許永燦

（廈門興海灣監(jiān)理咨詢有限公司，福建 廈門 361012）

1 工程概況

廈門市嘉禾路鼎爐人行天橋位于嘉禾路與蓮花北路交叉口以南約170 m、嘉禾路與蓮花南路交叉口以北約220 m，跨越嘉禾路。主橋?yàn)槿邕B續(xù)梁全鋼結(jié)構(gòu)，跨徑布置為（9.25+24.2+9.25）m，主橋中墩放置于道路側(cè)分帶上，主橋邊墩放置于道路兩側(cè)人行道上。鼎爐人行天橋橋位處嘉禾路。該道路在建成后幾經(jīng)改造，導(dǎo)致天橋下凈空不滿足規(guī)范要求，存在極大的安全隱患。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，具體為主車道下方最小凈空為4.45m、輔道下方凈空3.8m。鼎爐人行天橋主梁由于凈空不足遭受過往車輛的撞擊，導(dǎo)致縱梁局部損傷。同時(shí)，天橋的主橋墩柱底部鋼結(jié)構(gòu)存在不同程度的腐蝕破壞。因此，設(shè)計(jì)方案將鼎爐人行天橋主橋抬高，施工頂升加高75 cm，還有墩柱接高等改造。

2 施工方案

鼎爐人行天橋?yàn)槎樟汗探Y(jié)的連續(xù)結(jié)構(gòu)，施工方案考慮整體頂升（由于分段頂升將改變?cè)瓉斫Y(jié)構(gòu)體系）。原頂升施工方案考慮盡可能在施工階段保持原來的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)受力影響最小。因此，將臨時(shí)支墩設(shè)置在原來墩柱位置，通過墩柱四周增設(shè)的支撐牛腿臨時(shí)支撐（見圖1），改造前后主梁結(jié)構(gòu)受力不產(chǎn)生太大變化。

圖1 頂升支架搭設(shè)立面圖

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考察，鼎爐人行天橋位于廈門市商業(yè)區(qū)，兩側(cè)座落著多個(gè)大型商場(chǎng)、酒店、醫(yī)院、銀行、廣場(chǎng)及各種休閑娛樂設(shè)施。嘉禾路作為廈門市主干道，車流量較大，是主要的交通干道，施工過程中不允許有任何影響主車道行車的障礙，施工時(shí)必須保證主車道車流通暢。同時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)周邊行人較多且密集，為了確保行人過街安全，該工程工期要求緊，不得超出合同工期。現(xiàn)場(chǎng)施工空間、環(huán)境、條件等較窄小且復(fù)雜，大型起吊設(shè)備無(wú)法開展作業(yè)。特別是主梁中墩位于側(cè)分帶，地質(zhì)松軟，原頂升施工方案在墩柱四周加焊牛腿并架設(shè)臨時(shí)支撐，由于操作空間狹小，主梁頂升完成后的加高墩柱承臺(tái)施工難度大（特別是鋼筋綁扎、混凝土澆筑等），且難以施工，施工進(jìn)度將受到較大影響，臨時(shí)支撐將較為復(fù)雜（為了不影響對(duì)墩柱基礎(chǔ)施工），且施工時(shí)難免會(huì)對(duì)臨時(shí)支撐穩(wěn)定安全造成威脅，同時(shí)對(duì)主車道的車輛通行造成較大的影響。為此，對(duì)原頂升施工方案進(jìn)行變更優(yōu)化，即將頂升支撐點(diǎn)位置墩柱牛腿處變更至主梁底（即距主梁中墩柱外1.1 m處的主梁上，即位于輔道內(nèi)），將大幅提高施工進(jìn)度確保施工工期，增加天橋頂升施工安全穩(wěn)定性，確保臨時(shí)支撐安全穩(wěn)定不受其他方面威脅，提高天橋頂升施工安全可靠度。

3 頂升施工方案優(yōu)化的推導(dǎo)

天橋主橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)為三跨連續(xù)梁全鋼結(jié)構(gòu)，鋼箱梁與墩柱為固結(jié)方式，鋼箱梁墩柱順橋向?yàn)?0 cm，橫橋向?yàn)?0 cm，墩柱頂端與鋼箱梁縱向矩形梁固結(jié)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，主橋鋼箱梁邊跨簡(jiǎn)化為取直線梁，采用三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行截面內(nèi)力計(jì)算。由于多跨連續(xù)梁內(nèi)力主要由其彎矩值控制設(shè)計(jì)，其剪力對(duì)結(jié)構(gòu)不起控制作用。因此，該工程要將頂升位置變更至主梁中墩外1.1 m處是否可行，需驗(yàn)證變更后頂升部位的彎矩值及中跨跨中彎矩值產(chǎn)生的應(yīng)力值是否會(huì)對(duì)主梁的截面強(qiáng)度及剛度造成影響（即δ<215 MPa【鋼材容許應(yīng)力值】），內(nèi)力計(jì)算步驟為：

（1）計(jì)算變更后頂升部位的彎矩值及中跨跨中彎矩值；

（2）求得截面慣性矩、截面形心軸位置及抵抗矩；

（3）計(jì)算變更后頂升部位的彎矩值產(chǎn)生最大應(yīng)力值δ1及中跨跨中彎矩值產(chǎn)生最大應(yīng)力值δ2；

（4）應(yīng)力值比較分析：只要變更頂升部位最大應(yīng)力值δ1及中跨跨中彎矩值產(chǎn)生的最大應(yīng)力值δ2均不大于215 MPa，則可以確定變更后的頂升部位（即支座處）及跨中產(chǎn)生的最大應(yīng)力不會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)箱梁梁體的截面剛度及強(qiáng)度產(chǎn)生影響，說明變更優(yōu)化后的頂升施工方案頂升施工是可行的。

3.1 荷載計(jì)算

3.1.1 恒載計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的數(shù)據(jù)，天橋總重202 t，橋梁寬度4.2 m，驗(yàn)算時(shí)，按照橋梁變更頂升方案后的長(zhǎng)度42.7 m（P1/P4墩柱外側(cè)人行梯步臺(tái)階自重未計(jì)算在內(nèi)）計(jì)算。

q恒 =2 020 kN/42.7 m=47.3 kN/m。

3.1.2 設(shè)計(jì)施工活載（主要是施工人員上橋檢查及測(cè)量）

按照500 kg/m2計(jì)算；橋梁寬度4.2m計(jì)算。

q人 =5 kN/m2×4.2 m=21 kN/m。

設(shè)計(jì)荷載：

q=q恒+q人=47.3 kN/m+21kN/m=68.3 kN/m。

3.1.3 鋼箱梁墩柱集中荷載

鋼箱梁墩柱在變更頂升方案后，實(shí)施頂升過程中，鋼箱梁墩柱已經(jīng)切割、斷開，由于墩柱與鋼箱梁為固結(jié)（實(shí)際上是鋼箱梁剛構(gòu)橋梁），墩柱的自重相當(dāng)于一個(gè)集中荷載作用于鋼箱梁的原墩柱部位，其自重為：P=30 kN。

【注：鋼箱梁寬度0.6m，厚度0.4m，高度4.8m，鋼箱梁鋼板厚度20mm。P={[（0.6m×0.4m-0.56m×0.36m）×4.8 m]×7 850 kg/m3}×2墩柱】。

圖2為頂升方案計(jì)算簡(jiǎn)圖。

圖2 頂升方案計(jì)算簡(jiǎn)圖（單位：cm）

3.2 驗(yàn)算數(shù)據(jù)

由于該工程主梁優(yōu)化后頂升施工方案將采用同步頂升方案，由于中跨與邊跨跨徑比例為3.24（大于 2.5），F(xiàn)2、F3處千斤頂為主頂升，F(xiàn)1、F4處千斤頂為輔助頂升。優(yōu)化后的頂升施工方案采用液壓、雙控、同步頂升施工方案，F(xiàn)1、F2、F3、F4頂升處箱梁位置無(wú)相對(duì)位移（即鋼箱梁整體剛體位移同步）。鋼箱梁頂升過程受力情況見圖3所示。

圖3 鋼筋梁頂升過程受力簡(jiǎn)圖

由于鋼箱梁頂升結(jié)構(gòu)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，F(xiàn)2、F3為為主頂升（F2=F3），F(xiàn)1、F4為輔助頂升（F1=F4），為了在頂升過程中保持F1與F2處（或者F3與F4處）相對(duì)不變形，即鋼箱梁邊跨在箱梁自重的作用下產(chǎn)生的F1處向下的撓度f(wàn)q與F1處頂升力作用下產(chǎn)生的F1處向上的撓度f(wàn)F1相等，相互抵消。這樣，鋼箱梁在頂升過程中整體向上頂升的剛體位移同步，自身不會(huì)產(chǎn)生附加的彎曲變形。由此可以計(jì)算出F1和F2的頂升力。

由變形協(xié)調(diào)條件 fq=fF，可得：F1=3/8ql=3/8×68.3×8.15=208.74（kN）

（1）變更后頂升位置支座處（即F2處）彎矩值為：

（2）變更后中跨跨中彎矩值為：

（3）該工程主梁（鋼箱梁）截面形心軸位置為：y1=33.7 cm（距離上表面）；y2=56.3 cm（距離下表面）；截面慣性矩I=2 383 941 cm4。由此計(jì)算抵抗矩W為：

（4）數(shù)據(jù)驗(yàn)算：

變更后頂升位置處（即P2處）的截面最大應(yīng)力δ1為：

因此，可以確定變更后頂升位置截面強(qiáng)度及剛度是安全、可靠的。

變更后跨中彎矩值產(chǎn)生的最大應(yīng)力值δ2為：

δ2=M中/I=5 422.73×103N·m/（42 343.5×10-6m3）=128.07（MPa）＜215MPa【鋼材容許應(yīng)力值】。因此，可以確定變更后最大跨中彎矩處的強(qiáng)度及剛度是安全、可靠的。

由上述數(shù)據(jù)驗(yàn)算結(jié)果已知變更頂升位置后，鋼結(jié)構(gòu)箱梁無(wú)論在頂升位置或是在跨中產(chǎn)生的最大應(yīng)力均不超過容許應(yīng)力。因此，該工程人行天橋鋼結(jié)構(gòu)箱梁變更優(yōu)化后的頂升施工方案是可行的，優(yōu)化后的施工方案實(shí)施過程中鋼箱梁截面的強(qiáng)度及剛度是安全的。

4 頂升施工優(yōu)化方案實(shí)施

根據(jù)設(shè)計(jì)鋼箱梁頂時(shí)承受的荷載和現(xiàn)場(chǎng)條件，采用在P2/P3墩柱外側(cè)1.10 m部位設(shè)置鋼管立柱及反力系統(tǒng)進(jìn)行橋梁整體、同步頂升。千斤頂設(shè)置于鋼箱梁分配梁部位，底座倒置并以焊接方式與分配梁下緣焊接固定。千斤頂另一端設(shè)置360 mm×360 mm×10 mm鋼板，以減少其局部承壓應(yīng)力。千斤頂下部的轉(zhuǎn)換鋼墊塊與工字鋼分配梁進(jìn)行焊接固定；分配梁下緣與鋼管立柱采用焊接高度和連接，鋼箱梁頂升過程中的反力由此傳遞至墩柱承臺(tái)。

4.1 臨時(shí)支架的設(shè)置及轉(zhuǎn)換支撐系統(tǒng)（墊塊）

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件，支墩要求承受的施工荷載等，P2/3地基承載力要求不小于400 kPa；P1/P4地基承載力要求不小于200 kPa；人行梯道平臺(tái)地基承載力要求不小于100 kPa。臨時(shí)支架基礎(chǔ)均采用C25混凝土，厚度均為50cm。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件，臨時(shí)支架采用φ630×8鋼管立柱、2X36C工字鋼分配梁等。頂升系統(tǒng)縱、橫向鋼管立柱設(shè)置14 B槽鋼格構(gòu)裰條；其與鋼管立柱上、下節(jié)點(diǎn)水平焊接，上、下格構(gòu)水平裰條之間采用14 B槽鋼格構(gòu)裰條焊接，設(shè)置為斜向剪刀撐聯(lián)系，以確保系統(tǒng)縱、橫向穩(wěn)定和安全。轉(zhuǎn)換支撐系統(tǒng)由鋼管立柱、2X36C工字鋼分配梁、轉(zhuǎn)換墊塊構(gòu)成。轉(zhuǎn)換墊塊的主要作用為：一是頂升需要替換，二是頂升系統(tǒng)液壓千斤頂意外失效時(shí)，可以臨時(shí)支撐、穩(wěn)定橋梁結(jié)構(gòu)，以確保頂升安全。箱梁頂升時(shí)轉(zhuǎn)換墊塊采用2X36C工字鋼與10 mm鋼板焊接組合。為適應(yīng)千斤頂?shù)捻斏谐?，墊塊的長(zhǎng)度分別為：150 mm（全橋用量：24個(gè)）、180 mm（全橋用量：12個(gè)）、330 mm（全橋用量：12個(gè)），380mm（全橋用量：12個(gè)），580mm（全橋用量：12個(gè)）。墊塊兩端上、下焊接10 mm法蘭盤。高度調(diào)平鋼板采用厚度為5mm、10mm、20mm鋼板作為箱梁頂升高度調(diào)整備用，以滿足不同頂升高度的要求。支撐結(jié)構(gòu)之間必須連接牢固，轉(zhuǎn)換墊塊與千斤頂、調(diào)平鋼板之間，鋼管支撐與基礎(chǔ)之間等部位均采用螺栓定位連接；墊塊與分配梁采用焊接固定。

圖4、圖5分別為P2/P3縱橋向與橫橋向臨時(shí)支架設(shè)置圖。

圖4 P2/P3縱橋向臨時(shí)支架設(shè)置圖（單位：cm）

圖5 P2/P3橫橋向臨時(shí)支架設(shè)置圖（單位：cm）

4.2 整體頂升過程控制

在頂升施工過程中做好同步性，通過頂升抬高位移量與頂升力雙控，以每個(gè)行程分級(jí)控制，在頂升過程中發(fā)現(xiàn)位移及頂升力異常情況及時(shí)進(jìn)行處理，確保天橋上構(gòu)整體頂升抬高的同步性，確保施工安全。為避免鋼箱梁頂升過程中橋梁產(chǎn)生橫、縱向偏移，必須確保頂升速度同步；鋼箱梁橫向不得傾斜、偏移；縱向不得滑移；鋼箱梁整體縱、橫向必須確保穩(wěn)定、安全。該橋縱向?yàn)槠狡?，且屬直線橋；頂升過程中縱向產(chǎn)生移位的可能性不大。鋼箱梁長(zhǎng)度達(dá)到42.7 m，寬度僅為4.2 m，寬跨比約為1/10，因此，鋼箱梁在頂升過程中其橫橋向失穩(wěn)或產(chǎn)生偏移的機(jī)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于縱向。該橋采用20點(diǎn)整體、同步頂升，采用 φ13 mm（6×37+1）鋼絲繩于P2/P3墩柱頂端固定，并與設(shè)置于地面的錨固裝置連接，配合花蘭螺栓收緊固定，在頂升過程中采用放松，在鋼箱梁發(fā)生偏移時(shí)采用收緊進(jìn)行調(diào)整、糾偏。

鼎爐天橋鋼箱梁整體頂升75 cm；頂升全過程分步實(shí)施；初次抬升離地5 cm后穩(wěn)壓（支撐預(yù)壓）；中間按每次4 cm校核、逐次頂升。當(dāng)頂升高度到達(dá)60 cm時(shí)，增加一節(jié)60 cm鋼管支撐、用以替換臨時(shí)鋼管墊塊，以增強(qiáng)支撐整體穩(wěn)定性。初次頂升使天橋整體抬升離地5 cm后，穩(wěn)壓（支撐預(yù)壓）24 h以上，以檢查臨時(shí)支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定、變形，地面是否發(fā)生沉降等，同時(shí)消除非彈性變形。

鋼箱梁頂升過程中，支撐結(jié)構(gòu)之間必須連接牢固。鋼箱梁頂升采用在縱向頂升支架鋼管上設(shè)置100 t雙控、液壓、同步頂升千斤頂，全橋設(shè)置20臺(tái)。千斤頂?shù)锥伺c鋼箱梁分配梁采用焊接固定。千斤頂與轉(zhuǎn)換墊塊之間設(shè)置調(diào)平鋼板；轉(zhuǎn)換墊塊與工字鋼分配梁采用焊接固定；鋼管支撐與基礎(chǔ)之間采用螺栓定位連接。頂升系統(tǒng)縱、橫向鋼管立柱設(shè)置14B槽鋼格構(gòu)裰條；其與鋼管立柱上、下節(jié)點(diǎn)水平焊接，上、下格構(gòu)水平裰條之間采用14 B槽鋼格構(gòu)裰條焊接，設(shè)置為斜向剪刀撐聯(lián)系，以確保系統(tǒng)縱、橫向穩(wěn)定和安全（鋼箱梁頂升縱、橫向立面系統(tǒng)布置詳見圖4、圖5所示）。頂升過程中，通過安裝在承臺(tái)上的控制點(diǎn)和鋼箱梁底部的百分表讀數(shù)來控制頂升的同步性。同時(shí)派專門人員密切注意是否有異常情況（鋼箱梁縱、橫向偏移應(yīng)控制在3 mm內(nèi)），當(dāng)鋼箱梁縱、橫向偏移達(dá)到5 mm時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)立即停止頂升施工；并及時(shí)在臨時(shí)支撐放置墊板進(jìn)行塞墊、穩(wěn)定鋼箱梁；確保頂升過程安全可靠。

頂升過程中的糾偏措施：

（1）梁體兩側(cè)頂升不一致，立即停止頂升施工，并組織指揮部人員分析原因。

再次頂升時(shí)，將鋼箱梁標(biāo)高較高部位的千斤頂進(jìn)油控制閥適當(dāng)調(diào)整，使梁體較高一側(cè)千斤頂保持壓力不變，另一側(cè)緩慢加壓使其上升；當(dāng)梁體處于平衡位置上時(shí)，停止“糾偏”；再根據(jù)分析原因，兩邊橋梁頂升部位同時(shí)頂升、加壓；頂升壓力適當(dāng)調(diào)整。

（2）當(dāng)梁體出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形時(shí)，立即暫?；蛲Ｖ鬼斏┕ぃ⒔M織指揮部人員分析原因，根據(jù)分析、制定的相應(yīng)的處置措施，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

（3）為防止頂升過程中鋼箱梁橫向產(chǎn)生偏移，擬定在鋼箱梁P2/P3墩位固結(jié)部位設(shè)置φ13 mm(6×37)鋼絲繩纜索作為應(yīng)急措施；以作為鋼箱梁頂升過程中的糾偏處置。

4.3 整體頂升完成后效果

鼎爐天橋鋼箱梁整體頂升完成就位后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查外觀質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)明顯裂痕或其他異?，F(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢查測(cè)量，墩柱中心偏差基本在3 mm（在水平縱、橫方向上位移），橋面高程相對(duì)原橋面高程高75.2 cm，施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[3]要求。該工程頂升施工優(yōu)化方案實(shí)施完成后，經(jīng)各方檢查驗(yàn)收工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)及驗(yàn)收規(guī)范要求，工程造價(jià)經(jīng)審核決算在合同約定的范圍內(nèi)，施工工期提前，施工安全達(dá)到了預(yù)期的良好效果，滿足合同約定要求。天橋整體（主橋及梯道）頂升，對(duì)于施工質(zhì)量及工期，特別是工期得以達(dá)到預(yù)期良好效果，縮短了施工工期，提前開放交通，避免行人繞道過車行道，同時(shí)施工期間保證了主車道車流通暢，取得良好的社會(huì)效果。

[1]JTG/T J22-2008，路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]CJJ-2008，城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]JTJ041-2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4]JTG/T J23-2008,公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].