柱式墩鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋頂升施工方法

姜永娟

(浙江公路水運(yùn)工程監(jiān)理有限公司，浙江杭州 310004)

我國內(nèi)河流域上的大跨徑鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋多始建于二十世紀(jì)八九十年代，這些橋梁的普遍特點(diǎn)是通航設(shè)計(jì)等級(jí)較低，橋梁整體質(zhì)量狀況良好。但隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是近十年突飛猛進(jìn)的發(fā)展，內(nèi)河流域的通航能力已無法適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，因此，對(duì)我國內(nèi)河流域的疏浚與拓寬，以及對(duì)內(nèi)河上的千萬座橋梁的改造已迫在眉睫。然而，舊有橋梁大多數(shù)仍在經(jīng)濟(jì)服務(wù)期，通行狀況良好，對(duì)其報(bào)廢重建，無疑會(huì)造成社會(huì)資源的極大浪費(fèi)，同時(shí)也不符合當(dāng)前政府極力主張的環(huán)保、低碳、可持續(xù)性經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略。對(duì)舊有橋梁通航凈空的改善，最佳方法就是不破壞原有橋梁，對(duì)其進(jìn)行整體頂升，既環(huán)保低碳，又節(jié)約大量資源。

1 柱式墩鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋型概述

柱式墩連續(xù)箱梁是我國20世紀(jì)最常見的橋型，該類型橋梁的橋跨布置基本是邊跨+主跨+邊跨，主跨徑通常60 m～150 m，邊跨徑通常為主跨的0.5倍～0.7倍，橋梁寬度在8 m～20 m，主要是考慮地方車輛及人員跨航道的需要。橋梁上部構(gòu)造通常采用單箱雙室或三室、雙箱單室或雙室結(jié)構(gòu)，下部構(gòu)造大多數(shù)是由樁基礎(chǔ)+承臺(tái)+立柱+蓋梁(系梁)組成。這種橋型的特點(diǎn)是輕便、整體穩(wěn)定性好，且施工技術(shù)成熟方便，因此被廣泛采用(典型橋型見圖1，圖2)。

2 鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋頂升施工特點(diǎn)

2.1 頂升重量大

橋面寬8 m～20 m 3跨連續(xù)箱梁重量將達(dá)3 000 t～7 000 t，這對(duì)頂升千斤頂?shù)牟贾门c選型增加了難度。

2.2 頂升面積大

一般3跨～4跨1聯(lián)同步頂升的面積將達(dá)2 000 m2～2 500 m2，在這么大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)同步頂升，要求橋面不裂、不傾斜，同步控制設(shè)備的精度與監(jiān)控要求較高。

圖1 連續(xù)箱梁主橋0號(hào)墩

圖2 連續(xù)箱梁邊跨1號(hào)橋墩臺(tái)

2.3 頂升高度較大

對(duì)于舊橋的通航凈空改善，頂升高度至少在2 m以上，否則頂升經(jīng)濟(jì)效益不佳。較大的頂升高度，要求頂升循環(huán)次數(shù)多，臨時(shí)墊塊使用多，這對(duì)支撐體系的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的要求較高。

2.4 頂升的同步性控制要求高

在頂升過程中，要求整個(gè)1聯(lián)的箱梁同步頂升抬高，且梁體縱向、橫向位移必須控制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)垂直傾斜度不得大于0.5%，否則因頂升的支點(diǎn)變化、梁體的傾斜，以及不同步性頂升將對(duì)箱梁產(chǎn)生次生應(yīng)力損傷，嚴(yán)重影響橋梁工后使用安全與承載能力。

3 柱式墩鋼筋混凝土連續(xù)箱梁頂升方案的選擇

3.1 主橋0號(hào)墩柱頂升方案的選擇

由于頂升的梁體重量較大，且柱式墩頂能夠放置千斤頂?shù)奈恢糜邢蓿瑫r(shí)連續(xù)箱梁支座部位與箱梁底空間高度有限，通常不會(huì)超過20 cm，因此難以在墩頂有限的空間內(nèi)布置數(shù)量多、頂升重量大、頂升行程大的千斤頂。如果將千斤頂布置在墩縱向兩側(cè)，由于箱梁一般在縱橫向是變截面的，且一般0號(hào)塊梁肋處面積較小，能承受著力點(diǎn)位置有限，因此選擇斷柱頂升方案，即把立柱割斷，將立柱上端連同蓋梁、支座、梁體整體頂升到設(shè)計(jì)高度后接柱(見圖3，圖 4)。

圖3 主橋0號(hào)墩千斤頂布置立面圖

圖4 Ⅰ—Ⅰ 剖面圖

在千斤頂著力點(diǎn)的選擇時(shí)，為避免千斤頂直接作用在蓋梁底，而造成集中應(yīng)力對(duì)蓋梁的損傷，可采用抱柱梁轉(zhuǎn)移千斤頂上著力點(diǎn)，這種方案也為多頂同時(shí)作業(yè)提供足夠的空間與平面位置。

柱底承臺(tái)面積有限，且經(jīng)常性處于水下一定深度，為解決千斤頂下著力點(diǎn)，以及為較多的千斤頂提供同時(shí)作業(yè)空間與平面位置，可采用下抱柱梁方案予以解決。

3.2 主橋邊跨墩頂升方案的選擇

連續(xù)箱梁端部1號(hào)墩支座部位空間高度較小，且墩頂面積較小，難以在墩頂位置狹小空間內(nèi)布置大噸位、數(shù)量多的千斤頂，同0號(hào)墩位處頂升方案一樣采用斷柱頂升的辦法。

考慮邊跨1號(hào)墩處承臺(tái)面積較大，且一般處于岸邊綠地上，千斤頂下部承力基礎(chǔ)可考慮承臺(tái)，如果承臺(tái)承載力不夠，也便于對(duì)綠地承臺(tái)進(jìn)行加固處理。千斤頂上部承力可參考主橋0號(hào)墩布置方案，采用上抱柱梁，即將1號(hào)墩立柱割斷，千斤頂將立柱上端與蓋梁、支座、箱梁體一同頂升到設(shè)計(jì)高度，主要原因是直接作用在蓋梁底，面積空間有限，且不宜將千斤頂直接作用在蓋梁底，避免集中應(yīng)力造成蓋梁受損。

4 柱式墩連續(xù)箱梁頂升施工程序

頂升施工程序見圖5。

5 柱式墩連續(xù)箱梁頂升施工注意事項(xiàng)

5.1 施工場地清理及前期工作準(zhǔn)備

在頂升作業(yè)前，最重要的是技術(shù)準(zhǔn)備與設(shè)備準(zhǔn)備，具體包括:

1)頂升方案必須經(jīng)過專家組評(píng)審，且經(jīng)過監(jiān)理批準(zhǔn)。

2)頂升施工前必須先行辦好水上、水下施工許可，封閉或限制通航，封閉或限制通航的方案必須得到航道主管部門批準(zhǔn)，特別是限制通航的交通維護(hù)方案要經(jīng)過專家論證，絕對(duì)避免施工過程中發(fā)生來往船只碰撞頂升支撐體系構(gòu)件。

3)頂升設(shè)備的選擇至關(guān)重要，要根據(jù)頂升的最大重量、高度，以及著力點(diǎn)空間位置等選擇適合的千斤頂，一般要考慮千斤頂?shù)淖畲笮谐?、基座面積、頂升高度、最大頂升能力等參數(shù)。

4)頂升過程的監(jiān)控設(shè)備選擇，監(jiān)控內(nèi)容含頂升過程中梁體各關(guān)鍵部位的應(yīng)力監(jiān)控、頂升過程中梁體前后左右位移監(jiān)控、傾斜監(jiān)控，以及上下抱柱梁或承臺(tái)、支撐格構(gòu)桿件的關(guān)鍵部位的位移及應(yīng)力變化，同時(shí)還要注意梁體頂升同步監(jiān)控。

5.2 鑿毛立柱

圖5 頂升施工程序

在立柱周圍清理完畢后，要對(duì)原立柱的質(zhì)量進(jìn)行初步評(píng)定與探傷，以確定是否留用，以及確定上下抱柱梁距離(不能使用的部位在上下抱柱梁之間可以鑿除重新接樁)。

在確定上下抱柱梁位置后，要對(duì)抱柱梁接觸的立柱周圍進(jìn)行盡量深的鑿毛處理，要求石子外露，表面粗糙，必要時(shí)貫穿立柱植筋，以增加抱柱梁與立柱的聯(lián)結(jié)力，提高抱柱梁與立柱的整體承載力。上下抱柱梁的高度、平面幾何尺寸以及擬布置千斤頂數(shù)量要經(jīng)過嚴(yán)格的受力驗(yàn)算確定。

5.3 植筋并澆筑抱柱梁

植筋數(shù)量及密度、規(guī)格、深度要經(jīng)過驗(yàn)算確定，植筋施工要嚴(yán)格按相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行，特別是植筋孔的清理必須徹底，植筋孔的大小要與所植鋼筋的直徑相匹配，所用植筋膠要有檢驗(yàn)合格證。

混凝土的澆筑與養(yǎng)生同一般混凝土，混凝土的強(qiáng)度要達(dá)到受力計(jì)算確定的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

5.4 安裝橋梁頂升支撐體系

支撐體系由分配梁、千斤頂支撐、支座處支撐以及聯(lián)系桿件等組成。

1)千斤頂下部的臨時(shí)支撐可采用鋼管，鋼管的直徑、厚度要經(jīng)過計(jì)算確定，同時(shí)要用法蘭連接于下抱柱梁上。鋼管的側(cè)面焊有連接用型鋼。在頂升過程中，可能因頂升高度的不同，需要對(duì)鋼管、鋼板進(jìn)行調(diào)控、置換，即當(dāng)頂升一個(gè)行程后使用鋼板進(jìn)行密貼墊高，當(dāng)鋼板達(dá)一定高度后，可置換成下墊鋼管。鋼墊塊的高度要準(zhǔn)備多種不同的厚度，鋼管的高度最好采用統(tǒng)一高度，目的是為了鋼管側(cè)面連接構(gòu)件位置的統(tǒng)一，以方便縱橫向整體支撐系統(tǒng)構(gòu)件的形成。2)分配梁設(shè)置在上抱柱梁底部，千斤頂通過螺栓懸吊于分配梁上，在頂升過程中隨著抱柱梁的上升而上升。

5.5 安裝橋梁限位架

為避免頂升過程中橋梁產(chǎn)生橫、縱向偏移，設(shè)立限位裝置，限位裝置包括箱梁限位裝置和墩柱處的縱橫向限位鋼柱。

結(jié)構(gòu)限位能夠確保水平偏移量控制在允許的范圍內(nèi)，以保證頂升的安全及頂升著力點(diǎn)的位移。

5.6 頂升設(shè)備安裝

為便于頂升操作，所有千斤頂均按向下方向安裝，即千斤頂?shù)鬃潭ㄔ谏媳е合路?。千斤頂安裝時(shí)應(yīng)保證千斤頂?shù)妮S線垂直，以免因千斤頂安裝傾斜在頂升過程中產(chǎn)生水平分力。

千斤頂?shù)纳舷戮O(shè)置鋼墊板以分散集中力，保證結(jié)構(gòu)不受損壞，千斤頂?shù)蹴斾摪迮c抱柱梁底間用楔形鋼板墊實(shí)，每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)均可采用光柵尺監(jiān)測墩柱位移量。

5.7 墩柱切割

當(dāng)各種頂升設(shè)備、穩(wěn)固支撐安裝完成并調(diào)試后，將對(duì)橋梁立柱進(jìn)行切割，切割宜采用新型無震動(dòng)切割設(shè)備對(duì)立柱進(jìn)行切割。

5.8 試頂升、設(shè)備調(diào)試

在正式頂升之前，要對(duì)千斤頂?shù)捻斏叫?、預(yù)設(shè)頂升力與頂升行程的對(duì)應(yīng)誤差，以及整個(gè)支撐體系的穩(wěn)固性等進(jìn)行試頂升與調(diào)試，為正式頂升提供可靠數(shù)據(jù)。

頂升設(shè)備調(diào)試過程中，要提供整體監(jiān)控儀器輸出數(shù)據(jù)，并與現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，為正式頂升提供依據(jù)。

5.9 正式頂升

試頂升后，經(jīng)過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析及現(xiàn)場觀察，達(dá)到預(yù)設(shè)控制指標(biāo)，再進(jìn)行正式頂升:

1)頂升同步性控制:這是頂升成敗的關(guān)鍵，頂升過程中的次生應(yīng)力產(chǎn)生、縱橫向位移、梁體的傾斜等基本上是由頂升的不同步性產(chǎn)生的，因此，在頂升過程中，要密切關(guān)注監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定性觀察，以及現(xiàn)場位移、頂升高度的測量。2)每次循環(huán)頂升高度與速度:不宜超過千斤頂最大行程的80%，最大頂升速度控制在10 mm/min以內(nèi)，一旦監(jiān)控設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差，或歷次觀測數(shù)據(jù)誤差加大，要立即暫停作業(yè)，分析監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，查明原因后方可繼續(xù)作業(yè)。3)每次頂升的高度要稍高于墊塊厚度，且在每次頂升循環(huán)中其稍高厚度盡量保持一致，一是方便臨時(shí)托換操作，二可避免千斤頂回油梁體落差較大，產(chǎn)生過大的集中下沖應(yīng)力，損傷梁體。4)整個(gè)頂升過程應(yīng)保持光柵尺的位置同步誤差小于2 mm，一旦位置誤差大于2 mm或任何一缸的壓力誤差大于5%，控制系統(tǒng)立即關(guān)閉液控單向閥，以確保梁體安全。5)每一級(jí)頂升完成后，要對(duì)千斤頂?shù)奈灰?、壓力、梁體及抱柱梁各監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)力變化情況、支撐體系的位移、梁體縱橫向位移等監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及時(shí)整理分析，如有異常，及時(shí)處理。

5.10 接長立柱

待頂升完成之后，對(duì)立柱上下截?cái)嗝娓麒彸?5 cm～30 cm左右高度的混凝土，保留芯柱，露出主筋?；炷凌彸骓氂们逅逑锤蓛?，刷界面劑。通過接長原橋墩鋼筋并在墩側(cè)四周加設(shè)箍筋，立模，澆筑橋墩混凝土，養(yǎng)生，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆模。

6 頂升過程中監(jiān)測

在整個(gè)頂升過程中要進(jìn)行全程監(jiān)控，包括梁體、支撐體系、千斤頂、抱柱梁等結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力變化和傾斜的監(jiān)控。監(jiān)控的基本原理是對(duì)頂升過程中應(yīng)力、位移、傾斜等數(shù)據(jù)的采集、放大與計(jì)算機(jī)處理，任何部位的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)具有同等作用，不得重視梁體應(yīng)力與千斤頂數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控，忽視支撐體系與抱柱梁安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集，同時(shí)要足夠重視立柱偏移數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控，實(shí)踐證明，立柱偏位超標(biāo)是頂升過程中最易也最難糾正的問題。

6.1 監(jiān)測目的

整個(gè)頂升過程的監(jiān)控是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。監(jiān)控的目的:1)保證工后梁體的應(yīng)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求，保證通車貨載安全系數(shù);2)確保頂升過程安全操作，及時(shí)消除頂升支撐系統(tǒng)的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

6.2 監(jiān)測部位及內(nèi)容

1)承臺(tái)沉降觀測:在進(jìn)行邊跨墩柱頂升時(shí)，如果千斤頂或臨時(shí)支墩設(shè)置在承臺(tái)上，在頂升過程中要在承臺(tái)的不同部位設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，沉降數(shù)值要經(jīng)過物理放大(杠桿千分尺放大或沉降—壓強(qiáng)—壓敏電阻—電流原理進(jìn)行放大)，并要求對(duì)這些數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集到電腦進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。2)立柱、蓋梁水平位移和垂直偏差監(jiān)控:為確保頂升過程中立柱、蓋梁縱橫向水平位移控制在允許誤差范圍，可在外立柱垂直兩個(gè)方向外側(cè)面的切割線上下，在切割前使用經(jīng)緯儀或全站儀標(biāo)注出兩條垂直投影線，在頂升過程中密切觀測立柱兩個(gè)方向垂直線的傾斜與水平位移。3)箱梁的水平位移監(jiān)控:梁體橫向位移與傾斜監(jiān)控可在邊跨頂端位置設(shè)置橫向水平、垂直位移或傾斜觀測基準(zhǔn)點(diǎn)，方法是在邊跨箱梁頂端固定一定垂直高度的觀測牌，在觀測牌上標(biāo)注一個(gè)觀測點(diǎn)，在頂升過程中使用經(jīng)緯儀或全站儀密切監(jiān)控觀測點(diǎn)的漂移情況。縱向位移監(jiān)控:可在邊跨箱梁頂端側(cè)面設(shè)立一個(gè)觀測基準(zhǔn)點(diǎn)，使用經(jīng)緯儀或全站儀觀測箱梁縱向位移。4)梁體、抱柱梁關(guān)鍵部位的應(yīng)力變化監(jiān)控:采用應(yīng)力貼片不夠精確，可在關(guān)鍵部位預(yù)埋壓敏電阻，來進(jìn)行應(yīng)力變化監(jiān)控，具體可委托專業(yè)監(jiān)控單位進(jìn)行。5)支撐體系的觀測:這是監(jiān)控的關(guān)鍵，但是支撐桿件的軸力變化在頂升過程中變化復(fù)雜。支撐桿件是連接千斤頂下墊鋼管和臨時(shí)支撐鋼管的桿件，呈現(xiàn)格構(gòu)受力體系，因此任何一個(gè)鋼管的傾斜與位移均能造成支撐任一桿件的軸力變化，可委托專業(yè)監(jiān)控單位對(duì)部分桿件進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控，控制桿件的軸力上限值，避免桿件的疲勞變形，致使整體支撐系統(tǒng)失穩(wěn)。6)千斤頂?shù)捻斏εc行程及頂升的同步性的監(jiān)控:可采用上海某建筑物移位工程有限公司開發(fā)的PLC控制液壓同步頂升系統(tǒng)，對(duì)頂升力、頂升行程及頂升的同步性進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)控。

7 結(jié)語

鋼筋混凝土連續(xù)梁橋整體頂升施工具有廣泛的應(yīng)用前景，但目前國內(nèi)還沒有很實(shí)用的行業(yè)施工技術(shù)規(guī)范來指導(dǎo)施工，因此相關(guān)主管部門組織人員對(duì)近些年施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，形成成熟的施工工法，并在我國內(nèi)河流域橋梁頂升施工中加以應(yīng)用，以便盡快形成行業(yè)施工技術(shù)規(guī)范，指導(dǎo)或規(guī)范橋梁整體頂升作業(yè)是很有必要的。本文只是對(duì)連續(xù)箱梁整體頂升作業(yè)進(jìn)行簡單的探討，更為重要的細(xì)節(jié)，比如頂升過程中監(jiān)控量測的內(nèi)容、方法、技術(shù)，以及橋梁整體頂升的經(jīng)濟(jì)效益決策方法與模型等探討的深度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，希望能引起同行業(yè)人士的關(guān)注、補(bǔ)充、完善。

［1］JTG J23-2008，公路橋涵加固施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］GB 50367-2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］JTG 041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.