顶推施工中纵向水平临时连接施工技术

屈 晓 力

(中铁一局集团第四工程有限公司，陕西 咸阳 712000)

1 概述

墩顶水平支撑、水平连接也可以称之为纵向支撑、连接，其主要作用是使顶推过程中顶推装置对墩身所产生的水平力得以传递分解的临时装置，从而保证结构的稳定和安全。墩顶水平支撑、水平连接主要采用刚性连接、软连接，常用方法有：钢绞线对立、桁架支撑法、贝雷片拼装支撑法或两种方法同时采用。

2 工程概况

某铁路跨既有铁路特大桥44号墩～49号墩之间5×20 m预应力混凝土连续梁斜交跨越既有铁路，连续梁与既有铁路斜交19°30′00″，交点中心里程DK86+185，其中45号,46号,47号墩为跨既有铁路的门式墩，连续梁位于R=5 500 m的圆曲线上，桥纵坡-9.3℅，桥跨度为(20.5+20+20+20+20.5)m，支座中心线至梁端0.55 m，连续梁全长101.2 m。施工方法在用旁位现浇，沿线路方向由大里程向小里程顶推就位。其中43号～44号、49号～53号墩之跨度为32.6，由于跨度太大分别在其中间各设一个临时墩，总共5个，在顶推过程中需将43号～53号墩之间共计16个墩子，采用水平支撑或水平连接进行连接，以保证顶推过程中结构的稳定及安全。

3 施工方案的比选

施工方案的比选见表1。

表1 方案比选

结合前期的施工调查及施工现场分析，经过方案的比选，最终确定选取Φ36精轧螺纹钢进行铰接连接。

4 施工难点

由于施工环境为跨既有铁路施工，在其他几个墩身上面安装水平纵向连接相对来说简单，但是在44号～48号这5个跨既有铁路的墩子进行水平纵向连接施工相对来说比较困难，原因在于在施工过程中还要保证既有铁路的顺利运营。

5 水平连接的施工方案

5.1 水平连接设计

水平连接设计主要是通过保证在顶推施工中墩身的稳定，从而进行顶推过程中最大水平推力的推算和分析、永久墩和临时墩的稳定性计算、水平连接的抗拉、抗剪计算，来确定水平连接形式、杆件的连接方式、数量。永久墩和临时墩稳定性安全系数大于1.5，水平连接强度安全系数大于1.4。

水平连接主要考虑以下因素：

1)装置力求简单，由于整个装置在既有铁路蓝烟线的接触网上方安装，所以必须要求安装拆卸方便安全，应尽可能的提高装、卸速度；

2)荷载：顶推过程中水平推力的变化；

3)采用软连接来解决刚性结构在施工中的作用；

4)顶推施工过程中永久墩、临时墩墩顶顺桥向、横桥向的弹性水平位移不大于14.07 mm；

5)水平连接在施工过程中的下弯挠度等。

5.2 水平连接主要受力检算

1)顶推过程中最大的支反力：顶推施工中，墩身在顶推过程中受到的力为梁体在顶推中与墩身之间的摩擦力，取最大的支座反力为525 kN。各主墩和临时墩之间用Φ36精轧螺纹钢纵向水平连接，近似于铰接，设临时墩不受水平力影响，则精轧螺纹钢内力近似取为临时墩受到的摩擦力。

2)简算各项参数。

墩身自重：G1=2.5 t/m3×195 m3=487.5 t。

滑块与四氟板摩擦系数：0.04～0.07，取0.1。

支座最大支反力：N1=525 kN。

混凝土抗拉强度：取C35，σ=1.57 MPa。

墩高h取最高墩高：H=16.5 m。

墩底尺寸取：h=2.9 m，b=6.4 m。

墩底截面抗性矩：

精轧螺纹钢截面抗性矩:

3)截面计算。

a.主墩荷载计算：

墩身自重：G1=487.5×10=4 875 kN。

墩底反力：N′=487.5×10+525=5 400 kN。

墩身受到梁体传递的最大力：F=μN=0.1×525=52.5 kN。

墩身受到临时墩传递的最大拉力：T=μN=0.1×525=52.5 kN。

墩身受到的最大弯矩：Ma=(F+T)×H+(N1+G1)×h-N′×h。

计算结果Ma=1 732.5 kN·m。

b.精轧螺纹钢强度计算:

精轧螺纹钢：[σ]=785 MPa。

4)水平连接装置材料的选取与设计。

水平连接装置采用Φ36精轧螺纹钢，端头采用铰接。当需用接长时采用套筒连接。

a.Φ36精轧螺纹钢设计时，满足以下要求：

有足够的抗拉、抗剪、抗扭力，能够有效地将顶推过程中产生的反力进行传递，并能够承受顶推施工过程中可能产生的各项荷载及震动作用；

确保顶推施工过程中墩身的稳定，且可以循环利用；

装置力求简单，安装拆卸方便安全，提高装、拆速度。

b.Φ36精轧螺纹钢设计要考虑以下荷载：

顶推过程中水平顶推力；顶推过程中的冲击、震动荷载。

6 水平连接施工

6.1 套筒的预埋

在水平连接施工前，应先在墩身施工过程中的墩帽位置上的延桥方向大小里程两侧，各预埋一组直径为36 mm的套筒。

6.2 水平连接装置的制作及连接

根据墩身预埋套筒之间的间距来确定水平连接的长度(一般比设计长20 cm)，Φ36精轧螺纹钢不够长时采用套筒连接接长。制作水平连接装置和墩身预埋套筒之间铰接装置，及钢横梁上面的铰接装置。制作Φ36精轧螺纹钢与铰接装置连接的Q235钢材垫板(尺寸：10 cm×10 cm×2 cm)。

6.3 水平连接装置的安装

1)临时墩上的铰接装置的安装：水平方向为在墩身顶部的工字钢上延桥方向大小里程两侧，各装一套铰接装置(距墩中心线1.75 m左、右各一个)。竖直方向为减小精轧螺纹钢上所受的力，在装铰接装置过程中应将铰接装置做成与墩顶面成α角的斜度，角度向下。而具体的斜度应根据顶推过程临时墩受力来确定。

2)钢横梁上的铰接装置的安装：水平方向在钢横梁梁面上延桥方向大小里程两侧，各装一套铰接装置(距两个支座垫板中心线1.08 m左、右各一个)，采用焊接。水平方向为减小精轧螺纹刚上面所受的力，在焊接过程中应将铰接装置的一侧做成与梁面成α角的斜度，角度应向外，而具体在大小里程哪一侧及斜度应根据顶推过程钢横梁受力来确定。

3)精轧螺纹钢的安装：a.采用汽车吊进行吊装，人工配合，由于在既有营业铁路线上安装，吊装过程中应采用3点吊装，吊点应绑在精轧螺纹钢两头1/3和中点处。吊绳采用普通尼龙绳，在绑扎过程中应系为活头，方便拆除。b.当吊车吊起精轧螺纹钢时墩顶上应各安排2名工人配合，等工人将两头用螺母套上及吃上劲后再拆除两头的吊点，然后再缓慢升起吊车大臂用以消除杆件的挠度，开始拧螺丝，直至水平杆件的挠度基本消除为止。

6.4 水平连接装置的拆卸

由于在既有线施工，顶推完成后水平连接应当撤除，在拆除过程中应先将尼龙绳绑好后再进行拆除，拆除过程中应注意人员、机械的安全，最后处理墩顶上的铰连接装置。

7 结语

通过顶推法施工中，水平连接采用精轧螺纹钢筋进行连接，通过对整个工况的有限元分析，确保各墩的安全，使软连接得以应用，有效降低了施工成本，起到了节能、环保的效果，做到了企业、社会的双赢。