某互通橋梁頂升工程施工關(guān)鍵技術(shù)探究

■蔣光煒

（三明市高遠(yuǎn)公路建設(shè)開發(fā)有限責(zé)任公司，三明 365000）

0 前言

在河道、鐵路、公路改造、城市建設(shè)改造中，橋梁的凈空及現(xiàn)有橋梁線形與新建橋梁線形銜接等問題是改造中的難點(diǎn)問題[1]。橋梁頂升施工工藝因其能夠不改變既有橋梁形態(tài)和結(jié)構(gòu)性能的前提下，能夠有效地解決：1）有效地調(diào)整橋梁高度從而滿足設(shè)計(jì)要求；2）有效地減少因施工引起的交通斷行時(shí)間；3）有效地降低施工時(shí)間和施工成本。頂升施工以最短的施工工期、最少的工程造價(jià)完成對(duì)既有橋梁的改造的優(yōu)點(diǎn)，近幾年在河道、高速公路改造、城市改造中得到廣泛運(yùn)用。

目前常用的頂升方法主要是PLC液壓整體同步控制技術(shù)。該技術(shù)所采用的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，通過稱重的方法由液壓千斤頂精確地按照橋梁的實(shí)際荷重平穩(wěn)地頂舉橋梁，使頂升過程中橋梁受到的附加應(yīng)力下降至最低。

1 工程概況

某互通分離式中橋?yàn)閲腋咚俟犯脑炻范沃械囊欢巍１緲驗(yàn)楦咚俟飞峡鐦?，橋下有一村道穿過，原設(shè)計(jì)在該村道位置設(shè)置一通道箱涵K6+678，后考慮交通需要，將K6+678改為本橋，橋下第五跨穿過村道。橋梁上部結(jié)構(gòu)為6跨13m預(yù)應(yīng)力空心板，橋面寬12.5m，由12片梁組成。全橋左右分兩幅。下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩配樁基礎(chǔ)，蓋梁寬12.5m，高1.3m，厚1.2m。橋臺(tái)采用肋臺(tái)加樁基礎(chǔ)，寬 12.5m，高 0.85m，厚 1.2m。

根據(jù)國家高速改造需要，該互通分離式中橋需要根據(jù)設(shè)計(jì)改造后標(biāo)高重新調(diào)整橋面高度，設(shè)計(jì)各粱端部頂升高度440mm～549mm。本工程分2次頂升，每單幅頂升一次。單幅單跨同步頂升至設(shè)計(jì)高度+1.5cm，進(jìn)行鋼管混凝土墊石安裝和支座更換，然后緩慢落梁至設(shè)計(jì)高度。

圖1 橋梁現(xiàn)狀圖

2 頂升施工簡介

2.1 頂升工程施工內(nèi)容

本工程頂升主要包括施工準(zhǔn)備、頂升前準(zhǔn)備工作施工、頂升施工、墩臺(tái)處理及設(shè)備拆除五部分組成，施工流程圖如圖2所示。

圖2 施工流程圖

2.2 頂升工程施工步序及簡介

第一步：①既有橋梁檢測(cè)；②刨除橋面瀝青層，解除伸縮縫，拆除防撞護(hù)欄；③反力牛腿安裝，施工頂升支架以及圍擋設(shè)施。

第二步：①安裝各墩臺(tái)處頂升設(shè)施、設(shè)備，②調(diào)試電腦液壓同步頂升系統(tǒng)。

第三步：①所有千斤頂進(jìn)行預(yù)頂，檢查各設(shè)備運(yùn)行情況；②橋梁梁整體比例同步托換頂升0.497m；③單跨微調(diào)頂升到位。

第四步：①蓋梁及墊石加高；②蓋梁墊石養(yǎng)護(hù)；③支座安裝；④電腦同步頂升系統(tǒng)順序落梁。

第五步：①擋塊及耳墻臺(tái)背改造；②拆除電腦同步頂升系統(tǒng)，拆除頂升支架，恢復(fù)橋臺(tái)護(hù)坡。

3 頂升施工關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 千斤頂噸位配置計(jì)算

本工程頂升橋梁為預(yù)制預(yù)應(yīng)力簡支板梁進(jìn)行拼裝而成，梁體整體性較差，同步性要求高，施工難度較大。查閱該分離式中橋原設(shè)計(jì)圖紙，單幅單跨總頂升理論重量計(jì)算：

表1 頂升詳細(xì)參數(shù)

單幅鉸縫理論重量：8.69×2.5=21.725t；

橋面鋪裝（瀝青+混凝土）理論重量：0.18×13×11×2.5=64.35t；

單片中梁理論重量：0.45+4.12×2.5=10.75t，中梁共計(jì)：10.75×10=107.5t；

單片邊梁理論重量：0.45+4.49×2.5=11.68t，邊梁共計(jì)：11.68×2=23.35t；

單個(gè)護(hù)欄理論重量：3.8×2.5+0.35=9.85t，護(hù)欄共計(jì)：19.7t；

單幅單跨總頂升理論重量：236.6t。

各支座理論支反力的最大值按照梁體恒載（自重+鋪裝）來計(jì)算，計(jì)算結(jié)果應(yīng)考慮一定的富余度，應(yīng)不小于計(jì)算值的1.5倍用于配置千斤頂噸位[2]。

設(shè)計(jì)采用反力牛腿頂升，單幅每墩每側(cè) （橋臺(tái)為單側(cè)）配置200T千斤頂13臺(tái)。單幅橋梁整體頂升需要200T千斤頂160臺(tái)（備用4臺(tái)）。單跨頂升作用力的安全系數(shù)10.0以上。千斤頂行程為60mm。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。頂升施工詳細(xì)參數(shù)見表1。

3.2 頂升施工方式選取

本次施工橋梁為簡支板梁結(jié)構(gòu)，施工時(shí)不能全封閉施工，只能采取單幅施工方式。單幅頂升施工可采用單跨依次頂升到位和單幅一次性頂升到位。單跨頂升與單幅頂升優(yōu)劣各有優(yōu)缺點(diǎn)，比較內(nèi)容見表2。

表2 頂升施工方式比選

從單跨頂升與單幅頂升方式進(jìn)行比較，考慮項(xiàng)目整體施工要求與工期，同時(shí)為了易于控制橋梁整體姿態(tài)，確定采用單幅整體頂升施工方式。

3.3 反力基礎(chǔ)——牛腿頂升改造設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，橋下橋臺(tái)（0#、6#）位置有護(hù)坡，為防止護(hù)坡?lián)p壞以及土壓對(duì)橋臺(tái)墩柱影響，設(shè)計(jì)采用牛腿植筋安裝千斤頂頂升方式。1#、2#墩柱之間有水渠，地基濕軟，同時(shí)不利于開挖。3#、4#、5#墩柱橋下有建筑設(shè)施，破壞后不利于恢復(fù)，設(shè)計(jì)全橋采用牛腿植筋安裝千斤頂頂升方式。

在蓋梁位置梁底，梁板鉸縫位置和兩側(cè)邊梁外側(cè)設(shè)置頂升牛腿，牛腿采用螺栓植筋方式，采用螺帽進(jìn)行固定。每個(gè)牛腿植12根Φ18高強(qiáng)螺栓，植入深度27cm，外露10cm。牛腿安裝完成后，即可進(jìn)行千斤頂?shù)陌惭b。

本工程單個(gè)牛腿反力為236.6/26=9.1t，經(jīng)驗(yàn)算，本次采用18mm直徑8.8級(jí)絲桿，設(shè)計(jì)單個(gè)牛腿提供最大反力為19.4t，安全系數(shù)2.1，滿足施工要求，鋼牛腿承受反力滿足要求。單個(gè)橋臺(tái)使用牛腿13個(gè)，單個(gè)墩柱使用牛腿26個(gè)，全橋使用牛腿156個(gè)。

安裝牛腿時(shí)，對(duì)安裝位置蓋梁進(jìn)行保護(hù)層鑿除，然后按照蓋梁鋼筋位置間空隙進(jìn)行放樣鉆孔植筋，為保證牛腿與蓋梁緊密貼合，蓋梁與牛腿間縫隙采用植筋膠進(jìn)行填充密實(shí)。

牛腿安裝橫橋向位置與支座位置平行，縱橋向有偏移，在計(jì)算蓋梁受力時(shí)，與原橋一致。同時(shí)，梁體沒有任何受力改變，也沒有增加荷載。因此，不會(huì)對(duì)原蓋梁產(chǎn)生影響。橋臺(tái)屬于肋臺(tái)基礎(chǔ)，在原設(shè)計(jì)計(jì)算的時(shí)候已考慮了土壓水平力。在施工過程中，先進(jìn)行橋臺(tái)搭板鑿除，后頂升，也不會(huì)對(duì)原橋臺(tái)產(chǎn)生影響。

圖3 頂升用牛腿大樣圖

圖4 橋臺(tái)頂升牛腿布置圖

圖5 橋墩頂升牛腿布置圖

圖6 頂升現(xiàn)場(chǎng)牛腿安裝圖

3.4 限位系統(tǒng)施工

由于橋梁因熱脹冷縮造成的梁體變化，則頂升系統(tǒng)與梁板會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑移，為保證此情況下頂升系統(tǒng)的安全及梁板的結(jié)構(gòu)安全，需設(shè)置限位裝置，限位系統(tǒng)同時(shí)具有限制縱橫向可能發(fā)生的位移。限位裝置設(shè)置于橋端頭伸縮縫位置，由型鋼焊接而成，并固定于橋臺(tái)位置未頂升段一側(cè)，通過頂升側(cè)伸長型鋼桁架相限制。由于橋梁左右幅沒有同時(shí)施工，在單幅施工時(shí)，橋梁左右幅間聯(lián)系需要解除，同時(shí)給予頂升空間（保證左右幅最小間距5cm）。橋梁橋面限位安裝時(shí)，橋面通過型鋼將橋面連接成整體，防止單個(gè)片梁之間的相互位移。3#墩柱伸縮縫位置采用在伸縮縫兩側(cè)植入鋼筋并相互對(duì)連焊接一體使單幅整體連續(xù)。為防止伸縮縫壓縮，頂升前在3#伸縮縫位置塞入楔形墊塊控制伸縮縫壓縮。

圖7 橋梁限位示意圖

圖8 工程限位裝置照片

3.5 頂升過程控制關(guān)鍵點(diǎn)

3.5.1 頂升控制指標(biāo)

按照施工圖設(shè)計(jì)文件，頂升施工的最終目標(biāo)是：橋梁頂升施工完成后的線形與設(shè)計(jì)線形在各測(cè)點(diǎn)的誤差均控制在規(guī)范規(guī)定和設(shè)計(jì)要求的范圍之內(nèi)。按《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2004）、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTGTF 50-2011）、《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（CJJ 2-2008）要求，設(shè)計(jì)制定了如下的高程誤差及鋼管支撐應(yīng)力控制水平：

（1）頂升施工總目標(biāo)是成橋后橋面高程與設(shè)計(jì)值誤差控制在±5mm以內(nèi)，橫向控制在±2mm以內(nèi)[3]；

（2）在頂升過程中，墩柱之間的沉降差報(bào)警值為3.5mm[3]；

（3）頂升過程中，主梁附加應(yīng)力處于合理范圍內(nèi)，不出現(xiàn)新的裂縫，原有裂縫寬度無明顯增大，滿足相關(guān)規(guī)范要求[4]；

（4）頂升過程中，鋼管支撐軸向壓應(yīng)力均應(yīng)控制在滿足規(guī)范規(guī)定的材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定范圍之內(nèi)[4]。

3.5.2 控制點(diǎn)布置

控制點(diǎn)的劃分原則為頂升過程安全可靠，特別著重同步性和橋體的姿態(tài)控制。

控制區(qū)域設(shè)置拉線傳感器控制位移的同步性，根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)，位移同步精度控制在2mm。位移傳感器與中央控制器相連形成位移的閉環(huán)控制從而實(shí)現(xiàn)頂升過程中位移的精確控制。

位移傳感器固定于墩柱側(cè)面支座中心線上，與梁底相連，頂升梁體時(shí)，記錄梁體頂升高度并控制梁體的位移及姿態(tài)。

4 施工預(yù)警

頂升施工過程中如出現(xiàn)以下情況應(yīng)立即發(fā)出警報(bào)響應(yīng)，停止頂升作業(yè)，待查明原因后再繼續(xù)頂升作業(yè)；

（1）當(dāng)出現(xiàn)超過計(jì)算頂升力，而梁體沒有出現(xiàn)明顯位移情況；

（2）當(dāng)油泵千斤頂顯示壓力出現(xiàn)異常時(shí)則立即停止工作；

（3）頂升過程中，一般會(huì)出現(xiàn)梁體兩支點(diǎn)的頂升位移存在差異的狀況，若出現(xiàn)應(yīng)立即停止頂升；

（4）頂升過程中加強(qiáng)對(duì)主梁進(jìn)行監(jiān)控，觀測(cè)裂縫有無異常變化，一旦出現(xiàn)異常應(yīng)立即停止，查明原因后，制定出可靠的施工方案后再恢復(fù)施工。

5 結(jié)語

（1）橋梁整幅頂升作業(yè)能夠易于控制橋梁整體姿態(tài)，為改造工程節(jié)約大量的資金，縮短工程工期；

（2）橋梁頂升前對(duì)橋梁頂升方案選擇、千斤頂選型、牛腿安裝形式設(shè)計(jì)、限位系統(tǒng)的設(shè)置是關(guān)系著頂升施工能否安全、順利開展的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)；

（3）做好頂升施工的防控預(yù)警點(diǎn)，若出現(xiàn)警告，應(yīng)立即做好警告響應(yīng)措施；

（4）通過監(jiān)控合理評(píng)價(jià)頂升過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化的影響因素，以便及時(shí)、主動(dòng)地采取措施降低或消除不利因素的影響，為確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全豎立一道保護(hù)屏障；

（5）本次頂升施工是橋梁改造中重點(diǎn)項(xiàng)目，因此對(duì)監(jiān)控方案要求全面、周祥。該橋頂升過程中監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果能夠?yàn)樵擁?xiàng)目之后的其他橋梁頂升作業(yè)提供可靠的數(shù)據(jù)，今后對(duì)頂升監(jiān)控方案進(jìn)行深度優(yōu)化，進(jìn)一步提高施工效率，節(jié)約成本。

[1]蔣巖峰,藍(lán)戊已.橋梁整體頂升關(guān)鍵技術(shù)研究.建筑結(jié)構(gòu),2007,（7）.

[2]于心然.下草灣大橋同步頂升支座更換施工技術(shù)[J].公路,2015,（4）:118-122.

[3]JTG F80/1-2004,公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn).

[4]JTGTF 50-2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范.