同步頂升技術(shù)在高速公路獨柱墩改造中的應(yīng)用

張文釗

(西安瑞通路橋科技有限責(zé)任公司，陜西西安 710075)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，交通運輸量迅猛增長，既有公路由于受當(dāng)時設(shè)計條件、施工及材料等影響，橋梁使用功能和服務(wù)質(zhì)量日益退化。其中，匝道橋獨柱墩的設(shè)計穩(wěn)定性問題越發(fā)顯得嚴(yán)重。2011年某立交橋由于超載車輛行駛造成的引橋坍塌，引發(fā)了人們對獨柱墩橋梁抗傾覆性能的進(jìn)一步研究。全國多條高速公路先后對匝道橋獨柱墩進(jìn)行了改造處理。

獨柱墩改造的施工技術(shù)是多樣的，主要為端橫梁處理、拉桿處理、獨柱墩拼寬改雙支座、設(shè)置拉壓支座以及墩頂設(shè)限位裝置等。廣東省某高速公路某互通內(nèi)共有8條匝道，在2010年常規(guī)檢測中發(fā)現(xiàn)有以下病害:

1)部分匝道橋固結(jié)墩發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)水平裂縫;

2)部分非連續(xù)橋墩發(fā)現(xiàn)少量細(xì)微裂縫;

3)部分匝道橋外腹板內(nèi)側(cè)出現(xiàn)了豎向裂縫，寬約0.1 mm～0.15 mm;

4)部分匝道橋主梁出現(xiàn)在向曲線外側(cè)偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)支座出現(xiàn)脫空。

針對以上病害，采取的加固方案是:對于抗彎能力不足的主梁，采用在箱梁外側(cè)加厚主梁腹板，并在加厚腹板內(nèi)設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束，提高主梁的抗彎能力;對于抗剪、抗扭能力不足的主梁，采用在箱梁外側(cè)加厚主梁腹板，并設(shè)置抗剪、抗扭鋼筋，提高主梁的抗剪、抗扭能力;鑒于匝道橋原設(shè)計支座橫向間距偏小，采用增加承臺、增大立柱、增加蓋梁，采取頂升工藝，調(diào)整支座間距由1 m增加為3.0 m ～3.2 m。

1 同步頂升施工技術(shù)原理

同步頂升系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)、位移及應(yīng)力反饋系統(tǒng)及計算機(jī)控制系統(tǒng)等組成。一個泵站的流量通過分流器輸出，分別提供給多個執(zhí)行液壓泵，位移及應(yīng)力反饋系統(tǒng)將多個不同測點的回饋信號，反饋到計算機(jī)控制系統(tǒng)。計算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)位移和應(yīng)力信號，不斷修正運動誤差，調(diào)節(jié)控制相應(yīng)千斤頂承載頂升的速度，實現(xiàn)整個混凝土連續(xù)梁體的同步提升動作。

本次采用的頂升裝置由電動機(jī)、4臺液壓泵、千斤頂、4套變頻調(diào)速控制裝置、位移壓力檢測反饋系統(tǒng)及人機(jī)界面操作平臺等組成。每臺千斤頂配備平衡閥，可保證千斤頂在頂升及回油過程中均處于供油可調(diào)速狀態(tài)，同時確保在突然斷電等突發(fā)狀況下，千斤頂仍能持續(xù)持力，防止災(zāi)害發(fā)生。

千斤頂本體高度為220 mm，承載能力2 500 kN，偏載能力5°，工作行程200 mm，最大頂升速度為10 mm/min，可變頻控制頂升速度;控制精度:≤ ±0.2 mm。

2 施工順序及技術(shù)要求

頂升施工前，需完成新增承臺、增大立柱截面等施工，且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求。

2.1 頂升支架搭設(shè)

利用新增的承臺作為頂升平臺的基礎(chǔ)，嚴(yán)格按照經(jīng)過計算的方案進(jìn)行支撐搭設(shè)。采用四根12 mm厚的Q235鋼板制作的直徑為120 cm鋼護(hù)筒作為支頂支架。鋼護(hù)筒直接支承在新澆基礎(chǔ)上，護(hù)筒與預(yù)埋螺栓焊接，必要時可加焊短鋼筋，護(hù)筒節(jié)與節(jié)之間焊縫應(yīng)飽滿;護(hù)筒垂直控制在0.5%以內(nèi);對墩高大于4 m的，護(hù)筒內(nèi)灌注飽和砂;護(hù)筒與連接系之間全部采用焊接連接;護(hù)筒頂部設(shè)置一層型鋼橫梁，橫梁上放置厚鋼板，每個鋼護(hù)筒上方放置1臺噸位250 t千斤頂，要求千斤頂必須安放平穩(wěn)豎直。千斤頂頂部與梁底間設(shè)置第二層型鋼橫梁。

2.2 頂升施工

正式頂升前必須進(jìn)行預(yù)頂，保證臨時立柱、千斤頂、橫梁、柱頭等裝置在穩(wěn)定狀態(tài)下工作。對臨時立柱、支座位置檢查合格后，方可進(jìn)行正式頂升。為確保千斤頂負(fù)荷一致，在梁體正式起頂前，應(yīng)使千斤頂、上橫梁及梁底緊密接觸，并作為同步起頂?shù)幕鶞?zhǔn)。為此，在同步頂升計數(shù)前，可分別給各頂均勻升壓至5 MPa，并將該點位置作為同步的零點。

千斤頂采用分級加載的辦法進(jìn)行起頂，使梁體脫離原支承體系，平托于各墩所設(shè)置的臨時支承上，讓梁體的底面基本水平。各墩位所設(shè)置豎向千斤頂同步加載，構(gòu)成對梁體的“四點支承”。箱梁頂升需分級進(jìn)行，每級頂升量控制在0.1 cm～0.4 cm左右，控制頂升速度不超過1 mm/min，各頂高差均嚴(yán)格控制在0.5 mm范圍內(nèi)。

2.3 安裝臨時支墊

使用手動千斤頂及倒鏈輔助調(diào)整頂橫梁下鋼墊塊臨時支墊，使其固定牢固，位置準(zhǔn)確，確保箱梁頂升量滿足設(shè)計要求，并能牢靠地承受上部荷載重量。

2.4 新增蓋梁施工

梁體頂升后，拆除舊支座，鑿除立柱端頭部分混凝土(為保障頂升體系的穩(wěn)定，鑿除時采用靜力鑿除)，進(jìn)行新增蓋梁施工。

2.5 支座調(diào)整

蓋梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后，進(jìn)行支座墊石及支座平面位置調(diào)整，支座間距由原設(shè)計1 m調(diào)整為3 m～3.2 m。

2.6 落梁

支座調(diào)整安裝操作完后，按落梁施工的步驟利用豎向千斤頂拆除臨時支墊，分組、分級緩慢落梁，直至各墩支座反力及位置符合設(shè)計的復(fù)位要求，落梁施工結(jié)束。落梁過程中利用橫向限位裝置妥當(dāng)限位。梁頂高程回落到設(shè)計高程的施工過程，與梁體頂升的施工過程相反，施工步驟和要求基本相同。

3 頂升穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)與終止條件

1)箱梁頂升按照頂升高度與應(yīng)力控制雙重控制，頂升高度控制在0.5 cm～2.0 cm之間，以滿足現(xiàn)場實際施工需要最小空間為準(zhǔn)，同時，混凝土應(yīng)力變化控制在0.8 MPa～2.5 MPa范圍內(nèi)。

2)箱梁頂升過程中箱梁應(yīng)變實測值與理論值對比，如果應(yīng)力偏差較大時，須終止頂升。

3)箱梁頂升過程中在一個分級內(nèi)橋墩沉降量大于頂升量時，須終止頂升。

4)每級頂升橋墩增加支反力與計算支反力相差較大時，須終止頂升。

5)每級頂升橋墩下沉量，在最后1 h如不大于0.1 mm即可認(rèn)為穩(wěn)定，可以進(jìn)行下一級頂升。

6)箱梁頂升時橋墩未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)不得進(jìn)行下一級頂升。

7)所有頂升數(shù)據(jù)應(yīng)及時填寫記錄，以備查用。

4 頂升施工監(jiān)控

本項目各匝道橋均為曲線橋，梁體起頂時，重心將發(fā)生豎直及水平方向的空間變化，箱梁內(nèi)部也會產(chǎn)生相應(yīng)應(yīng)力變化，因此在頂升過程中必須采取嚴(yán)格的控制措施，掌握施工中梁體受力和位移變化情況，確保頂梁施工的安全，同時確保頂升完成后結(jié)構(gòu)的線形及內(nèi)力分布滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

4.1 頂升高度及水平位移控制

在起頂處監(jiān)控梁的起頂高度，同時監(jiān)控下部支架的沉降變化，監(jiān)控設(shè)備采用光柵尺。利用全站儀監(jiān)控起頂時的水平位移情況，確保位移量不超過設(shè)計預(yù)警值。

4.2 應(yīng)力控制

在梁體主要受力截面貼上混凝土應(yīng)變計(見圖1，圖2)，依據(jù)起頂分級監(jiān)控混凝土應(yīng)力變化情況。同時在裂縫處安裝電阻裂縫計，嚴(yán)格監(jiān)控裂縫擴(kuò)展情況。監(jiān)控范圍為每一起頂階段各跨及其受本階段影響的兩邊跨。

圖1 箱梁跨中截面梁底應(yīng)變觀測點設(shè)置示意圖

圖2 箱梁支點截面梁底應(yīng)變觀測點設(shè)置示意圖

監(jiān)控若超出預(yù)警值，應(yīng)立即停止起頂，分析原因，采取糾正措施進(jìn)行復(fù)位。如異常情況嚴(yán)重，通過一般措施難以恢復(fù)到正常情況，則應(yīng)停止頂升工作，召開專題會議，分析解決問題。

5 施工組織管理

梁體頂升施工技術(shù)復(fù)雜，在起頂施工前，應(yīng)制定科學(xué)、完善的施工方案，盡量避免意外事故發(fā)生。成立頂升施工管理小組，對參建人員進(jìn)行明確分工，起頂前對操作工人做好技術(shù)及安全培訓(xùn)。針對頂升過程中常發(fā)生的問題，制定詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案。

6 結(jié)語

獨柱墩改造加固的設(shè)計理念多種多樣，利用國際先進(jìn)的同步頂升技術(shù)，可以減少改造的費用，最低限度降低對交通流的影響，達(dá)到較好的獨柱墩改造效果，解決了匝道橋獨柱墩穩(wěn)定性較差這一技術(shù)難題。

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