頂升技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

徐 泉

(南通市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇南通226001)

1 橋梁頂升概況

1.1 橋梁頂升技術(shù)的應(yīng)用

近幾年來，隨著我國國民經(jīng)濟增長和生活水平的不斷提高，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也是大力發(fā)展。在中國大量運營的公路橋梁或城市跨線立交橋中，由于橋梁沉降、通航等級提高、下穿道路等級提高、路線改造等原因，引起橋下凈空不足，橋梁在正常使用期限內(nèi)使用功能便不能滿足交通運輸要求，因此對自身和下穿線路的運營安全構(gòu)成隱患。在這種情況下，一般是采用正常的施工方法拆除、重建，這樣就會面臨施工期長、對原有交通影響大、成本高、工期長及危害環(huán)境等嚴重問題的困擾。另一方面，在結(jié)構(gòu)承載力滿足的前提下，僅因為線形不滿足要求就拆除重建，也會造成巨大的浪費。因此，迫切需要提出一種方便、有效、快捷的橋梁技術(shù)改造方法。橋梁頂升技術(shù)正是針對正在使用的舊橋進行的豎直方向抬升和改造的一種技術(shù)對策。

1.2 橋梁頂升技術(shù)的發(fā)展

在我國，頂升技術(shù)從20世紀50 年代開始應(yīng)用于鐵路橋梁的單片預(yù)制梁的架設(shè)、移位和落梁；60 年代開始，液壓技術(shù)發(fā)展較快，并開始應(yīng)用于屋面的整體頂升；2003年9月我

國第一座具有里程碑意義的采用整體頂升技術(shù)改造的橋梁工程——獅子林橋主橋[1]成功落梁就位，該橋被整體抬升1.27 m，從此開創(chuàng)了我國橋梁頂升的先河。此后，橋梁同步頂升技術(shù)分別成功的運用在近千座橋梁中，2010年完成的世界最大跨徑、最長聯(lián)的橋梁頂升工程同三國道跨橫潦涇大橋頂升改造工程，跨徑組合85 m+125 m+85 m，全長295 m，單幅橋梁重約24 216 t，整體頂升1.58 m，創(chuàng)下世界最大跨徑、最大噸位的橋梁頂升兩項世界紀錄。目前PLC液壓整體同步頂升技術(shù)得已廣泛應(yīng)用。

2 工程實例

2.1 工程概況

某工程中頂升段橋梁全長180 m，為兩聯(lián)共六跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，每聯(lián)為3×30 m，橋面寬度25.5 m。為滿足頂升控制系統(tǒng)同一個墩同步頂升和不同號墩成線型變化，同時頂升時始終保證原有箱梁的線型，采用角速度一致的等比例調(diào)坡頂升，調(diào)整頂升高度為0～4 189 mm，頂升面積為4 590 m2，各墩頂升高度、重量如表1。頂升段橋梁的總重量約8 884 t。

表1 某橋梁頂升狀況

2.2 工程整體頂升方案概述

利用原承臺和橋臺作為千斤頂?shù)姆戳A(chǔ)(對于承臺放置支承位置不夠的，可在承臺邊植筋加寬承臺)，在原承臺上放置鋼支撐，在鋼支撐與箱梁底之間安裝頂升千斤頂(頂升千斤頂邊上需有跟隨保護頂保護)，通過PLC電腦同步控制系統(tǒng)，采用角速度一致等比例頂升的方法，整體頂升箱梁上部(千斤頂頂升箱梁的實心部位或通過分配梁來頂升箱梁)的方法來實現(xiàn)抬高橋梁標(biāo)高，頂升到位后(超高頂升約2 mm)，對立柱和橋臺進行連接，連接完成后安裝支座并澆筑墊石，支座安裝好后整體下落。

2.3 調(diào)坡頂升工程中施工要點難點及解決方案

2.3.1 同步比例頂升

該立交橋需抬升，抬升的支承點共有6處(1號墩處不抬高，僅通過加橋面鋪裝的方式)，各處抬升量不等，抬升升量之比為1∶0.782∶0.565∶0.347∶0.217∶0.103 (根據(jù)橋梁抬升量來計算比例)，施工中共計使用14點位置同步控制，在工控總線網(wǎng)絡(luò)控制下，14點控制系統(tǒng)由一臺主控制器控制，運用變頻調(diào)速連續(xù)控制，可以很精細的按設(shè)定的比例控制指令同步頂升，同時達到新橋梁的設(shè)計所需要的位置。

2.3.2 頂升支撐上帶球頭的頂升千斤頂選用

本工程頂升設(shè)備采用用200 t雙作用液壓千斤頂。液壓頂升斤頂選用參數(shù)：200 t、63 MPa、高366 mm、底徑244 mm、行程最大140 mm。千斤頂選用帶球頭可轉(zhuǎn)動的液壓千斤頂，頂部球頭轉(zhuǎn)角最大可達5°。頂升時隨著坡度的變化，液壓千斤頂與上部結(jié)構(gòu)物由垂直變成不垂直，此時千斤頂頂部的球頭隨著上部結(jié)構(gòu)坡度的變化自動調(diào)整缸頂?shù)那蝾^(圖1)。采用此帶球頭的千斤頂解決了頂升過程中由于坡度變化引起的千斤頂與上部結(jié)構(gòu)不垂直對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的局部應(yīng)力。此種裝置是調(diào)坡頂升的關(guān)鍵技術(shù)，是調(diào)坡頂升能否成功的核心點。同時，如果液壓千斤頂在頂升時發(fā)生意外內(nèi)泄的意外因素，使重載頂升的安全性受到限制，設(shè)置跟隨保護千斤頂就尤為必要。目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種在油缸的油壓突然消失時仍能有效支撐重載工件、避免工件滑落的機械式隨動支撐機構(gòu)(圖2)。本工程跟隨千斤頂選用參數(shù)：400 t、行程140 mm、高390 mm、底徑368 mm。

圖1 千斤頂頭部結(jié)構(gòu)

圖2 隨動支撐結(jié)構(gòu)

2.3.3 調(diào)坡中水平力的處理

調(diào)坡頂升時,隨著角度的變化,會產(chǎn)生一定的水平力,此時水平力遠小于摩擦力,但對支撐的穩(wěn)定性不利,所以支撐間要用鋼結(jié)構(gòu)支撐體系連接成一個整體并對其進行臨時加固，防止水平失穩(wěn)。

頂升時隨著坡度的變化,橫向是不產(chǎn)生水平力的,縱向產(chǎn)生一定的水平力,水平力產(chǎn)生后為防止失穩(wěn),對于橋墩處的支撐采用斜向支撐的方式對其加固,防止縱向失穩(wěn)。對于橋臺處的支撐用型鋼格構(gòu)把支撐連接成一個整體。

2.3.4 頂升后箱梁的水平位移變化及處理方法

上部結(jié)構(gòu)頂升到位后，梁的水平投影會變長，為滿足箱梁長度的要求，確保頂升安全，并為后期伸縮縫安裝預(yù)留空間，需對增長部分進行切除。

由于該項目為箱梁橫截面切割，按設(shè)計要求不得破壞原結(jié)構(gòu)，因此本次切割主要采用德國進口的世界領(lǐng)先技術(shù)的混凝土切割設(shè)備“賽迪瑪WS-450H”全液壓切割機進行切割，繩據(jù)切割具有切口平直、整齊、速度快、效率高、不會破壞原結(jié)構(gòu)、噪音低、無粉塵、操作簡便等特點。

2.3.5 頂升施工監(jiān)測

橋梁頂升過程是一個動態(tài)過程，隨著上部結(jié)構(gòu)的提升，連續(xù)梁的縱向偏差、板梁間隙等會發(fā)生較大變化，連續(xù)梁支承點的相對變化對連續(xù)梁受力狀態(tài)將會產(chǎn)生變化。為此要設(shè)置一整套監(jiān)測系統(tǒng)，并要設(shè)定必要的預(yù)警值和極限值，以便將姿態(tài)數(shù)據(jù)反饋給施工加載過程，本工程動力監(jiān)控系統(tǒng)通過PLC同步控制系統(tǒng)[2-3]完成。

2.4 頂升主要工序

(1)頂升準(zhǔn)備。進場后，首先對原橋橋面標(biāo)高、坡度進行測量并與原設(shè)計標(biāo)高核對，以便確定實際頂升高度，使頂升完成后的橋梁線形順暢；對橋臺處的板縫進行清理；橋面上布置若干標(biāo)高和中線觀測點，精確測量各點的標(biāo)高值及橋梁偏移情況，并做好記錄，以便在頂升過程中及時監(jiān)控橋梁位移情況，及時進行調(diào)控；同時做好人員、設(shè)備準(zhǔn)備工作，確保頂升系統(tǒng)可靠性、正常運轉(zhuǎn)。

(2)試頂升。為了觀察和考核整個頂升施工系統(tǒng)的工作狀態(tài)的校核，在正式頂升之前，應(yīng)進行試頂升，頂升高度為10 mm。試頂升結(jié)束后，提供整體姿態(tài)、結(jié)構(gòu)位移等情況，為正式頂升提供依據(jù)。

(3)正式頂升。試頂升后，觀察若無問題，便進行正式頂升，每一個標(biāo)準(zhǔn)頂升行程按工程實際確定。

(4)橋臺處樁基及后加承臺施工。頂升到位后，對橋臺處加樁并施工新的承臺。先對橋臺內(nèi)側(cè)處做一個小的基坑，然后施工鉆孔灌注樁，最后施工后加的承臺。

(5)橋臺及橋墩接高。頂升到位后，對橋墩進行重新連接。并施工好橋臺后加樁基及承臺后，對橋臺進行重新連接。對橋墩連接時，把原有的跟隨頂及支承拆除掉，此時頂升千斤頂處于空缸狀態(tài)(缸內(nèi)無油)和下部的支承鋼管來支撐上部的荷載，同時保留超墊的部分支撐(部分超墊墊塊位置需調(diào)整，總體上保證模板好施工)。

(6)支座安裝。等立柱澆筑完成后，安裝接高墩處及邊墩調(diào)坡為零處的支座，先對支座下部的墊石用高強灌漿料澆筑，澆筑完成后，安裝支座，此時支座頂面與箱梁底面仍成很小的角度，為保證支座安裝的密貼，對支座上部與箱梁底部間壓漿。

(7)整體下落。等立柱澆筑完成后，對上部結(jié)構(gòu)整體下落。采用整體超頂0.2 cm，下落位移較小，整體同步下落即可。

(8)整體恢復(fù)。等下落完成后對橋面鋪裝進行加高，對下部的支承進行拆除，對限位進行拆除，并對原有的承臺進行回填土恢復(fù)，并恢復(fù)伸縮縫，鋪筑路面，恢復(fù)交通。

2.5 頂升方案中各環(huán)節(jié)詳述

2.5.1 千斤頂箱梁頂升部位

頂升部位選擇有兩種方案：方案一是頂升到實心部位；方案二是頂升至非實心部位。對于頂升非實心部位的地方，需要加分配梁。由于受下部承臺基礎(chǔ)的約束，承臺基礎(chǔ)在箱梁投影部位較少，所以此處的分配梁非常大(圖3)。對于上述兩種方案，本工程采用方案一更利于上部結(jié)構(gòu)的安全。

圖3 箱梁非實心部位立面與側(cè)立面

2.5.2 頂升基礎(chǔ)

利用現(xiàn)有的的承臺和橋臺作頂升基礎(chǔ)，對于位置不夠的地方，應(yīng)對承臺適當(dāng)加寬。

2.5.3 千斤頂頂升和跟隨保護頂支撐體系

千斤頂頂升支承采用直徑609 mm鋼管，鋼管的法蘭直徑為750 mm，壁厚12 mm，鋼管與承臺植筋連接，各組鋼管之間用鋼結(jié)構(gòu)連接系連接。

鋼管加工成工具式墊塊，墊塊采用多種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的精加工鋼管。頂升前按規(guī)定高度配置好，當(dāng)頂升時不斷更換上述墊塊。 同時本工程是調(diào)坡工程，考慮調(diào)坡頂升時各墩的高度不一，在小于10 cm內(nèi)采用一些1～20 mm不等厚的鋼板。同時在千斤頂下方放置木楔子可靈活調(diào)整頂升支撐的高度。

本工程橋梁頂升高度較高，鋼支撐容易失穩(wěn)。為保證鋼支撐的穩(wěn)定性，采用精加工槽鋼水平分段通過螺栓連接形成整個鋼支撐體系，通過槽鋼作為水平連系桿及剪刀撐連成一個格構(gòu)柱，形成水平穩(wěn)定體系，確保施工安全。

跟隨千斤頂支承體系采用鋼箱混凝土墊塊。該種墊塊優(yōu)點是抗壓強度優(yōu)于混凝土，重量低于純鋼實心墊塊，加工精度易于控制，單個墊塊高度誤差可以小于±0.3 mm，同一支點墊塊累計誤差不超過4 mm。

支撐墊塊的安裝采用具有升、降、推、拉等功能升降液壓設(shè)備，人工配合準(zhǔn)確就位。

2.5.4 頂升限位

由于千斤頂安裝的垂直誤差及頂升過程中其它不利因素的影響，同時考慮橋梁調(diào)坡頂升過程中，隨著梁體水平投影長度的不斷變化，會造成梁體的水平位移，為避免出現(xiàn)此類情況，需設(shè)置平面限位裝置(圖4)，限制縱橫向可能發(fā)生的位移。

圖4 平面限位裝置

2.5.5 千斤頂布置

頂升油缸、千斤頂和跟隨保護千斤頂布置時必須左右對稱，以保證上部箱梁受力均勻，防止上部混凝土局部受力產(chǎn)生裂縫。安全儲備系數(shù)為1.8倍以上。根據(jù)本工程實際情況，千斤頂數(shù)目配備如表2。

表2 千斤頂配備數(shù)量

2.5.6 千斤頂分組

同一個墩位置對稱兩邊的千斤頂分成一組，每個主墩分成2組，全橋共分成14個組。

2.5.7 液壓泵站及控制系統(tǒng)選用

本項目設(shè)備共采用7臺液壓泵站(圖5)，采用一套14點同步控制系統(tǒng)(圖6)。

圖5 液壓控制泵站

圖6 PLC同步控制系統(tǒng)

2.5.8 整體超頂高度的確定

調(diào)坡頂升后支座墊石與支座加起來的高度在35 cm左右，在柱子澆筑時，此高度澆筑仍存在一定的困難，對此有二種方案。

方案一：整體超高頂升30 cm，柱子澆筑完成，支座安裝好后整體下落。

方案二：把支座墊石的高度變高(增加約25 cm)，超高頂0.2 cm，柱子澆筑完成，支座安裝好后整體下落。

對于整體超高頂升30 cm下落風(fēng)險較高，較大位移的整體下落，此時跟隨保護頂不能有效使用，所以只能采用超墊的方法，即采用方案二下落的高度控制在幾毫米。

2.6 應(yīng)用結(jié)果

本工程通過采用PLC同步頂升技術(shù)，安全準(zhǔn)確使箱梁整體調(diào)坡到位，箱梁未見頂升施工受力裂縫，且經(jīng)現(xiàn)場檢測和后續(xù)連續(xù)觀察，縱向坡度和高程及縱、橫向位移均符合要求(圖7、圖8)。

圖7頂升調(diào)坡前

圖8 頂升調(diào)坡后

橋梁采用整體頂升調(diào)坡和拆除重建關(guān)于工期、效益比較如表3。

表3 工期、效益比較

整體頂升方案比拆除重建方案要省1100萬元，時間上減少了3月，整體頂升方案優(yōu)勢明顯。

3 結(jié)束語

橋梁頂升技術(shù)具有少影響交通、施工快捷、效果顯著、經(jīng)濟性良好等優(yōu)點，使其受到越來越多的關(guān)注。但由于頂升技術(shù)是近些年才應(yīng)用于橋梁，因此對其研究的介紹和總結(jié)較少，施工經(jīng)驗的推廣和積累受到很大限制，為此本人結(jié)合工程經(jīng)歷對橋梁頂升技術(shù)做了一個較為簡單的介紹，希望橋梁頂升技術(shù)能更好的推廣應(yīng)用，造福社會。

[1] 天津建設(shè)科技編輯部.天津市獅子林橋整體抬升成功-天津城建集團完成我國第一座采用整體頂升改造的橋梁[J].天津建設(shè)科技，2003,(5):35-36

[2] 汪學(xué)謙,汪曉嵐,藍戊己.PLC 控制液壓同步頂升系統(tǒng)在連續(xù)鋼箱梁懸臂架設(shè)施工中的應(yīng)用[J].世界橋梁，2005,(2):33-35,38

[3] 實用動力有限公司.利用液壓控制同步頂升系統(tǒng)實現(xiàn)橋梁改造[J].工程機械，2002，(16):10-12