淺談頂升技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用

顧金耀（上海振華工程咨詢有限公司， 上海 200063）

1 項(xiàng)目簡介

1.1 工程概況

上海軌道交通 5 號線南延伸工程設(shè)計(jì)，起點(diǎn)為 5 號線東川路站預(yù)留接軌點(diǎn)，終點(diǎn)為南橋新城站，線路沿途經(jīng)閔行和奉賢兩區(qū)，線路長約 16.627 km，共設(shè) 9 座車站（改擴(kuò)建 1座車站、續(xù)建 2 座車站，新建 6 座車站），直至經(jīng) 5 號線已建工程（莘莊～閔行開發(fā)區(qū)站）線路長約 17.206 km，與莘莊停車場接軌。

全線在既有劍川路停車場基礎(chǔ)上，新建平莊公路車輛基地和莘莊停車場各 1 座。劍川路停車場在初、近期為既有利用，遠(yuǎn)期進(jìn)行工程改造。

本項(xiàng)目莘莊停車場位于閔行區(qū)莘建東路南側(cè)、莘莊立交橋西側(cè)、軌道交通 1 號線正線北側(cè)合圍的地塊內(nèi)，工程用地 1.62 hm2。

1.2 跨寶城路橋梁概況

（1）上部結(jié)構(gòu)：跨寶城路橋梁為一孔長 37.332 m 預(yù)應(yīng)力混凝土 U 型簡支梁，與寶城路斜交角為 9°41′11″；U 型梁截面為變截面，最小寬度為 7.862 m，最大寬度為10.254 m；混凝土等級為 C55 ，混凝土方量約 219.7 m3，橋梁總重約 571.22 t。

（2）下部結(jié)構(gòu)：采用 A800 mm 鉆孔灌注樁，按摩擦樁進(jìn)行設(shè)計(jì)的樁承式橋臺；樁基采用水下 C30 混凝土，橋臺采用 C40 混凝土。

（3）支座：采用 CGQZ 球型支座。

（4）橋梁預(yù)應(yīng)力張拉：縱向預(yù)應(yīng)力束采用高強(qiáng)度低松弛 15-Φ15.2（腹板 4 束）、12-Φ15.2（底板 18 束）鋼絞線；標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 fpk=1 860 MPa，E/p=1.95×105 MPa，錨下控制應(yīng)力為 σ/con=0.70 f/pk；U 型梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到 90%設(shè)計(jì)強(qiáng)度且有效齡期達(dá)到 14 d 后進(jìn)行張拉，張拉時按 U 型梁橫向?qū)ΨQ中心對稱進(jìn)行，先兩側(cè)后中間的原則進(jìn)行。

（5）前期準(zhǔn)備工作：工程實(shí)施前對預(yù)應(yīng)力梁就位有沖突影響的寶城路兩側(cè)人行梯橋通道及路燈進(jìn)行搬遷改造，同時對兩側(cè)橋臺基礎(chǔ)周圍影響的電力、信息等纜線也進(jìn)行搬遷。

2 場地現(xiàn)狀和周邊環(huán)境

2.1 上海軌道交通1號線箱涵

本莘莊停車場工程南側(cè)毗鄰上海軌道交通1號線正線（外環(huán)路站～莘莊站區(qū)間）。該段軌道交通區(qū)間為土路基+碎石道床基礎(chǔ)?？鐚毘锹窐蛄何鱾?cè)橋臺距離軌道交通 1 號線箱涵線路中心線 4.894 m，東側(cè)橋臺距離軌道交通 1 號線箱涵線路中心線 6.82 m，正處于軌道交通 30 m 保護(hù)區(qū)域范圍內(nèi)，橋梁下部和上部結(jié)構(gòu)施工極易對運(yùn)行中的 1 號線線路的道床沉降、道床水平位移產(chǎn)生影響，施工難度特別大。為了確保軌道交通運(yùn)營及軌道交通結(jié)構(gòu)的安全，選擇安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的施工工藝方法和有效安全的保護(hù)措施，顯得尤為重要。

2.2 既有寶城路下立交橋

既有的寶城路下立交橋 U9 槽段現(xiàn)狀為雙向 4 條機(jī)動車道+2 條非機(jī)動車道+2 條人行道路，整個槽段凈寬約26.2 m。該道路是屬于閔行區(qū)主干道，交通流量非常大，無法中斷。

3 可行方案

鑒于新建橋梁是在已有道路上進(jìn)行架設(shè)，因此必須充分考慮施工對于原有道路交通運(yùn)行的影響，綜合考慮其經(jīng)濟(jì)意義和社會影響。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分析可知，橋梁跨越的寶成路交通流量較高，且屬于城市干道，無法斷行，因此現(xiàn)場施工環(huán)境對于施工工藝要求較高。以下對于頂梁施工方案和架橋機(jī)方案進(jìn)行對比分析。

3.1 架橋機(jī)方案

目前市場上采用架橋機(jī)技術(shù)的比較多，且技術(shù)較為成熟。但同時，對于施工場地技術(shù)要求高，轉(zhuǎn)場時對道路要求也高，使用運(yùn)輸?shù)某杀疽哺?。此外，由于其屬于特種設(shè)備，組裝完成后需檢驗(yàn)合格方能使用，周期較長，架橋機(jī)作業(yè)時需要中斷交通，因此對于地處繁忙交通、不能斷行之地的橋梁架設(shè)不適用。

3.2 頂升、降落方案

目前頂升、落梁技術(shù)還處于技術(shù)完善階段，各方面的技術(shù)正在逐步成熟中。但是其施工工藝要求較高，優(yōu)勢也較為明顯，不需要中斷交通且施工精度較高。對于本工程不能中斷交通的要求而言，屬于優(yōu)先選擇的施工工藝。

跨寶城路橋梁架設(shè)由于受現(xiàn)場客觀條件等原因限制，需將橋梁在原位標(biāo)高以上處進(jìn)行澆筑；施工完成后，利用PLC 液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行同步頂升降落，以達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的目的。

4 橋梁施工概況

本工程U 型梁數(shù)量為 1 榀，截面為變截面，最小寬度為 7.862 m，最大寬度為 10.254 m，U 型梁長約 37.68 m，C55 混凝土方量為 219.7 m3，重約 571.22 t。施工階段包含貝雷架和鋼管支架搭設(shè)、立模、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、養(yǎng)生、張拉預(yù)應(yīng)力鋼束、孔道灌漿等施工工序。

4.1 施工方案簡述

本工程在梁端兩側(cè)分別布置 4 臺 300 T 千斤頂，全橋共 8 臺。每 2 個千斤頂為 1 組，共分為 4 組，然后通過采用交替降落控制系統(tǒng)進(jìn)行同步頂升降落施工；交替降落施工系統(tǒng)為交替頂升控制系統(tǒng)的反向運(yùn)用。交替降落為每個支撐頂點(diǎn)布置處安裝 2 組可主動施加頂升力的千斤頂，并由控制臺控制液壓泵站驅(qū)動 2 組千斤頂進(jìn)行反復(fù)交替降落。降落過程中，先由第一組千斤頂升缸受力，另一組千斤頂懸空作跟隨使用，以防止千斤頂失效時梁體突然墜落；第一組千斤頂收缸一個行程過后，通過控制臺控制液壓泵站驅(qū)動第二組千斤頂進(jìn)行升缸受力；當(dāng)力傳到第二組千斤頂時，將第一組千斤頂下墊塊拆除 100 mm，保持懸空跟隨狀態(tài)，然后第二組千斤頂收缸；當(dāng)?shù)诙M千斤頂收缸一個行程后，第一組千斤頂升缸受力……。重復(fù)以上步驟，直至完成整個降落過程。

本工程墊石高度為 330 mm，支座高度為 120 mm。所以在降落工程中采用高度為 320 mm 的千斤頂（頂帽高度為 100 mm，標(biāo)準(zhǔn)行程為 100 mm），最后落至支座及墊石上。450 mm（墊石高度 330 mm+支座高度 12 0mm）＞420 mm（千斤頂高度 320 mm+頂帽高度 100 mm）。

4.2 施工總體流程

安裝落梁鋼支撐體系→安裝千斤頂→梁底設(shè)獨(dú)立模板→U 型梁澆筑并養(yǎng)護(hù)達(dá)到強(qiáng)度要求→油管連接調(diào)試系統(tǒng)→千斤頂頂升 10 mm→貝雷架及梁端支架拆除→落梁 2.45 m→支座安裝→拆除設(shè)備。

4.3 關(guān)鍵施工工序

4.3.1 液壓千斤頂、鋼支撐的選擇與布置

選用型號為 300 T 的千斤頂：頂身長度 320 mm，底座直徑 315 mm，頂帽高度 100 mm；最大行程為 140 mm，標(biāo)準(zhǔn)行程為 100 mm。千斤頂均配有液壓鎖，可防止任何形式的系統(tǒng)及管路失壓，從而保證負(fù)載的有效支撐。每個支座附近的 2 臺液壓千斤頂為一組，同組之間液壓聯(lián)通；每個橋臺配備 1 臺連點(diǎn)同步液壓泵站，總共配備 2 臺液壓泵站，每臺泵站自帶液壓傳感器。每組千斤頂附近安裝 1臺位移傳感器，全橋安裝 4 臺。配置 1 臺遠(yuǎn)程操控臺，液壓泵站和位移傳感器通過數(shù)據(jù)線與操控臺連接。通過遠(yuǎn)程操控臺計(jì)算機(jī)軟件對泵站下達(dá)頂升降落工作指令，同時處理液壓傳感器和位移傳感器傳回的數(shù)據(jù)，確保四點(diǎn)位移同步，同時對各點(diǎn)液壓壓力進(jìn)行監(jiān)控。

在橋臺頂面安裝液壓千斤頂和換肩鋼支撐（墊塊）進(jìn)行 U 形梁的頂升和降落。由于千斤頂需要支撐上部梁體，然后拆除貝雷架等支撐體系，所以千斤頂及支撐安裝位置需要與貝雷架現(xiàn)場安放位置協(xié)調(diào)。現(xiàn)設(shè)計(jì)將鋼支撐安裝在支座內(nèi)側(cè)，并排布置，梁體施工時可考慮千斤頂安裝位置獨(dú)立設(shè)置鋼板，千斤頂?shù)蹴斾摪蹇芍苯优c這塊鋼板焊接。

鋼支撐（墊塊）高度最大 2.7 m，采用 A500 mm、壁厚 12 mm 鋼管進(jìn)行支撐。為了保持支撐的穩(wěn)定性，采用化學(xué)螺栓和法蘭盤將鋼支撐固定于橋臺混凝土表面。除設(shè)置頂升墊塊外，還需設(shè)置換肩支撐墊塊（兼作保護(hù)支撐）。鋼管支撐采用定型加工產(chǎn)品，高度規(guī)格為1 000 mm、500 mm、200 mm、100 mm，節(jié)間法蘭連接，小于 100 mm 的空間采用鋼板填充。

U 型梁自重 571 t，采用 8 臺 300 T 液壓千斤頂進(jìn)行操作，每支座附近布置兩臺，安全儲備經(jīng)驗(yàn)算 8×300/571=4.2 倍，滿足施工安全的要求。

4.3.2 頂升與降落

頂升最大高度 1 cm，降落最大高度 2.45 m。頂升與降落過程中通過調(diào)節(jié)支撐頂部的填充鋼板厚度，始終保持梁底與換肩支撐之間保持不大于 10 mm 間距，當(dāng)因液壓泄露等原因造成失壓時，換肩支撐能起到支撐保護(hù)的作用。

（1）頂升流程：設(shè)備安裝（千斤頂處于收缸狀態(tài)）→頂升 1 個行程 1 cm→旋緊機(jī)械螺紋保壓環(huán)→設(shè)置換肩支撐。

（2）降落流程：設(shè)備安裝（千斤頂處于出缸狀態(tài)）→落梁 1 個行程 10 cm→設(shè)置換肩支撐→千斤頂出缸并降低墊塊→再次落梁 1 個行程 10 cm→設(shè)置換肩支撐。如此循環(huán)下落至要求高度。

4.4 千斤頂?shù)姆纸M與控制

頂升與降落施工時位置靠近的液壓千斤頂編為 1 組，共分為 4 組。同組千斤頂之間液壓聯(lián)通，每組千斤頂附近安裝 1 臺位移傳感器。不同組千斤頂獨(dú)立控制，并通過計(jì)算機(jī)控制程序來保持各控制點(diǎn)之間位移的同步一致。

4.5 PLC 同步控制系統(tǒng)

以上控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是通過 PLC 液壓同步控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。PLC 主要包括：液壓千斤頂、液壓變頻泵站、工控箱、位移傳感器、壓力傳感器、計(jì)算機(jī)及其控制程序等組成。PLC 控制液壓同步降落是一種力和位移綜合控制的降落方法。這種力和位移綜合控制方法建立在力和位移雙閉環(huán)的控制基礎(chǔ)上，由液壓千斤頂精確地按照橋梁的實(shí)際荷重，平穩(wěn)地頂升橋梁，使降落過程中橋梁受到的附加應(yīng)力下降至最低；同時液壓千斤頂根據(jù)分布位置分組，與相應(yīng)的位移傳感器組成位置閉環(huán)，以便控制橋梁降落的位移和姿態(tài)，同步精度為 ±2.0 mm。這樣就可以很好地保證降落過程的同步性，確保降落時橋梁的結(jié)構(gòu)安全。

4.6 施工過程監(jiān)控

4.6.1 同步監(jiān)控

千斤頂每個行程內(nèi)的同步差由位移傳感器自動采集，通過數(shù)據(jù)線傳輸至頂升監(jiān)控軟件的電腦屏幕，超過設(shè)定的報警值時自動報警，累計(jì)誤差通過水準(zhǔn)進(jìn)行測量。本工程支座不均勻沉降的設(shè)計(jì)值為 5 mm，所以本次同步報警值按照 4 mm 進(jìn)行控制，當(dāng)達(dá)到或接近報警值時，對誤差較大的點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)頂升或降落，以調(diào)整同步誤差。

4.6.2 水平偏位誤差

由于支撐垂直度等原因的影響，梁體有可能出現(xiàn)水平方向的偏位，需在兩側(cè)橋頭設(shè)置頂升降落限位裝置。限位裝置采用槽鋼和角鋼焊接而成，約束頂升降落過程中橋梁的橫向和縱向位移。本工程水平偏位控制值設(shè)定為 ±15 mm，當(dāng)水平位移偏差超過 10 mm，并有可能繼續(xù)偏位超過設(shè)定值時，設(shè)置的型鋼限位檔將對偏位進(jìn)行限制。型鋼限位檔通過在橋臺頂面預(yù)留預(yù)埋鋼板，滑動面設(shè)置四氟板潤滑。

4.6.3 液壓壓力監(jiān)控

PLC 系統(tǒng)以位移控制為主，液壓壓力控制輔助。液壓千斤頂最大壓力不得超過額定壓力的 5%；否則應(yīng)對同步誤差進(jìn)行修正。

5 過程中安全技術(shù)控制措施

5.1 橋面標(biāo)高監(jiān)測

橋面高程觀測點(diǎn)用來推算每個橋墩的實(shí)際降落高度。設(shè)置橋面標(biāo)高觀測點(diǎn)，可以精確地知道每個橋臺的實(shí)際降落高度，使降落到位后橋面標(biāo)高得到有效控制。因此，在施工過程中對結(jié)構(gòu)的豎向位移進(jìn)行測量是至關(guān)重要的。豎向位移的測量采用水準(zhǔn)儀，測點(diǎn)設(shè)在橋面上，在每個支座位置的橋面兩側(cè)設(shè)置 2 個測點(diǎn)。通過落梁前后各測點(diǎn)高程的變化，掌握各點(diǎn)降落高度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并判斷高度的變化是否在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了過大的附加內(nèi)力。

5.2 梁體縱向位移觀測

為了對降落過程中梁體縱向位移及立柱垂直度的觀測，在外立柱外側(cè)面用墨線彈出垂直投影線。墨線須彈過切割面以下，在垂直墨線的頂端懸掛一個鉛球，通過垂球線與墨線的比較，來判斷梁體的縱向位移及梁體是否傾斜。

5.3 施工安全控制措施

（1）頂升、降落前，必須配置一個強(qiáng)有力協(xié)調(diào)指揮班子。

（2）必須制定相應(yīng)的安全操作管理制度及安全生產(chǎn)措施。實(shí)施前，專職安全員應(yīng)對各個施工環(huán)節(jié)進(jìn)行專門細(xì)致的檢查，并對所有施工作業(yè)人員進(jìn)行安全教育，對參與操作的人員進(jìn)行崗位培訓(xùn)和技術(shù)交底，具體措施如下：

①貫徹落實(shí)行之有效的安全管理制度，確保施工安全技術(shù)交底準(zhǔn)確有效，并詳細(xì)講解施工順序、工藝流程、安全注意事項(xiàng)、關(guān)鍵部位的安全操作要領(lǐng)等；

②加強(qiáng)施工機(jī)械管理，關(guān)鍵或重要機(jī)械設(shè)備及配電系統(tǒng)在使用前必須逐個進(jìn)行檢驗(yàn)，保證機(jī)械設(shè)備和配電系統(tǒng)狀態(tài)正常，過程中加強(qiáng)對使用設(shè)備檢查維護(hù)；

③施工作業(yè)應(yīng)盡量避開交通高峰期，交通開放期應(yīng)設(shè)置有效安全隔離和保護(hù)措施，確保通行車輛安全；

④千斤頂上下兩側(cè)必須用鋼板墊平，便于千斤頂全面接觸受力，當(dāng)空隙較大時必須用薄鋼板墊平穩(wěn)，以免破壞混凝土結(jié)構(gòu)。

6 綜合評估與總結(jié)

6.1 綜合評估

本項(xiàng)目目前已經(jīng)進(jìn)行軌道鋪設(shè)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范要求。具體如下。

（1）混凝土橋梁外觀尺寸符合設(shè)計(jì)要求，混凝土外觀質(zhì)量良好，且表面無明顯缺陷和裂縫，混凝土強(qiáng)度經(jīng)檢測符合設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求。

（2）橋梁經(jīng)荷載試驗(yàn)，其承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，當(dāng)前沉降觀測記錄結(jié)果穩(wěn)定，各方面參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）根據(jù)測量數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前橋梁軸線及凈高經(jīng)復(fù)核結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。可承受范圍內(nèi)；同時主橋整體受力與空載相同，沒有其他外力，則該橋可以進(jìn)行頂升或降落。

6.2 施工總結(jié)

（1）由以上分析可見，采用 PLC 液壓同步控制技術(shù)進(jìn)行頂升及降落，其誤差控制能夠滿足要求；該橋頂升及降落過程中產(chǎn)生的不同步高差所引起的內(nèi)力，均在結(jié)構(gòu)安全

（2）在頂升及降落的全過程中，要密切實(shí)施全橋監(jiān)控，配合使用電子儀器和現(xiàn)場人工觀測，力求做到萬無一失。監(jiān)控項(xiàng)目應(yīng)包括標(biāo)高監(jiān)測和應(yīng)力應(yīng)變觀測，同時結(jié)合支點(diǎn)反力（可利用千斤頂油壓表讀數(shù)反映支點(diǎn)反力異常變化）對橋梁整體頂升安全進(jìn)行監(jiān)控。

（3）頂升及降落中不斷地進(jìn)行橋面的標(biāo)高測量，對測量結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確保操作過程的萬無一失。整個頂升及降落過程應(yīng)保持測量點(diǎn)的位置同步誤差小于 5 mm；一旦位置錯誤或誤差過大，須立即查找原因，采取措施糾正。

（4）在橋梁的關(guān)鍵部位，貼應(yīng)變片，設(shè)置應(yīng)變測點(diǎn)。應(yīng)變片的貼放位置參考有限元計(jì)算結(jié)果，貼放在應(yīng)力極值處。為了防止計(jì)算與實(shí)際偏差較大，建議在跨中、四分點(diǎn)、頂升部位附近也要貼放應(yīng)變裝置；同時在存在裂縫處也應(yīng)貼放應(yīng)變片。在頂升及降落過程中密切關(guān)注裂縫發(fā)展情況，如有增大，立即停止移動并查找原因后方可繼續(xù)。

（5）在以位移控制頂升及降落的同時，采用支點(diǎn)反力進(jìn)行檢測。這一點(diǎn)是非常重要的。當(dāng)某一支點(diǎn)的頂升過大時，該支點(diǎn)分擔(dān)的反力必然增大，相鄰支點(diǎn)的反力跟著減少，可以通過各支點(diǎn)上千斤頂?shù)膲毫Ρ矸从吵鰜怼?/p>