南浦大橋W 3匝道橋梁頂升施工控制技術(shù)探討

沈志強(qiáng)

（上海市交通建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督站，上海市 200030）

0 引言

南浦大橋W 3匝道改建范圍自K0+000處至K0+380處，現(xiàn)狀橋梁長(zhǎng)280 m，加擋墻段100 m，共計(jì)約380 m，如圖1所示。取消平坡段并加大縱坡坡度，南浦大橋W3上匝道接地點(diǎn)南移約170 m。匝道大修范圍兩側(cè)地面道路，多稼路交叉口以南至中山南路地道南出口接地點(diǎn)，長(zhǎng)度約353 m。改造段橋梁設(shè)置5.3%向下縱坡，大修后保留橋梁段長(zhǎng)約160 m，寬9.55 m，保留橋梁段橋面面積約1 528 m2。通過對(duì)周邊交通的影響、施工周期、工程造價(jià)等方面的比選，確定橋梁上部結(jié)構(gòu)采用頂升施工，下部結(jié)構(gòu)采用切割施工[1]。頂升降落為無相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，本文對(duì)老橋頂升降落施工過程中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行分析探討，以確保工程安全施工、結(jié)構(gòu)可靠。

圖1 橋梁改造立面布置圖（單位：m）

1 橋梁頂升降落施工

該工程需將匝道的PM28#~PM34#6跨進(jìn)行拆除，PM21#~PM28#南側(cè)8跨進(jìn)行整體頂升同步降落，最大降落高度約5.589 m，降落面積為1 528 m2。橋梁重量包括單跨20 m的8跨，每跨重量約為400 t，總重量約為3 200 t，具體參數(shù)見表1。

表1 頂升降落控制要素一覽表 m

施工的總體流程如下：

基礎(chǔ)改造—架設(shè)分配梁—安裝千斤頂及鋼支撐—安裝頂升設(shè)備—橋面封閉交通—梁縫混凝土鑿除—試頂升—切割墩柱—正式降落—鑿毛綁扎鋼筋—接梁柱混凝土—梁柱混凝土養(yǎng)護(hù)。

1.1 橋梁頂升降落特點(diǎn)、難點(diǎn)分析

（1）本工程頂升規(guī)模大、專業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)復(fù)雜、最大頂升降落高度達(dá)5.589 m,在頂升工程中較為少見。

（2）本工程頂升橋梁均為變坡頂升，頂升過程中對(duì)梁體會(huì)產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，縱橫向限位裝置的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

（3）頂升過程中，因橋梁縱坡變化，梁體投影長(zhǎng)度有所減小，在頂升過程中應(yīng)采取有效措施控制梁體的縱向位移，保證伸縮縫的寬度不變。

（4）降落過程姿態(tài)協(xié)調(diào)控制復(fù)雜、同步監(jiān)測(cè)要求高。

1.2 橋梁頂升降落相關(guān)保證措施

（1）斷柱降落

斷柱降落采用交替式頂升工藝的逆操作。交替式頂升是在頂升過程中，梁體處于兩組千斤頂交替支撐的狀態(tài)。兩組千斤頂交替支撐時(shí)，梁體位移均處于可控狀態(tài)，即在每一組支撐狀態(tài)下，支撐體系的壓縮量幾乎不產(chǎn)生變化，因而梁體內(nèi)力也幾乎不產(chǎn)生變化。在此作業(yè)方式下，梁體位移自頂升開始到頂升結(jié)束均連續(xù)處于受控狀態(tài)。每個(gè)千斤頂壓力也均處于連續(xù)監(jiān)控狀態(tài)，包括梁體在內(nèi)的整個(gè)支撐體系也處于監(jiān)控狀態(tài)中，可以保證梁體在頂升過程中不被損壞。

（2）頂升支撐體系

頂升支撐體系采用桁架式托架體系[2]。將每個(gè)橋墩的所有鋼支撐通過型鋼連接成桁架式整體結(jié)構(gòu)，并形成裝配式結(jié)構(gòu)。既保證托架體系的整體穩(wěn)定和安全，同時(shí)又提高了裝卸的容易程度。橋墩處降落托架體系示意圖如圖2和圖3所示。

圖2 橋墩處降落托架體系正立面圖（單位：mm）

圖3 橋墩處降落托架體系平面圖（單位：mm）

（3）墩柱偏位控制

為保證安全在每個(gè)橋墩位置設(shè)置格構(gòu)式限位裝置。在墩柱切斷面上段四周樹立格構(gòu)裝置卡在降落支撐支架內(nèi)部，限制住切斷面上段結(jié)構(gòu)，確保墩柱不發(fā)生水平偏位；在橋臺(tái)臺(tái)后位置單獨(dú)樹立鋼結(jié)構(gòu)立柱架，限制住從橋面伸出的錨固好的型鋼架，從而防止梁體發(fā)生橫向偏位；在橋面每道伸縮縫位置設(shè)置牽拉限位裝置，即可防止橋梁梁體的縱向位移，又可調(diào)節(jié)伸縮縫寬度。

（4）橋面降落步驟

橋面降落的目的是改變現(xiàn)有高度，與新改建成的橋臺(tái)相接。根據(jù)降落部分結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，本降落工程采用以下包括兩大步驟的降落方案（見圖 4）。

第一步，對(duì)21#～27#墩采取斷柱降落，對(duì)28#墩采取直接降落板梁，21#～28#整體降落、分步到位，連接墩柱的降落工藝。

第二步，對(duì)20#～27#墩采用在板梁下部蓋梁上種植化學(xué)螺栓，設(shè)置“牛腿”，實(shí)施同步頂升，更換支座。

（5）防撞墻斷開間隙

為了調(diào)坡降落，每跨板梁在降落過程中將繞支座旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生水平方向位移，因此板梁上部會(huì)與蓋梁發(fā)生相對(duì)位移。板梁與蓋梁間的間隙過大和過小均會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成影響，通過數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，梁端縫隙在降落完成后均未變寬。但在降落過程中，防撞墻需保證足夠的斷開縫隙寬度，因此降落前在梁端位置均采用片鋸切割寬10 cm的縫隙。

（6）降落限位裝置

千斤頂安裝的垂直誤差及降落過程中其它不利因素所造成的影響，可能會(huì)導(dǎo)致在降落過程中出現(xiàn)微小的水平位移。為避免出現(xiàn)此類情況，需在橋梁降落過程中設(shè)置平面限位裝置來限制縱橫向可能發(fā)生的位移變化。

圖4 降落行程步驟圖

a.縱向限位裝置

施工橋梁降落段為簡(jiǎn)支板梁結(jié)構(gòu)，橋梁自身重力產(chǎn)生的下滑力由原支座的摩擦力平衡，在橋梁墩柱切斷后，其下滑力則需要通過縱向限位裝置來平衡。為保證結(jié)構(gòu)安全性，在橋面上設(shè)計(jì)一套牽拉限位裝置，通過該套裝置來平衡梁體的下滑力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)梁端縫隙調(diào)整功能。根據(jù)前期設(shè)計(jì)階段計(jì)算可知20#墩拉力最大，縱向限位采用16根Ф30螺栓進(jìn)行牽拉連接，從20#～24#墩每個(gè)墩依次減少2個(gè)螺栓，24#~27#墩采用8個(gè)Ф30螺栓。限位裝置沿橋梁中線對(duì)稱布置。

b.橫向限位裝置

橋梁降落段以斷柱降落為主，且每跨簡(jiǎn)支板梁為相對(duì)獨(dú)立結(jié)構(gòu)，自由度很大，所以下部結(jié)構(gòu)限位裝置需在每個(gè)墩柱設(shè)置。采用在墩柱切斷處上部設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)格構(gòu)柱往下延伸的方法，通過下部支撐托架體系限制上部降落結(jié)構(gòu)的偏移。而橋臺(tái)處的橫向限位通過在橋臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)置限位鋼立架，卡在頂升鋼支撐中作為橫向限位裝置。

（7）接梁柱混凝土控制

同步頂升落梁完成后，對(duì)于立柱連接部分設(shè)置高40 cm的后澆帶。立柱連接采用高強(qiáng)早強(qiáng)、耐久性好、流動(dòng)性好的UHPC（超高性能混凝土），UHPC不僅抗壓、抗拉強(qiáng)度高（分別在180 MPa和10 MPa以上），而且韌性好，擁有類金屬變形特性，具備3 000με以上的應(yīng)變強(qiáng)化性能。只要10倍d（鋼筋直徑）的錨固長(zhǎng)度，即可完全滿足與鋼筋的充分錨固，實(shí)現(xiàn)與整澆性能一致的結(jié)構(gòu)特性。另外，出色的自流平性能，可方便地實(shí)施灌注工藝，不僅工藝簡(jiǎn)單、快捷，而且性能安全、可靠、耐久，保證橋墩的受力性能與切除前一致。

該橋在頂升施工前做好鋼支撐和限位措施，在頂升前對(duì)橋面瀝青進(jìn)行銑刨，切斷每一跨之間的連接，打開伸縮縫、連續(xù)縫和防撞墻連接處，確保受力明確以便于進(jìn)行監(jiān)控。采用帶蓋梁整體降落分步到位、連接墩柱，在蓋梁上部直接頂升上部梁體實(shí)現(xiàn)支座更換等。

2 頂升施工主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

（1）承臺(tái)垂直位移監(jiān)測(cè)

老橋承臺(tái)經(jīng)過補(bǔ)樁、加固后，基礎(chǔ)受力有一定的改變，并且頂升支撐體系布置在承臺(tái)上。在施工階段應(yīng)對(duì)其沉降進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，以確保施工安全并為將來運(yùn)營(yíng)期的監(jiān)測(cè)提供初始值。承臺(tái)垂直位移測(cè)點(diǎn)布置在加固后承臺(tái)的頂面，每個(gè)承臺(tái)布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（2）空間姿態(tài)監(jiān)測(cè)

通過測(cè)試橋墩的空間位移以及與施工單位的頂升數(shù)據(jù)相對(duì)比，判斷頂升過程中的同步性并且對(duì)可能出現(xiàn)的異常變形進(jìn)行預(yù)警。在橋墩蓋梁的兩端分別布置棱鏡，測(cè)試其空間位移，每個(gè)橋墩布置2個(gè)點(diǎn)。

（3）橋墩蓋梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)

在頂升過程中，頂升位置會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，并且根部底緣會(huì)受拉，需要對(duì)蓋梁應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止關(guān)鍵部位（蓋梁懸挑部分根部底面）開裂。應(yīng)力測(cè)點(diǎn)即布置在蓋梁控制斷面（懸挑部分根部），選擇2個(gè)橋墩蓋梁測(cè)試其應(yīng)力，每個(gè)蓋梁上布置4個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，共計(jì)8個(gè)測(cè)點(diǎn)。采用成熟的振弦式應(yīng)力計(jì)進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到外力作用后產(chǎn)生應(yīng)變，其應(yīng)變量通過鋼弦式應(yīng)變計(jì)的頻率變化來測(cè)定。按預(yù)先標(biāo)定的率定曲線，根據(jù)應(yīng)變計(jì)頻率推算出結(jié)構(gòu)所受的力。

（4）橋墩蓋梁傾斜監(jiān)測(cè)

頂升過程中蓋梁兩側(cè)設(shè)置了千斤頂，為防止因千斤頂頂升力不均勻而導(dǎo)致蓋梁發(fā)生傾斜，需要對(duì)頂升過程中的蓋梁豎直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。蓋梁豎直度測(cè)點(diǎn)布置在蓋梁側(cè)面，選擇21#～27#橋墩蓋梁進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)蓋梁上布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)7個(gè)測(cè)點(diǎn)。在蓋梁側(cè)面不同高度設(shè)置2處墊塊（墊塊厚度一致），墊塊固定在蓋梁上，采用靠尺測(cè)試每個(gè)工況下墊塊的豎直度，從而得出蓋梁在頂升（落梁）過程中的傾斜狀況。

（5）落梁調(diào)坡監(jiān)測(cè)

在落梁階段，由于各個(gè)橋墩下降高度不一樣，因此需要對(duì)橋墩進(jìn)行分批次降落才能實(shí)現(xiàn)調(diào)坡，并且每一批次的降落速度應(yīng)保持一致。為防止橋墩落梁高度差異過大造成不利影響，需對(duì)落梁的調(diào)坡過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。選擇W3-21～W3-28進(jìn)行落梁調(diào)坡監(jiān)測(cè)，測(cè)點(diǎn)布置在橋墩蓋梁的端部。通過靜力水準(zhǔn)儀對(duì)落梁進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每個(gè)橋墩布置2個(gè)靜力水準(zhǔn)儀，共計(jì)16個(gè)測(cè)點(diǎn)。針對(duì)本工程特點(diǎn)布設(shè)靜力水準(zhǔn)儀時(shí)，在W3-24#墩蓋梁上的兩側(cè)分別增加一個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)，使得每一跨單獨(dú)成一體系。這樣既可保證每一跨同步降落監(jiān)測(cè)，又可避免由于相鄰跨最終提升高度不同而導(dǎo)致量程不夠的問題。

此外，調(diào)坡頂端梁端間隙也發(fā)生變化，在每個(gè)橋墩墩頂梁端，橫橋向布置2個(gè)梁端間距監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用以監(jiān)測(cè)調(diào)坡過程中梁端間距的變化情況，避免因調(diào)坡控制不當(dāng)導(dǎo)致過大的支座剪切變形。

3 結(jié)語

通過有效的施工保障措施和監(jiān)測(cè)方法，創(chuàng)新地采用8跨橋梁全程同步降落、逐墩到位的思路完成整個(gè)落梁工作。南浦大橋W3匝道改造工程僅時(shí)57天便保質(zhì)保量順利完工。根據(jù)本工程的實(shí)例，頂升落梁、充分利用老結(jié)構(gòu)，不僅節(jié)能環(huán)保而且經(jīng)濟(jì)高效，同時(shí)有效減輕社會(huì)的交通壓力。隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的日趨完善，很多城市逐步迎來城市的更新升級(jí)。南浦大橋W3匝道改造工程為以后類似工程提供參考和借鑒。