顶推工艺是调整拱轴线及压力线的有效方法。当桥台水平位移过大,致使拱顶下沉,在拱顶截面下缘和拱脚截面上缘出现裂缝,拱轴线严重偏离设计轴线时,可考虑采用此法。施工时将拱桥的一端作为顶推端,设立顶推横梁,横梁与拱肋紧紧相连,凿除拱脚与支座的联结,使支座自由,然后安放千斤顶。向跨中方向顶推横梁,从而使整个拱轴移动。当顶推位移相当于原桥已产生的位移时,停止顶推。然后在拱脚离开拱座的空隙内浇灌高强快硬水泥混凝土,待混凝土达到设计强度后,放松千斤顶,顶推工作完成。若原桥整体性完好,顶推法可恢复其承载力。这一方法经济实用,可在不损害原桥外貌、不缩小通航净空的情况下,完成桥梁的加固。
1.计算要点
顶推加固前必须进行施工设计,设计计算内容如下。
(1)顶推横系梁设计:使千斤顶推力可完全传给主拱圈,保证拱脚部分主拱圈受力均匀。
(2)进行千斤顶的布置和数量的计算。
(3)顶推量的确定原则:①根据实测拱脚位移量推算;②根据拱顶实测下沉值和拱顶推力影响线推算;③顶推直至桥上沿或路缘石出现负弯矩裂缝为止。
2.施工要点
在顶推前先将拱脚锚固钢筋切断,同时将拱上建筑与桥台分开,使顶推时拱上建筑能随同拱圈自由变形。
顶推可在桥的一端进行,也可先在桥的一端顶推至1/2跨径处,计算顶推水平距离后,再移至另一端顶推。顶推的基本方法是在桥台的拱脚处安装传力结构(钢夹具或刚性横梁),通过千斤顶施加推力,将拱圈自拱脚向跨中方向顶推,以实现调整桥台位移和拱轴线,恢复承载力的目的。顶推后,在拱脚端的空隙处浇筑高强快凝混凝土。顶推也可在桥台区挖槽,顶入受力管,使顶管与原桥台共同受力,以调整桥台水平位移和拱轴线。
顶推应按照一定程序,分级缓慢进行,直至达到计算要求的顶推水平距离,或者拱上桥面出现横向裂缝,不能再顶推时为止。
3.拱桥的顶推
顶推实施时,要重点解决好拱脚锚固钢筋问题、拱脚负弯矩问题、传力结构问题及拱上建筑的处理问题等。
(1)顶推的主要程序。
搜集要顶推桥梁的有关设计、施工、竣工等文件,以及养护、运营期间检查、改造加固等记录资料。在熟悉资料的基础上到桥梁现场进行核实。慎重考查判断桥台稳定性。根据拱桥实际尺寸、恒荷载及作用状态,进行顶推设计计算,确定顶推方案。编制顶推施工、材料、设备、预算等,布设观测点。必要时筑桥台围堰、搭脚手架、仪表架等。设计制作千斤顶传力结构(如刚性横梁)。凿除拱脚四周的混凝土,使其周边脱离桥台。加固、顶撑拱脚部位的腹孔,处理桥面伸缩缝,以利顶推时桥面自由移动;切断拱脚锚固钢筋。
待刚性横梁混凝土达到设计强度后,安装千斤顶、高压油路系统。根据实际需要可单边顶推或双边顶推(两个拱脚都处理)。正式顶推前要试顶。顶推过程要逐级、缓慢进行。拱脚弯矩释放为第一级,之后每顶进1 cm为一级。每级顶推后要稳定15 min,全面检查桥梁结构和顶推系统,一切正常后再继续下一级,直至符合要求。
各级顶进时,均应测量拱截面(顶推端)两侧的位移量(竖向、水平),拱肋主要截面(L/4、3L/8、L/2)下缘高程或相应截面的桥面路缘石高程,桥纵轴线变化,桥台变位(沉降、位移、转角),主拱圈顶部桥面栏杆、立柱、路缘石、桥面混凝土的变形,以及伸缩缝的变化等。
顶推完成后,形成的端部空缝要立即冲刷干净,填塞高强快凝砂浆或小石子混凝土,捣实养护。如在冬季施工,当温度低于5℃时,应加温养护。
当高强快凝砂浆或小石子混凝土强度达到要求后,拆除顶推设备。最后修补结构裂缝、局部补强、接长拱座、清理现场。(www.daowen.com)
(2)顶推注意事项。
①顶推前必须确认桥台变位已经稳定,否则要先行加固桥台。
②顶推前办理好断道、断航有关手续。顶推时组织好保卫人员,划出作业区,确保施工现场、行人和围观者的安全。
③顶推时要合理组织人员、明确分工、统一信号,并应先进行试顶演习。
④做好两桥台上方三铰腹拱孔的加固、支护,凿除伸缩缝(对单边顶推是非顶推端的桥台上方桥面伸缩缝),顶推作业时要确保拱上建筑的安全。
⑤千斤顶的轴线方向应与安装部位的拱轴线方向一致;千斤顶的顶部和底端钢垫板要平整、密贴;千斤顶要尽量靠近主拱圈的内、外缘;千斤顶合力作用点尽量与拱桥设计要求的合力位置相符。千斤顶的油路系统形成并联的闭合管路,保证同步作用;高压油路和千斤顶在安装前要分部件检测、试压,合格后才能使用。
⑥顶推前要进行试顶、预演。通过试顶、预演,仔细考查顶推机具和设备工作状态是否安全可靠、管路有无漏油、顶推是否同步、现场指挥系统是否迅速可靠。如发现问题,应回油处理,切忌在高压下检修油路,以确保人身安全。
⑦监测用的仪器要可靠。每级顶推后要及时整理观测资料,特别是主拱圈挠度及应变。只有确认情况正常时,才能进行下一级顶推。要指定专人负责监视工作,及时向顶推工作点反馈信息。
⑧监测顶推端对岸的桥面伸缩缝空缝的变化情况,保证顶推过程中该处始终留有空隙,防止掉进杂物堵塞空缝而影响顶推作业。
⑨应事先通过试验确定填塞空缝用的高强快凝水泥砂浆或小石子混凝土的强度和配合比,以及其强度增长规律。
⑩顶推结束,对顶推端拱脚处的空缝要认真冲洗干净,防止掉入杂物。填塞空缝后,注意捣实、养护。应派专人监视油路系统,保持千斤顶油压稳定,直至填料强度达到要求。
(3)顶推终止条件。
只要出现以下任何一条,均应停止顶推。
①顶推水平距离或桥面高程达到设计要求。
②拱顶路缘石顶面出现轻微裂纹。
③桥台有明显位移或位移不稳定时。
顶推法加固拱桥在施工过程中具有一定的风险,且投资较大,故目前在桥梁加固中采用这种方法的并不多。
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