舊橋整體同步頂升及支座更換施工技術(shù)探討

覃捷

摘要：橋梁頂升技術(shù)是在不影響橋梁的結(jié)構(gòu)安全及基本不改變?cè)瓨蛄赫w形態(tài)的前提下，保證原高速公路快速施工快速撤離，高效快捷地將橋梁頂升至控制高度，進(jìn)而達(dá)到滿足橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)高及更換支座的施工目的。文章結(jié)合廣西柳州（鹿寨）至南寧高速公路改擴(kuò)建工程全線舊橋頂升及更換支座工程實(shí)例，介紹整體同步頂升及支座更換技術(shù)在高速公路改擴(kuò)建中的應(yīng)用工藝與施工注意事項(xiàng)，為類似工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：同步頂升;支座更換;施工方法;監(jiān)測(cè)技術(shù)

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)高速公路行車安全及舒適性已成為社會(huì)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)，柳州至南寧高速公路改擴(kuò)建工程為提高這一特性，設(shè)計(jì)要求雙側(cè)拼寬完成后全線對(duì)新舊路面進(jìn)行統(tǒng)一瀝青罩面處理，即加鋪一層4 cm厚的SMA瀝青混凝土。同時(shí)，考慮在不增加橋面荷載的情況下需對(duì)舊橋橋面標(biāo)高進(jìn)行抬升，即對(duì)舊橋進(jìn)行同步頂升后根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高，銑刨原橋面約4 cm厚瀝青混凝土，再進(jìn)行整段路面鋪設(shè)一層SMA瀝青混凝土，從而提高路面整體性和平整性。另外，隨著現(xiàn)今交通荷載的不斷增大以及使用年代久遠(yuǎn)，導(dǎo)致部分舊橋支座出現(xiàn)了剪切變形、老化、開裂以及支墊鋼板銹蝕等現(xiàn)象，為保證橋梁使用壽命以及高速公路運(yùn)行安全需更換支座。因此舊橋的整體頂升及支座更換是高速公路改擴(kuò)建工程中必須完成的一個(gè)施工環(huán)節(jié)。

1 工程概況

柳州至南寧高速公路改擴(kuò)建工程全長(zhǎng)248.707 km，由原四車道擴(kuò)建為八車道，全線擴(kuò)建橋梁85座。橋梁改擴(kuò)建方案中，除少量幾座大橋采用單側(cè)新建外，其余橋梁均為老橋利用、兩側(cè)拼寬，拼寬前需對(duì)原有橋涵病害進(jìn)行維修加固處理。本項(xiàng)目主線原有大、中橋普遍采用了13 m、16 m、20 m、25 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心梁，均設(shè)有橡膠支座;小橋及橋式通道主要采用8 m、10 m空心梁板，大部分都未設(shè)置橡膠支座，僅在臺(tái)帽（蓋梁）上鋪設(shè)油毛氈后直接安裝梁板。

2 舊橋頂升施工方法選擇

本項(xiàng)目由于原空心梁板為預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu)，梁體之間橫向連接為伸縮縫或者橋面連續(xù)的方式，縱向采用鉸縫連接的方式。為避免梁體在頂升過程中不同步導(dǎo)致鉸縫及橋面連續(xù)破壞而影響橋梁整體結(jié)構(gòu)安全，梁體頂升以及落梁必須以一聯(lián)為單位（一般兩條伸縮縫之間橋跨為一聯(lián)），采用單跨或多跨整體同步頂升。對(duì)于設(shè)置橋面連續(xù)的，需在蓋梁兩側(cè)各安置一排千斤頂，將梁板同步頂升;對(duì)于設(shè)置伸縮縫的，頂升前需對(duì)梁端的伸縮縫進(jìn)行解除約束，整體頂升至設(shè)計(jì)高度后，取出原有支座并更換新支座。根據(jù)施工條件的不同，同步頂升更換支座施工可采用直接頂升法、開槽頂升法、牛腿頂升法、U形背兜式托架頂升法等。本文結(jié)合柳南高速公路改擴(kuò)建工程實(shí)際情況，分析介紹各方法的適用條件，并對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行分析探討。

2.1 直接頂升法

梁底和蓋梁（臺(tái)帽）之間有足夠空間時(shí)，空間高度至少可以安置兩塊2 cm鋼板（千斤頂上下各安放一塊）加上薄片式千斤頂，直接利用蓋梁（臺(tái)帽）頂面作為支撐平臺(tái)安置千斤頂進(jìn)行梁體頂升、落梁作業(yè)（見圖1）。

2.2 開槽頂升法

梁底和蓋梁（臺(tái)帽）之間空間較小時(shí)，千斤頂無法安置作業(yè)，可在蓋梁（臺(tái)帽）頂面開設(shè)平面25 cm×15 cm的槽口，槽口高度根據(jù)操作空間要求確定，一般為4～6 cm，用環(huán)氧砂漿調(diào)平，調(diào)平厚度在1～3 mm，安置鋼板與千斤頂進(jìn)行頂升作業(yè)，完成后再用環(huán)氧砂漿對(duì)槽口進(jìn)行修補(bǔ)（見圖2）。

2.3 牛腿頂升法

本項(xiàng)目原小橋及橋式通道8 m、10 m空心梁板大部分都未設(shè)置橡膠支座，僅在蓋梁（臺(tái)帽）頂面鋪設(shè)油毛氈后直接安裝梁板，梁板與蓋梁（臺(tái)帽）接觸處幾乎沒有間隙，頂升作業(yè)沒有支撐點(diǎn)，可采用鋼牛腿作為支撐體系進(jìn)行頂升施工。此方法需要根據(jù)頂升梁體載荷進(jìn)行牛腿專項(xiàng)受力計(jì)算和設(shè)計(jì)，鋼牛腿采用Q235b鋼板焊接而成，通過高強(qiáng)螺栓將牛腿錨固在蓋梁（臺(tái)帽）側(cè)面作為支撐點(diǎn)（見圖3）。牛腿頂升法解決了頂升空間不足的問題，但是其承載力有限，僅適用于中小跨徑的板梁頂升。鋼牛腿支撐布置效果圖見圖3。

在橋墩蓋梁兩側(cè)均安裝鋼牛腿作為支撐體系，頂升時(shí)可消除偏心受力的情況，但橋臺(tái)臺(tái)帽處安放鋼牛腿作為支撐體系，頂升時(shí)臺(tái)帽存在偏心受力。經(jīng)咨詢?cè)O(shè)計(jì)院意見及查閱舊橋相關(guān)設(shè)計(jì)資料，舊橋普遍為重力式橋臺(tái)，且8 m、10 m空心板梁自重較輕，臺(tái)帽可以承受較大彎矩。根據(jù)梁體重量情況，可通過多增設(shè)牛腿支撐點(diǎn)，分散較大的集中應(yīng)力，同時(shí)也可通過待頂升到一定高度后，將千斤頂轉(zhuǎn)換到蓋梁（臺(tái)帽）頂再繼續(xù)頂升，以減少偏心力對(duì)蓋梁（臺(tái)帽）的持續(xù)影響時(shí)間。

2.4 U形背兜式托架頂升法

梁底與臺(tái)帽（蓋梁）之間的空間較小，無法安放薄式千斤頂作業(yè)，而同時(shí)，本項(xiàng)目原13 m以上空心梁都設(shè)計(jì)有翼緣板，空心梁兩側(cè)有操作空間，可采用U型背兜式托架法完成施工。即在梁底與蓋梁（臺(tái)帽）頂面間的空隙中穿過一設(shè)計(jì)成U型的鋼板將空心梁兜住，并在U型鋼板兩端設(shè)置牛腿，將千斤頂安置在蓋梁（臺(tái)帽）頂面，通過頂升U型鋼板兩端牛腿，達(dá)到頂升梁體的目的。此方法的優(yōu)點(diǎn)是U型鋼板托架與梁板底接觸面大，頂升時(shí)不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象;缺點(diǎn)是作業(yè)時(shí)使用的千斤頂數(shù)量是其他方法的兩倍。施工示意圖見圖4。

3 施工工藝及流程

3.1 施工準(zhǔn)備

施工前需詳細(xì)對(duì)每座舊橋梁進(jìn)行支座、墊石、鋼板的病害調(diào)查，以及做好對(duì)橋梁伸縮縫、橋面連續(xù)工作狀態(tài)的核查，并做好記錄和拍照，測(cè)量出梁底與蓋梁（臺(tái)帽）頂面的空間高度，標(biāo)識(shí)出更換支座的準(zhǔn)確位置。在全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，擬定頂升及支座更換施工方法。同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)備好新支座，對(duì)蓋梁（臺(tái)帽）頂面以及橋面的標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核，計(jì)算出頂升總高度以及支墊永久鋼板的厚度，并對(duì)鋼板進(jìn)行防銹涂裝處理。另外，還需準(zhǔn)備好各種厚度的鋼板、墊石，以備頂升時(shí)臨時(shí)支撐使用。

3.2 搭設(shè)施工作業(yè)平臺(tái)

舊橋橋下有陸地和河道兩種情況，河道上采用輕型掛籃作為施工平臺(tái)，陸地上采用門架式腳手架施工。施工平臺(tái)搭設(shè)位置為橋墩（橋臺(tái)）側(cè)邊，平臺(tái)頂預(yù)留施工高度，平臺(tái)寬度需滿足設(shè)備、材料及工作人員操作的要求。施工掛籃或腳手架的搭設(shè)需滿足安全規(guī)范要求，應(yīng)結(jié)實(shí)穩(wěn)固，便于施工操作。

3.3 解除梁體約束及設(shè)置頂升限位裝置

頂升前對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)存在的約束構(gòu)造進(jìn)行拆除，解除伸縮縫之間的橡膠條和連接構(gòu)件，使伸縮縫完全斷開，同時(shí)對(duì)邊梁與橋臺(tái)處防撞護(hù)欄進(jìn)行解固作業(yè)，保證梁體能夠自由頂升。在蓋梁（臺(tái)帽）左右兩側(cè)設(shè)置側(cè)向支撐，以防止梁體在頂升過程中產(chǎn)生橫向位移。縱向限位可以使用與伸縮縫同等厚度的鋼板塞入伸縮縫內(nèi)，鋼板要經(jīng)過磨光和涂油處理，以減少與梁體間的摩擦力。

3.4 同步頂升系統(tǒng)安裝

為達(dá)到梁體同步頂升的目的，本項(xiàng)目使用PLC多點(diǎn)同步頂升控制系統(tǒng)進(jìn)行施工，其由液壓系統(tǒng)（主要控制頂升力）、位移檢測(cè)傳感器、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等部分組成。頂升液壓系統(tǒng)及傳感器傳輸數(shù)據(jù)系統(tǒng)均由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，可以全自動(dòng)完成同步頂升，實(shí)現(xiàn)頂升力和位移雙重控制。

3.4.1 千斤頂?shù)倪x擇和安裝

由于操作空間限制，本項(xiàng)目頂升采用薄片式千斤頂，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件以及原橋梁竣工圖計(jì)算梁體自重情況，選擇符合頂升要求的千斤頂，同時(shí)對(duì)千斤頂進(jìn)行精度校核。按照已制定的施工方案，在現(xiàn)場(chǎng)放出千斤頂?shù)臄[放位置，用環(huán)氧砂漿找平支撐面（牛腿法直接在牛腿平臺(tái)上安置千斤頂）。為避免千斤頂應(yīng)力集中頂壞梁板，需在支撐找平面及千斤頂上各放一塊不小于千斤頂直徑1.5～2倍尺寸的Q235b鋼墊板，鋼板厚度約2 cm左右。同時(shí)將同一聯(lián)跨的全部千斤頂并聯(lián)起來，統(tǒng)一由頂升系統(tǒng)進(jìn)行控制。

3.4.2 監(jiān)測(cè)體系安裝

同步頂升監(jiān)測(cè)體系的數(shù)據(jù)主要通過位移傳感器檢測(cè)終端獲取并傳導(dǎo)至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后統(tǒng)一調(diào)節(jié)頂升力，最終達(dá)到控制頂升位移的目的。位移傳感器安裝在主控點(diǎn)上，主要安裝在每跨梁端底部的兩側(cè)邊梁及中梁，主控點(diǎn)根據(jù)梁板數(shù)量而定，一般一側(cè)梁端底部設(shè)置3～5處位移傳感器。同時(shí)，為多點(diǎn)精確監(jiān)控每片梁板的頂升高度，可根據(jù)需要在沒有安設(shè)位移傳感器的板梁下布設(shè)百分表，做到全方位監(jiān)控梁體頂升的高度及位移量。另外，在梁板左右兩側(cè)安裝一套百分表監(jiān)測(cè)梁體橫向位移變化，以確保施工安全。

3.4.3 頂升控制系統(tǒng)調(diào)試及試頂升

PLC多點(diǎn)同步頂升控制系統(tǒng)的調(diào)試主要包括液壓系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的檢查以及頂力的初值設(shè)定與讀取等。調(diào)試完成后，為觀察整個(gè)頂升系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在正式頂升前進(jìn)行試頂升，試頂升高度為3 mm左右，通過試頂以消除支撐本身的非彈性變形。試頂升結(jié)束后，記錄梁體位移情況，為正式頂升提供依據(jù)。

3.5 梁體同步頂升

試頂升后，觀察若無問題便可進(jìn)行正式頂升。頂升時(shí)應(yīng)對(duì)梁體位移和千斤頂頂力進(jìn)行雙控，并以位移（設(shè)計(jì)高程）為最終控制。頂升時(shí)需分級(jí)加載，每到一個(gè)階段暫停穩(wěn)載一下，檢查梁體和頂升設(shè)備以及數(shù)據(jù)無異常后繼續(xù)頂升。頂升時(shí)速度控制在5 mm/min以內(nèi)，使各千斤頂之間的力均衡增加，達(dá)到同步整體頂升。千斤頂頂升高度不宜超過其極限行程的80%，如千斤頂一次極限頂升未能達(dá)到設(shè)計(jì)高程，需將臨時(shí)支撐設(shè)置到適當(dāng)高度后落梁，控制系統(tǒng)統(tǒng)一使操作千斤頂回油，將千斤頂用鋼墊板墊高后再進(jìn)行下一步頂升操作，以此反復(fù)進(jìn)行直至把梁體頂升至設(shè)計(jì)高程。頂升到位后應(yīng)立即設(shè)置若干個(gè)臨時(shí)支撐點(diǎn)以提高頂升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保更換支座施工安全。

頂升過程中位移傳感器可以實(shí)時(shí)給頂升控制系統(tǒng)傳送梁體豎向位移數(shù)據(jù)，同時(shí)頂升過程中安排專人負(fù)責(zé)記錄百分表讀數(shù)，作為位移傳感器傳送數(shù)據(jù)的復(fù)核和校驗(yàn)，控制每片梁板頂升最大高差在1 mm以內(nèi)，若高差超過控制值時(shí)，必須進(jìn)行適時(shí)調(diào)整后才能進(jìn)入下一個(gè)頂升周期，達(dá)到同步頂升的目的。

3.6 更換支座

頂升至設(shè)計(jì)高程后，穩(wěn)定1～2 min觀察情況，確定梁體穩(wěn)定后，設(shè)置好臨時(shí)支撐，取出原有支座并清理蓋梁（臺(tái)帽）頂面，在已標(biāo)識(shí)出的支座位置采用環(huán)氧砂漿找平，厚度為1～3 mm，并逐一安裝支座下已進(jìn)行防銹涂裝處理的鋼板，再安裝新支座。如果存在橫（縱）坡需用鋼板楔塊調(diào)平，根據(jù)設(shè)計(jì)高程控制好梁頂標(biāo)高，同時(shí)確保新支座安放位置與原支座位置一致，確保支座頂面與梁板底面接觸良好。如果接觸面未能貼合，則需在支座底部鋼板下增設(shè)一層環(huán)氧砂漿后再落梁，直至支座上下面全部密貼，以防橋梁在運(yùn)營(yíng)期間造成支座的偏壓變形。

3.7 卸荷落梁

各支座逐一更換完成后即可開始卸荷落梁。卸載時(shí)與加載的順序相反，并分級(jí)卸載，卸載落梁時(shí)需統(tǒng)一操作控制，以2 mm為一級(jí)，使梁體均勻緩慢下落，并逐步撤出臨時(shí)支撐。落梁完畢后檢查鋼板和支座之間貼合是否緊密，復(fù)核各支座的中心安裝位置及橋面標(biāo)高是否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，否則需要重新頂升調(diào)整支座安裝位置。檢查合格后拆除千斤頂、臨時(shí)支撐及其他頂升設(shè)備。

4 頂升施工注意事項(xiàng)

（1）為防止舊梁頂升時(shí)重載車通過，導(dǎo)致鉸縫受力不均而開裂，頂升及更換支座施工作業(yè)期間，需采用封閉半幅高速公路，利用另外半幅雙向通行的交通管制方案。

（2）由于邊梁本身自重及橋面附屬設(shè)施（如護(hù)欄等）的影響，與中梁頂升力存在差異，因此在頂升時(shí)需對(duì)邊梁處進(jìn)行重點(diǎn)觀測(cè)，根據(jù)邊梁的位移情況適時(shí)調(diào)整頂升力，避免由于頂升過程位移差異而造成橋面的剪切破壞。

（3）頂升施工過程中，需對(duì)整垮梁體四周以及梁板間鉸縫的裂縫、臺(tái)帽（蓋梁）混凝土應(yīng)變（如使用牛腿法時(shí)螺栓錨固處）進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，如有開裂等異常情況則必須馬上中止頂升，找出原因，解決后方可重新進(jìn)行頂升。

（4）由于設(shè)計(jì)要求頂升后梁體標(biāo)高整體提高約4 cm，因此頂升及支座更換后梁體處橋面會(huì)整體抬高，導(dǎo)致與橋臺(tái)處橋面存在臺(tái)階。根據(jù)設(shè)計(jì)要求需要對(duì)原橋面瀝青混凝土進(jìn)行約4 cm厚度的銑刨，橋面銑刨完成后與本路段路面統(tǒng)一進(jìn)行一層4 cmSMA瀝青混凝土罩面施工，再更換伸縮縫后方可開放交通。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過實(shí)踐證明，本項(xiàng)目采用PLC同步頂升施工技術(shù)對(duì)梁體進(jìn)行頂升及支座更換施工，該施工技術(shù)可運(yùn)用于單跨、多跨連續(xù)橋梁。整體同步頂升能夠最大可能地減小對(duì)梁體的擾動(dòng)，梁體內(nèi)力分配受干擾小，同時(shí)提高了橋梁整體頂升位移的精確度，又可通過對(duì)每個(gè)頂升點(diǎn)的位移和頂升力進(jìn)行雙重監(jiān)控，使施工質(zhì)量和安全得到有力保障。其施工時(shí)間較短，減少了對(duì)高速公路交通管制的影響時(shí)間，同時(shí)由于同步頂升輔助設(shè)備較少、人員投入較少，因此節(jié)約了資源，施工作業(yè)快捷高效，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：覃 捷（1987—），工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理與道路橋梁工程技術(shù)研究工作。