上跨運(yùn)營(yíng)公路的橋梁頂升設(shè)計(jì)與施工

馮思雨

上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336

1 工程概況

武漢三環(huán)線上的先建村橋、黃家棚橋、八庫(kù)灣橋3座上跨橋因?yàn)槿h(huán)線改造路面標(biāo)高抬升50 cm，致使橋下凈空達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的5 m高度，擬采用橋梁整體頂升的方案實(shí)現(xiàn)橋下凈空的調(diào)整。

先建村橋、八庫(kù)灣橋橋型結(jié)構(gòu)基本一樣，為兩跨連續(xù)變截面鋼筋混凝土箱梁（2×23 m），中間墩處梁高1.5 m，端處梁高0.8 m，橋?qū)?.5 m。下部結(jié)構(gòu)的中間墩采用矩形柱墩，橋臺(tái)為U形橋臺(tái)，基礎(chǔ)均為擴(kuò)大基礎(chǔ)（圖1）。

圖1 先建村橋、八庫(kù)灣橋橋型布置

黃家棚橋?yàn)槿邕B續(xù)鋼筋混凝土箱梁，梁高1.5 m，橋?qū)? m。下部結(jié)構(gòu)的中間墩采用方形墩柱，橋臺(tái)采用U形重力式橋臺(tái)，基礎(chǔ)均為擴(kuò)大基礎(chǔ)（圖2）。

圖2 黃家棚橋橋型布置

2 總體頂升方案

3座上跨橋頂升高度均為50 cm。

在原墩臺(tái)基礎(chǔ)上植筋澆筑混凝土，安裝鋼支撐提供頂升反力實(shí)施頂升，頂升過(guò)程中臨時(shí)支撐放置于原支座的位置，頂升完成后實(shí)施臺(tái)帽及墩柱接高、支座安裝工作。

鋼支撐安裝時(shí)，要緊靠原墩柱或臺(tái)帽，如果對(duì)應(yīng)位置的基礎(chǔ)平面尺寸不能滿足鋼支撐安裝的要求，可采用鑿毛植筋澆筑混凝土的方法予以加大。

千斤頂安裝在梁底，其中心與鋼支撐相對(duì)應(yīng)。為確保橋梁頂升過(guò)程中梁體處于正確姿態(tài)，在橋臺(tái)伸縮縫處安裝縱橫向限位[1-3]。

3 上部荷載計(jì)算

利用橋梁博士計(jì)算軟件建立模型（圖3），并計(jì)算各墩臺(tái)處的支座反力，作為布置千斤頂位置及數(shù)量的基礎(chǔ)。由于先建村橋與八庫(kù)灣橋跨徑、橋?qū)?、結(jié)構(gòu)形式基本一致，故只計(jì)算其中一座橋。

圖3 全橋三維模型（八庫(kù)灣橋）

4 千斤頂?shù)牟贾?/h2>

結(jié)合橋梁自身狀況及上述計(jì)算結(jié)果，3座橋橋臺(tái)處各布置2臺(tái)200 t頂升千斤頂（圖4），中間墩處各布置4臺(tái)200 t千斤頂（圖5）。

5 橋臺(tái)處地基承載力的計(jì)算

根據(jù)相應(yīng)位置及數(shù)量布置千斤頂后，橋臺(tái)處千斤頂位置與原支座位置有較大偏差，安全起見(jiàn)，需要對(duì)橋臺(tái)基底壓力做進(jìn)一步驗(yàn)算。

八庫(kù)灣橋、先建村橋及黃家棚橋的橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式基本一致，在此只簡(jiǎn)要地對(duì)八庫(kù)灣橋2#橋臺(tái)基底壓力計(jì)算作闡述。

圖4 橋臺(tái)處頂升結(jié)構(gòu)布置

圖5 中間墩處頂升結(jié)構(gòu)布置

1）將橋臺(tái)承受荷載分為5塊進(jìn)行計(jì)算（圖6），分別為基礎(chǔ)G1=4 840 kN，墩臺(tái)G2=2 662.5 kN，側(cè)墻G3=3 745 kN，填土G4=4 592.25 kN，立柱荷載N=1 410 kN?；A(chǔ)底面積為9.50 m×10.44 m=99.18 m2，則基礎(chǔ)底面平均壓力Pk=173.9 kPa＜地基承載力特征值fa=300 kPa，滿足要求。

圖6 八庫(kù)灣橋臺(tái)受力示意

2）各載荷作用點(diǎn)距基礎(chǔ)中心距離分別為0.12、3.107、1.51、1.51、4.62 m，則考慮偏心載荷作用的基底最大壓力Pkmax=184.2 kPa＜1.2fa=360 kPa，滿足要求。

由此可知，橋臺(tái)處地基承載力滿足要求。梁兩側(cè)進(jìn)行順坡處理。另外，該工程中的鋼支撐受壓穩(wěn)定性經(jīng)驗(yàn)算亦符合相關(guān)要求。

6 主要工序施工

6.1 頂升基礎(chǔ)處理

原基礎(chǔ)所有的新舊混凝土接觸面必須進(jìn)行鑿毛處理，鑿毛要均勻且全覆蓋，鑿毛深度控制在6～15 mm，保證露新鮮的混凝土面。鑿毛應(yīng)該在植筋孔全部打完之后進(jìn)行，要保證鑿毛面的清潔，且澆筑混凝土前要對(duì)鑿毛面進(jìn)行灑水處理（圖7）。

圖7 施工現(xiàn)場(chǎng)示意

基礎(chǔ)加大施工工序：開(kāi)挖→打孔（植筋孔）→鑿毛→植筋→鋼筋綁扎→模板安裝→雜物清理（新舊混凝土灑水處理）→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)→模板拆除。

施工時(shí)，要保證新澆筑混凝土上表面平整，以減少安裝鋼支撐之前的修整工作。

6.2 千斤頂?shù)倪x用

頂升千斤頂均選用同一型號(hào)的200 t液壓千斤頂（圖8）。頂身長(zhǎng)度395 mm，底座直徑375 mm，頂帽258 mm，最大行程為140 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。

6.3 千斤頂及鋼支撐

支撐體系由千斤頂、鋼支撐及聯(lián)系桿件等組成。

200 t千斤頂下部的臨時(shí)支撐采用精加工的φ500 mm×12 mm鋼管作為支撐桿，鋼管上下兩端焊接厚為20 mm的法蘭。為適應(yīng)不同高度的頂升及千斤頂行程的需求，鋼支撐的高度分別為：2.0、1.0、0.5、0.2、0.1 m。頂升過(guò)程中，當(dāng)小墊塊疊加高度到達(dá)1 m時(shí)，增加一節(jié)1 m鋼支撐用以替換，以增強(qiáng)支撐穩(wěn)定性。

安裝鋼支撐時(shí)要嚴(yán)格控制其垂直度偏差不超過(guò)1%，防止頂升時(shí)出現(xiàn)失穩(wěn)的情況。

千斤頂采用倒置的方式安裝，活塞向下，采用植入膨脹螺絲的方法吊裝在梁底。千斤頂安裝時(shí)必須保證其垂直度偏差不超過(guò)2%，以免在頂升過(guò)程中產(chǎn)生較大水平分力或者拉傷缸壁。千斤頂安裝時(shí)必須在指定位置。

6.4 泵站的選用

選用在多項(xiàng)頂升工程中應(yīng)用的PLC同步控制變頻泵站（圖9）。每臺(tái)泵站2個(gè)控制點(diǎn)，是目前頂升工程應(yīng)用最廣泛、性能最穩(wěn)定的同步控制液壓設(shè)備。

6.5 千斤頂分組

為了實(shí)現(xiàn)頂升過(guò)程中的高精度同步控制，結(jié)合所選用泵站的規(guī)格參數(shù)，將所安裝的頂升千斤頂分組，每組設(shè)一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，與所連接的液壓泵站相對(duì)應(yīng)（圖10、圖11）。

圖8 200 t液壓千斤頂

圖9 兩點(diǎn)同步控制液壓泵站

圖10 八庫(kù)灣橋、先建村橋頂升千斤頂分組示意

圖11 黃家棚橋頂升千斤頂分組示意

6.6 位移傳感器

位移傳感器采用精度為0.01 mm的拉線式傳感器，確保整體頂升同步控制在2 mm范圍以內(nèi)。

6.7 限位裝置的安裝

限位裝置分為縱向限位裝置、橫向限位裝置。

1）縱向限位：3座上跨橋抬升高度均沒(méi)有超過(guò)臺(tái)背的高度，所以均采用臺(tái)背設(shè)置縱向限位。伸縮縫清理完成后，在伸縮縫中每間隔1 m插入厚度與伸縮縫寬度相應(yīng)的鋼板，以限制頂升過(guò)程中梁體的縱向偏移。

2）橫向限位：3座上跨橋橋臺(tái)處通過(guò)在蓋梁上表面梁體植筋安裝鋼牛腿以實(shí)現(xiàn)側(cè)向限位（圖12）。

圖12 橋臺(tái)側(cè)向限位示意

6.8 整體頂升

為了觀察和考核整個(gè)頂升施工系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及對(duì)稱(chēng)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10 mm。試頂升結(jié)束后，提供整體姿態(tài)、結(jié)構(gòu)位移及各監(jiān)控點(diǎn)實(shí)際荷載等數(shù)據(jù)，為正式頂升提供依據(jù)，觀察無(wú)問(wèn)題后，進(jìn)行正式頂升。頂升采用PLC控制液壓同步頂升系統(tǒng)，整個(gè)操縱控制都通過(guò)操縱臺(tái)實(shí)現(xiàn)，操作臺(tái)全部采用計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)工業(yè)總線，施工過(guò)程中的位移、載荷等信息，被實(shí)時(shí)、直觀地顯示在控制室的彩色大屏幕上，使人一目了然，施工中的各種信息被實(shí)時(shí)記錄在計(jì)算機(jī)中，長(zhǎng)期保存。由于實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控，工程的安全性和可靠性得到保證，施工的條件也大大改善。

6.9 監(jiān)控措施

橋梁頂升過(guò)程中通過(guò)梁底標(biāo)高觀測(cè)來(lái)控制頂升高度與各組千斤頂間的同步性，主要監(jiān)測(cè)設(shè)備為光柵尺或拉線式位移傳感器，精度均為0.01 mm。其監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置主要以千斤頂分組情況為依據(jù)，每組千斤頂兩側(cè)各布置一臺(tái)監(jiān)測(cè)儀器。監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括位移監(jiān)測(cè)、橋梁的整體姿態(tài)監(jiān)測(cè)等。

6.10 墩柱接高

頂升結(jié)束后，對(duì)原墩柱進(jìn)行墩頂接高。

1）墩柱混凝土鑿除。采用人工配合風(fēng)鎬將墩柱切縫上、下25 cm混凝土鑿出，露出原墩柱鋼筋。

2）鋼筋施工。當(dāng)在同一連接區(qū)段內(nèi)必須實(shí)施100%鋼筋接頭的連接時(shí)，應(yīng)采用Ⅰ級(jí)接頭。墩柱接高部分采用與原墩柱同規(guī)格、等數(shù)量的豎向主筋和箍筋。豎向主筋與墩頂露出部分的主筋采用套筒冷擠壓連接。

3）混凝土澆筑。接高墩柱的混凝土采用緩凝、微膨脹細(xì)石混凝土。在混凝土澆筑過(guò)程中應(yīng)緩慢放料，并分層澆搗密實(shí)，每層厚30 cm。

4）混凝土養(yǎng)護(hù)。墩柱混凝土拆除模板后，用塑料薄膜將新澆筑的混凝土進(jìn)行纏繞，再利用彩條布或者塑料布包裹，在墩頂部位澆水養(yǎng)護(hù)。

7 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)4個(gè)月的設(shè)計(jì)與施工，我們平穩(wěn)、安全地完成了對(duì)八庫(kù)灣橋、先建村橋及黃家棚橋3座既有跨線橋的頂升工作，圓滿地解決了武漢三環(huán)線改造所衍生出來(lái)的矛盾，為既有市政交通設(shè)施的改造提供了一個(gè)很好的思路。

橋梁頂升技術(shù)從21世紀(jì)初進(jìn)入我國(guó)，經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展，在市政改造、航道升級(jí)改造及新建工程中被廣泛應(yīng)用，創(chuàng)造了可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，逐漸被廣大工程人所接受。

截至目前，國(guó)內(nèi)大大小小的橋梁頂升案例已有上百例，但是還沒(méi)有成熟的規(guī)范或者標(biāo)準(zhǔn)用以指導(dǎo)、規(guī)范施工，使得日益被大家所接受的橋梁頂升技術(shù)尚且停留在一種解決實(shí)際問(wèn)題的方法階段。