關(guān)于橋梁整體頂升技術(shù)的分析

楊海忠，徐建國(guó)

（1.溫州繞城高速公路西南線有限公司，浙江溫州 325014；2.浙江交工路橋建設(shè)有限公司，浙江杭州 310051）

0 引言

現(xiàn)階段，由于多種原因，很多公路橋梁建筑限界高度低于規(guī)范要求，所以對(duì)此類橋梁進(jìn)行相關(guān)改造便顯得尤為必要。在此背景下，橋梁整體頂升技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為橋梁改造工程提供了更為寬闊的思路[1]。橋梁整體頂升技術(shù)能夠在幾乎不妨礙橋梁正常通行及結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，完成對(duì)橋梁凈高的有效改善，另外，在減少工程投資和保證施工進(jìn)度方面也具有較大的優(yōu)勢(shì)。正因如此，橋梁整體頂升技術(shù)在橋梁改造工程中得以廣泛應(yīng)用，并創(chuàng)造了較理想的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 橋梁整體頂升原理和適用性分析

橋梁具有相對(duì)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，就力學(xué)模型角度而言，上部橋跨結(jié)構(gòu)借助與之匹配的支撐條件最終作用在基礎(chǔ)之上[2]。就理論層面而言，結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)取決于支撐邊界的各項(xiàng)約束條件，而和其對(duì)應(yīng)的支撐高度沒(méi)有關(guān)系或者關(guān)系不大。該特性為橋梁整體頂升技術(shù)的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。以該原理為基礎(chǔ)，若采用符合實(shí)際情況的臨時(shí)支座支撐于橋梁的固有支座附近，在充分滿足原橋梁受力狀態(tài)要求的基礎(chǔ)上，臨時(shí)性地調(diào)整整個(gè)橋梁的結(jié)構(gòu)體系，即支撐橋跨結(jié)構(gòu)，使其上升到某種高度，緊接著按改造要求抬升既有支座的豎向高度，最終實(shí)現(xiàn)橋梁整體頂升的效果。

由橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)分析和橋梁整體頂升技術(shù)特點(diǎn)能夠知道，在橋梁整體頂升施工中，原橋梁的整體受力狀態(tài)不允許有太明顯的變化，如若不然，將會(huì)造成橋梁結(jié)構(gòu)受到一定程度的損傷。由該原則可知，對(duì)于那些比較常見(jiàn)的橋梁結(jié)構(gòu)，如梁式結(jié)構(gòu)、鋼架結(jié)構(gòu)以及拱式結(jié)構(gòu)等，如能保證支撐約束位置不承受較大的水平力，且解除約束之后橋梁結(jié)構(gòu)整體受力狀態(tài)不存在明顯變化，那么均可在充分論證的基礎(chǔ)上采用橋梁整體頂升技術(shù)以解決一些常見(jiàn)的橋梁?jiǎn)栴}，尤其是整體加高問(wèn)題[3]。

2 工程概況

某大橋是一座跨徑為30 m的簡(jiǎn)支T梁橋，由于服役時(shí)間較長(zhǎng)，橋面高程有所降低，橋下凈空不足，難以滿足實(shí)際通航的要求。對(duì)該橋進(jìn)行專業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量評(píng)估，發(fā)現(xiàn)其主體結(jié)構(gòu)尚屬完善，能夠繼續(xù)使用。假若采用拆除老橋，再建新橋的處置方案，將會(huì)面臨包括工期長(zhǎng)和成本高在內(nèi)的諸多問(wèn)題。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析之后，最終決定采用同步頂升的處置方案，對(duì)該橋進(jìn)行整體頂升[4]。

3 施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1 施工平臺(tái)搭設(shè)

對(duì)承重性橋臺(tái)腳手架等進(jìn)行搭設(shè)時(shí)，不僅要考慮腳手架所要承受的人體操作荷載，同時(shí)還應(yīng)考慮千斤頂支墊鋼板轉(zhuǎn)移等因素帶來(lái)的影響。進(jìn)行系統(tǒng)的受力分析及計(jì)算后，最終決定使用承重性橋臺(tái)鋼管腳手架這一方式，豎桿間距控制為0.5 m，橫向間距控制為0.5 m[5]。兩處橋臺(tái)均需要滿搭腳手架，而腳手架上則需要滿鋪跳板，還應(yīng)通過(guò)鐵絲進(jìn)行有效固定，架管周邊設(shè)置安全網(wǎng)，并設(shè)置醒目的安全標(biāo)志。

3.1.2 伸縮縫鑿除

在正式頂升之前，應(yīng)對(duì)橋梁伸縮縫予以切割分離。在施工過(guò)程中，先對(duì)橋面鋪裝切割兩道縫，并保證鑿除面切口足夠平直。先通過(guò)風(fēng)鎬予以鑿除，接下來(lái)通過(guò)人工釬子對(duì)存在于板梁端頭以及臺(tái)身之間的雜物予以徹底清理，實(shí)現(xiàn)梁板端頭同臺(tái)背有機(jī)分離，并借助電吹風(fēng)等工具清除灰塵。與此同時(shí)，對(duì)橋臺(tái)臺(tái)帽進(jìn)行排鉆式鑿毛處理，并對(duì)將要設(shè)置千斤頂?shù)牧旱妆砻娴乃缮舆M(jìn)行有效鑿除，具體的鑿除高度則需要視千斤頂?shù)陌惭b高度而定。

3.1.3 觀測(cè)點(diǎn)布置

在正式頂升之前，需要在梁橋面以及支座墊石上布置一定數(shù)量的標(biāo)高及中線觀測(cè)點(diǎn)，以便精確獲得不同點(diǎn)位的標(biāo)高值和橋梁的具體偏移情況，并認(rèn)真記錄，在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，確定所有梁的具體頂升高度。

3.2 千斤頂?shù)陌惭b

對(duì)千斤頂進(jìn)行安裝時(shí)，應(yīng)確認(rèn)千斤頂?shù)妮S線保持垂直，防止由于千斤頂傾斜而導(dǎo)致頂升操作時(shí)出現(xiàn)水平分力。在所有加力點(diǎn)處，千斤頂同梁和臺(tái)帽之間的實(shí)際接觸面積均需要接受嚴(yán)格計(jì)算確定，以確保橋梁結(jié)構(gòu)不會(huì)因此發(fā)生毀損為原則。將帽（蓋）梁用作反力基礎(chǔ)，找平處理帽梁頂面之后，便可將千斤頂安裝在帽梁上，和臺(tái)帽邊緣之間的距離應(yīng)控制在10 cm以上[6]，安裝在彼此相鄰的兩片板的肋板部位，從而構(gòu)成一個(gè)“帽梁—梁底的橋梁整體頂升托換體系”，在千斤頂以及梁板的下方安裝鋼墊板,找平處理板梁底部，然后設(shè)置鋼分配墊板以構(gòu)成有效的托架。

3.3 頂升系統(tǒng)的安裝

對(duì)于頂升系統(tǒng)而言，其將位移以及頂升壓力這兩大參數(shù)作為頂升控制依據(jù)，外部數(shù)據(jù)采集則通過(guò)位移電子傳感器來(lái)完成，另外，壓力數(shù)據(jù)通過(guò)壓力傳感器來(lái)完成。正式頂升之前，應(yīng)對(duì)各個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行必要調(diào)試以保證其良好的工作性能，避免在正式頂升過(guò)程中發(fā)生故障。

在頂升系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)設(shè)備屬于極為重要的配套設(shè)備。對(duì)位移傳感器進(jìn)行安裝時(shí)，應(yīng)將其設(shè)置在千斤頂周邊的梁底，遵循最近距離控制原則以便能夠精準(zhǔn)反映頂升操作時(shí)的位移情況，同時(shí)還應(yīng)設(shè)置百分表以發(fā)揮位移鋪助控制的作用。在選用壓力傳感器時(shí)，應(yīng)盡量選擇配套類型的壓力傳感器，以便能夠精準(zhǔn)反映頂升操作時(shí)的壓力數(shù)值。

3.4 預(yù)頂升

在橋梁整體頂升作業(yè)中，對(duì)千斤頂動(dòng)作的同步性提出了較高要求。通常要求頂升高度差控制在2 mm以內(nèi)，如若不然，千斤頂則會(huì)出現(xiàn)受力不均的問(wèn)題，于梁體控制截面形成一定的應(yīng)力，最終造成梁體結(jié)構(gòu)受到不同程度的損傷。通過(guò)位移以及和壓力雙重控制的自動(dòng)同步頂升方法，不同傳感器采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并傳輸給數(shù)據(jù)軟件加以分析，從而確保頂升作業(yè)的精度和安全。

3.5 正式頂升

按照預(yù)設(shè)荷載予以頂升，在頂升初始階段，全部千斤頂均處于PLC系統(tǒng)精準(zhǔn)的同步控制之下，同時(shí)輔以精加工制作的鋼墊塊，所以能夠避免由于千斤頂行程過(guò)短而存在的多次托墊問(wèn)題及其風(fēng)險(xiǎn)。頂升之后，梁體坡度有所變化，為防止橋梁在該過(guò)程中出現(xiàn)水平位移，有必要安裝限位裝置，既要考慮縱向限位，又要考慮橫向限位。在限位裝置方面，選用三角形牛腿形式，借助植筋法設(shè)置在臺(tái)身正面和兩邊擋塊處。整座橋需要保證同時(shí)頂升到位。在頂升過(guò)程中，受千斤頂行程上的制約，通常分若干次頂升才能最終到位，另外，最大頂升速度不可超過(guò)10 mm/min[7]。

3.6 同步實(shí)施監(jiān)控

每一輪頂升結(jié)束之后，需對(duì)計(jì)算機(jī)顯示的位移、壓力等進(jìn)行相應(yīng)分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)予以立即處理，待正常之后方允許進(jìn)入后續(xù)環(huán)節(jié)。在頂升作業(yè)時(shí)，應(yīng)重視和做好相關(guān)監(jiān)控工作。

力的監(jiān)控：對(duì)千斤頂實(shí)際承載力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果同一臺(tái)處千斤頂?shù)膶?shí)際、理論頂升力相差超過(guò)5%時(shí)，則需要暫停頂升，找出原因，排除影響之后方允許繼續(xù)頂升。

位移監(jiān)控：于臺(tái)頂處安裝位移傳感器，在頂升作業(yè)時(shí)，安排專人對(duì)所有百分表予以密切監(jiān)測(cè)，如果觀察到兩橋臺(tái)處的位移差大于2 mm，則應(yīng)該馬上暫停頂升。對(duì)臺(tái)頂處的豎向位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，參考各點(diǎn)處的位移對(duì)千斤頂做適宜調(diào)整，從而保障整個(gè)頂升工作能夠順利完成。與此同時(shí)，借助同步頂升系統(tǒng)所具有的位移監(jiān)控功能，對(duì)不同千斤頂間的實(shí)際頂升位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將位移差控制在2 mm以為。

橋面高程監(jiān)控：在橋臺(tái)以及跨中處安排高程測(cè)點(diǎn)，待完成一個(gè)頂升行程之后，通過(guò)精密水準(zhǔn)儀對(duì)各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的高程進(jìn)行測(cè)量，將不同臺(tái)頂間的豎向位移差控制在2 mm以內(nèi)。

3.7 臨時(shí)支撐墊塊的放置

在每一次頂升完成之后，均需要立即塞入鋼板以及預(yù)制墊塊，落實(shí)臨時(shí)支撐工作。經(jīng)嚴(yán)密的局部承壓計(jì)算以確定具體的臨時(shí)支撐面積，同時(shí)要求其不可小于1.2倍的支座面積。在安裝臨時(shí)支撐的過(guò)程中，應(yīng)使其下端和臺(tái)帽充分固結(jié)，上端和梁體充分密貼，避免回落。對(duì)于臨時(shí)支撐墊塊而言，其以鋼筋混凝土為原料，同時(shí)墊塊兩側(cè)預(yù)留一定長(zhǎng)度的鋼筋，從而為相鄰墊塊之間的連接提供有利條件。對(duì)于放置位置，應(yīng)結(jié)合新支座墊石的實(shí)際安裝寬度而定。

3.8 落梁

橋梁整體頂升到位之后，還應(yīng)該超頂5～10 cm之間，對(duì)支座墊石處進(jìn)行必要鑿除，然后鋪設(shè)適宜厚度的水泥砂漿，安裝墊石，通常每片梁對(duì)應(yīng)著1～2塊。落梁在程序上和頂升剛好相反，應(yīng)認(rèn)真落實(shí)其整個(gè)程序，將各項(xiàng)準(zhǔn)備工作充分做好，包括確認(rèn)全部臨時(shí)支撐均拆除完畢，支座安放無(wú)誤，各項(xiàng)頂升參數(shù)均正常。下落到支點(diǎn)承載之后應(yīng)密切監(jiān)測(cè)位移以及壓力傳感器提供的數(shù)據(jù)，觀察各臺(tái)減速以及位移變化是否協(xié)調(diào)，如果相差較大，應(yīng)立即停止，待有效處理之后再重新落梁。

3.9 臺(tái)帽接高

待落梁完成之后，便進(jìn)行包括臺(tái)帽接高段鋼筋綁扎、模板支立以及混凝土澆筑在內(nèi)的一系列工作，借助鋼筋網(wǎng)片把墊石和原臺(tái)帽連接為一個(gè)有機(jī)的整體，在接高作業(yè)之前，對(duì)原蓋梁頂面予以有效的鑿毛處理，從而使得新舊混凝土能夠有效連接。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在橋梁頂升施工過(guò)程中，使用橋梁整體頂升技術(shù)能夠比較理想地保證其整體受力，避免給梁體帶來(lái)?yè)p壞。相較拆除重建的處置方案而言，橋梁整體頂升方案更為理想，集經(jīng)濟(jì)、快速以及安全等優(yōu)點(diǎn)于一身。因而，橋梁整體頂升技術(shù)在國(guó)內(nèi)外舊橋改造工作中得以廣泛應(yīng)用，且應(yīng)用效果較為理想。

[1]吳正菊.橋梁整體頂升技術(shù)在湖州南林大橋整體頂升施工中的應(yīng)用[J].城市道橋與防洪,2010（3）:141-142.

[2]藍(lán)戊己,顧遠(yuǎn)生,束學(xué)智,等.大型橋梁整體頂升平移關(guān)鍵技術(shù)[J].建筑結(jié)構(gòu),2010（S2）:687-689.

[3]張玉杰.橋梁整體頂升施工技術(shù)的應(yīng)用研究[J].安徽建筑,2012（3）:148-149，147.

[4]李藝,楊春暉.服役橋梁整體頂升施工安全性仿真[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2012（10）:1496-1499.

[5]徐漢江,錢雁飛.內(nèi)河航道橋梁整體頂升適用性研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù),2013（6）:47-50.

[6]張淑坤,劉永,李永靖,等.既有多跨橋梁整體頂升安全技術(shù)研究與實(shí)施——以前鋒涌大橋?yàn)槔齕J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2014（7）:123-128.

[7]楊艷豐.淺談橋梁整體頂升技術(shù) [J].林業(yè)科技情報(bào),2011（2）:113-114.