斷柱整體同步頂升技術(shù)在舊橋改造施工中的應(yīng)用

焦等福

摘要：隨著社會的不斷發(fā)展，一些老橋、舊橋已不能滿足城市交通發(fā)展要求，正是如此，對既有且仍有使用價值的舊橋進(jìn)行改造技術(shù)已經(jīng)開始普遍采用。本文結(jié)合實例，對橋梁斷柱整體頂升技術(shù)進(jìn)行介紹，該方法經(jīng)濟(jì)、安全、節(jié)能環(huán)保、施工簡便、不影響橋面整體結(jié)構(gòu)?？蔀橐院箢愃乒こ淌┕ぬ峁﹨⒖肌?/p>

關(guān)鍵詞：斷柱 整體同步頂升 舊橋改造 應(yīng)用

中圖分類號：THl37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號1672-3791（2014）01（b）-0000-00

1概述

由于我國現(xiàn)有城市內(nèi)橋梁多建于上世紀(jì)九十年代中后期，基于當(dāng)時的車流量、城市發(fā)展規(guī)劃，尤其是城市建設(shè)的投資力度，橋梁設(shè)計等級、線性以及線路縱坡設(shè)計都普遍偏低，并且由于橋梁沉降、通航等級提高、下穿道路等級提高、路線改造等引起橋下凈空不足，橋梁使用功能便不能滿足要求。如果僅因為線形不滿足、橋下凈空不足要求就拆除重建，也會造成巨大的浪費。為了滿足城市道路快速建設(shè)、快速通車，避免道路擁堵、減少重復(fù)投資，橋梁頂升技術(shù)也就應(yīng)用而生。

頂升技術(shù)是指在橋下各墩柱上設(shè)置頂升千斤頂，或者在墩柱周圍設(shè)置臨時支撐墩，然后在臨時支承墩頂設(shè)置千斤頂，通過千斤頂同步施力將橋梁緩慢、平穩(wěn)、同步垂直升高的施工技術(shù)。頂升技術(shù)有施工方便，造價低，安全可靠，動力充足，承載力大，容易控制等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于各類結(jié)構(gòu)升高施工工程中。下面以無錫市某跨線橋頂升改造為例進(jìn)行橋梁頂升技術(shù)的探討。

2工程概況

該跨線橋為預(yù)應(yīng)力空心板簡支梁，全長305m，于2005年建成。為了滿足城市發(fā)展需要，本次新建橋梁需要與該跨線橋?qū)?，所以需要對跨線橋進(jìn)行整體抬升改造，本次改造的范圍為0#橋臺～5#橋墩，共5跨空心板結(jié)構(gòu)，長度為125m，對其中的4跨采用斷柱同步整體反坡頂升改造，對1跨進(jìn)行支座更換加高。

3頂升原理

頂升的目的是利用液壓千斤頂對結(jié)構(gòu)物施加作用力，在作用力和固定導(dǎo)向裝置的共同作用下，結(jié)構(gòu)物的位置或形態(tài)發(fā)生可控的變化。在橋梁結(jié)構(gòu)頂升施工中一般是利用PLC控制液壓同步控制系統(tǒng)來控制液壓千斤頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)，采用頂升工藝可以改變現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)的高度，實現(xiàn)與其他結(jié)構(gòu)相接或調(diào)整改變縱坡、橫坡等。橋梁頂升系統(tǒng)是整個頂升工藝的核心部分，目前采用的多為PLC系統(tǒng)，由PLC液壓整體同步控制系統(tǒng)（油泵、油缸等）、監(jiān)測傳感器、計算機(jī)控制系統(tǒng)等部分組成。

4頂升工藝流程

施工準(zhǔn)備 支撐體系安裝 控制系統(tǒng)安裝 液壓、隨動限位系統(tǒng)安裝 立柱切割 稱重 試頂升 正式頂升 柱連接 支撐、液壓系統(tǒng)拆除 現(xiàn)場清理。

（1）施工準(zhǔn)備：安裝頂升的反力基礎(chǔ)，反力基礎(chǔ)可以使用時上部結(jié)構(gòu)荷載不再通過支座將反力傳到下部結(jié)構(gòu)，而是由千斤頂作用于臨時支撐后傳到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。頂升施工盡量利用原有承臺（或橋臺）作為頂升時的反力基礎(chǔ)。對于基礎(chǔ)埋深較淺的，在原基礎(chǔ)上植筋后澆筑混凝土，作為頂升的基礎(chǔ)；對于基礎(chǔ)埋深較深或沒有承臺結(jié)構(gòu)時，則考慮采用下抱柱梁、牛腿或臨時加固處理后的地基作為上部結(jié)構(gòu)的頂升反力基礎(chǔ)。再將墩柱切斷后，通過整體頂升來改變橋面標(biāo)高，頂升完成后連接并補(bǔ)強(qiáng)、修復(fù)加固墩柱及橋臺，拆除限位裝置，修復(fù)橋面系，調(diào)整支座等構(gòu)件達(dá)到設(shè)計要求。本工程采用原有承臺（或橋臺）作為頂升時的反力基礎(chǔ)。

（2）支撐體系安裝：支撐體系由支撐桿、臨時墊塊以及連系桿等組成。頂升支撐的主體多采用強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性較好的型鋼框架結(jié)構(gòu)，框架立柱多采用大直徑鋼管支撐，千斤頂和隨動裝置放在支撐鋼管上面。鋼管上下兩端焊接厚為20mm的法蘭，側(cè)面焊有連接用構(gòu)件。每根鋼管支撐下部通過植入M28錨栓與基礎(chǔ)連接。上下兩節(jié)鋼管支撐間通過螺栓連接，整個鋼支撐體系通過角鋼作為水平連系桿及剪刀撐連成一個格構(gòu)柱，形成面內(nèi)穩(wěn)定體系。

（3）控制系統(tǒng)安裝：本工程頂升控制系統(tǒng)采用PLC液壓同步頂升控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)已在多項頂升工程中成功運(yùn)用PLC控制液壓同步系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)（油泵、油缸等）、檢測傳感器、計算機(jī)控制系統(tǒng)等幾個部分組成。液壓系統(tǒng)由計算機(jī)控制，可以全自動完成同步移位，實現(xiàn)力和位移控制、操作閉鎖、過程顯示、故障報警等多種功能。

（4） 液壓、隨動系統(tǒng)安裝：隨動裝置由帶螺紋的支撐柱、底座和帶動電機(jī)組成，千斤頂頂升橋梁后，支撐柱與支撐體系間產(chǎn)生間隙，電機(jī)自動啟動帶動支撐柱伸出，使支撐柱密貼支撐體系，使之起到消除頂升時因千斤頂失效而出現(xiàn)任何安全隱患的作用。

（5）立柱切割：采用新型無震動直線切割設(shè)備對立柱進(jìn)行切割。該設(shè)備是通過導(dǎo)輪控制方向和切割速度，利用金剛石串珠繩高速摩擦要拆除的鋼筋混凝土進(jìn)行切割分離，是目前最先進(jìn)的混凝土結(jié)構(gòu)切割分離技術(shù)。傳統(tǒng)的建筑改造或局部拆除所采用的方法一般是用剔、鑿和水鉆鉆孔等方法。傳統(tǒng)方法分離的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不但無法實現(xiàn)整齊分離截面，而且對后續(xù)的加固施工造成一定的困難。利用繩鋸等專業(yè)切割設(shè)備可真正實現(xiàn)整齊分離、無損切割，大大提高施工效率，縮短施工工期。這種切割設(shè)備具有體積輕巧、切割能力強(qiáng)的特點。切割采用水冷卻，無粉塵噪音污染，切口平順等優(yōu)點。

（6）稱重：為保證頂升過程的同步進(jìn)行，在頂升前應(yīng)測定每個頂升點處的實際荷載。稱重時依據(jù)計算頂升荷載，采用逐級加載的方式進(jìn)行，在一定的頂升高度內(nèi)（1～10mm），通過反復(fù)調(diào)整各組的油壓，可以設(shè)定一組頂升油壓值，使每個頂點的頂升壓力與其上部荷載基本平衡。為觀察頂升處是否脫離，需用百分表測定其行程。將每點的實測值與理論計算值比較，計算其差異量，由液壓工程師和結(jié)構(gòu)工程師共同分析原因，最終由領(lǐng)導(dǎo)組確定該點實測值能否作為頂升時的基準(zhǔn)值。如差異較大，將作相應(yīng)調(diào)整。

（7）試頂升：為了觀察和考核整個頂升施工系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及對稱重結(jié)果的校核，在正式頂升之前，應(yīng)進(jìn)行試頂升，試頂升高度10mm。試頂升結(jié)束后，提供整體姿態(tài)、結(jié)構(gòu)位移等情況，為正式頂升提供依據(jù)。

（8）頂升：根據(jù)設(shè)計要求及施工方案，正式頂升過程控制程序按照以下步驟進(jìn)行，整個過程要做好詳細(xì)記錄。

操作：按預(yù)設(shè)荷載進(jìn)行加載和頂升；

觀察：各個觀察點應(yīng)及時反映測量情況。

測量：各個測量點應(yīng)認(rèn)真做好測量工作，及時反映測量數(shù)據(jù)；

校核：數(shù)據(jù)報送至現(xiàn)場領(lǐng)導(dǎo)組，比較實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的差異；

分析：若有數(shù)據(jù)偏差，有關(guān)各方應(yīng)認(rèn)真分析并及時進(jìn)行調(diào)整。

決策：認(rèn)可當(dāng)前工作狀態(tài)，并決策下一步操作。

（9）立柱連接：頂升施工完成后，即可進(jìn)行立柱連接工作。首先將立柱新老砼結(jié)合部分進(jìn)行表面鑿毛處理，以利于新老砼的連接。砼鑿除后須用水清洗，不得留有灰塵和雜物。其次根據(jù)設(shè)計圖紙，立柱加高部分采用與原立柱同規(guī)格等數(shù)量的豎向主筋和箍筋。豎向主筋與立柱兩端露出部分的主筋連接。模板的制作采用兩節(jié)的鋼模，以方便施工和減少出現(xiàn)橫向拼縫。兩片模板表面高差應(yīng)小于1mm，表面平整度小于2mm，縫寬小1mm（采用企口縫）。脫模劑涂刷均勻，無局部堆積現(xiàn)象，再用干布或海棉擦干。最后澆筑連接柱混凝土。為保證混凝土勻質(zhì)密實，連接立柱的混凝土采用微膨脹混凝土，在砼澆筑過程中應(yīng)緩慢放料，并分層澆搗密實。通過總的砼用量，推算出澆筑砼的高度，每隔30cm左右為一層， 振動棒振動中應(yīng)采用快插慢拔使氣泡充分逸出， 立柱砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的50%時可拆除模板。新澆筑立柱在砼終凝后即可開始養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間至少延續(xù)7天，脫膜后采用塑料薄膜包裹。

（10）支撐液壓系統(tǒng)拆除：立柱混凝土完成達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，即可進(jìn)行液壓系統(tǒng)和支撐體系的拆除。拆除液壓系統(tǒng)的管路及其它附件，拆卸千斤頂并移走；按從上到下的次序拆除整個支撐體系，嚴(yán)格按照安全操作規(guī)程施工。

（11）現(xiàn)場清理：所有梁體頂升完成后，對原橋面鑿除部位清洗干凈，綁扎鋼筋，對原橋面伸縮縫恢復(fù)原樣。

5頂升過程控制措施

5.1保持支撐穩(wěn)定性的方法

本工程橋梁頂升高度較高，施工中所用鋼支撐高度較高，容易失穩(wěn)。為保證鋼支撐的穩(wěn)定性，每個蓋梁頂升支撐的主體采用16根精加工Φ609×16mm鋼管作為支撐桿。鋼管上下兩端焊接厚為20mm的法蘭，側(cè)面焊有連接用構(gòu)件。每根鋼管支撐下部通過植入M28錨栓與原承臺連接。上下兩節(jié)鋼管支撐間通過螺栓連接，整個鋼支撐體系通過角鋼作為水平連系桿及剪刀撐連成一個格構(gòu)柱，形成水平穩(wěn)定體系，確保施工安全。

5.2梁長度變化的調(diào)整方法

該跨線橋施工中每跨梁體在進(jìn)行變坡時，梁體在水平面的投影長度會發(fā)生變化第3、4、5孔梁在變坡過程中坡度變小，梁體在水平面的投影變長；而第2孔在頂升時經(jīng)歷一個反坡頂升過程，梁體在水平面的投影先伸長后縮短。

5.3千斤頂失效時確保頂升梁體的安全措施

安裝隨動支撐機(jī)構(gòu)的目的是確保萬無一失的安全措施，在臨時支撐上面安裝該支撐機(jī)構(gòu)，并固定好。千斤頂伸長一定量時，隨動支撐就會隨之伸長0.2mm，即使當(dāng)千斤頂系統(tǒng)出現(xiàn)意外失效時，梁體在下降0.2mm后，在該機(jī)構(gòu)上獲得有效支撐，從而確保結(jié)構(gòu)安全。

6結(jié)語

本技術(shù)已成功應(yīng)用于無錫市某跨線橋改造施工，頂升過程控制效果良好，實現(xiàn)了主梁頂升并固定完成后，蓋梁縱向位移、承臺沉降、橋面標(biāo)高、蓋梁底標(biāo)高、蓋梁縱向位移、橋面中間的位置等檢測值均在警戒值范圍之內(nèi)的目標(biāo)，施工中對環(huán)境影響很小，可為以后類似工程提供借鑒。