用导梁、临时墩等。

顶推施工时各主梁支承处的支承座，除了满足承受竖向反力要求外还需设置滑动面，通过使用四氟板等以降低界面之间的摩擦力，同时还要能够适应梁体挠曲和预拱线型等形成的梁底不平顺。顶推时还必须设有横向约束导向装置，以限制梁体的侧向偏移。从梁体与支撑座的相对关系来看，可以将滑动界面设置在梁体底面，这样梁体将从支撑座上连续滑过，截面无论强弱均需能够承受支承反力作用。另一种是将滑动界面设置在支承座底面，或者将支承座设置成由上下两部分并将滑动面设置其间，这样在顶推时梁体与支承座固定，具体固定的位置适当选择，可以更有利于承受支承反力的作用。

多点连续顶推技术在施工的过程中，与单点顶推方法以及间断顶推方法相比，其构造与设计时的区别较小。多点连续顶推技术的突破点在于，它对桥墩的整体受力进行了相应的优化，使得桥墩的整体设计更加的合理。每个桥墩的顶推力同摩擦阻力之间存在一定的差值，这个差值是需要桥墩来平衡的。梁体的爬行现象依旧存在，还会影响桥墩的受力。在采用连续顶推设计方法时，还应注意桥梁的跨径范围，同时也应该保证桥梁的截面尺寸处于合理的范围。随着如今计算机和监控技术的发展和应用，可通过有限元分析软件建立梁体连续顶推有限元模型，实现对顶推施工过程中的全过程模拟，根据梁体受力状况，对特殊工况下的梁体进行局部分析研究，并对施工全过程进行实时监控，提高施工安全系数和施工精度。

在顶推法施工中，导梁设计是关键的设计部件。导梁的设置影响到顶推的成功与否。对于具有复杂线形的桥梁顶推，导梁的线形及其与主梁的连接设置会引发很多文件，如:导梁无法落至临时墩顶，导致顶推过程中主梁悬臂段加长，内力增大；导梁自由端过低导致导梁最前端与前方墩顶临时安全设施相撞；临时墩支座标高调整不当引起的横向偏位等问题。故导梁设计应在顶推系统设计中引起重视。导梁的结构需通过计算，从受力状态分析，导梁的控制内力是导梁与顶推箱梁连接处的最大正、负弯矩和下缘承受的最大支点反力。导梁的长度一般为顶推跨径的0.6～0.7倍，较长的导梁可以减小主梁悬臂负弯矩，但过长的导梁也会导致导梁与箱梁接头处负弯矩和支反力的相应增加，合理的导梁长度应为主梁最大悬臂负弯矩与使用状态支点负弯矩基本接近。对于导梁的刚度宜选主梁刚度的1/9～1/5，导梁的刚度在满足稳定和强度条件下，选用较小的刚度及变刚度的导梁，将在顶推时减小最大悬臂状态的负弯矩，使负弯矩的两个峰值比较接近。

对于一联最后一跨跨尾端，往往需要在钢梁上安装后导梁。后导梁可以使梁的尾端在顶推结束时能够落在出发桥台上，同时牵引与支撑系统可以附在后导梁上，避免牵引滑轮组产生布置上的困难。当一座桥梁分为2联以上的多联进行顶推时，最后一联之前序联的顶推施工，需要多次穿越桥梁墩台处的支承座，此时需要有后导梁协助，以避免钢梁尾端即将脱离支承时发生及其不利的局部受力状况，以及钢梁尾端脱离支承瞬间的突然下扰与冲击。后导梁一般采用临时钢框架，其主梁与横梁焊接或者栓接于永久主梁上。当顶推施工包含了静定梁的安装阶段时，有必要在钢梁或后导梁的尾端安装平衡重。平衡重可以防止钢梁的倾覆并控制支撑反力。平衡重可以由钢梁浇筑的混凝土板或者横梁构成。

4 结 语

随着我国当前道路桥梁建设项目的不断增多，对于桥梁施工建设的相关要求也在不断提升。顶推设计法在道路桥梁的建筑工程中被广泛地使用。在建设跨越既有运营铁路及公路或者河道的桥梁项目时，与其他桥梁建设方法相比，采用顶推法也具有十分明显的优势。