橋梁頂升利用施工技術(shù)研究

?？藯?/p>

摘要：京哈高速公路四平至長春段改擴(kuò)建工程利用橋梁頂升施工是長平高速全線順利通車的重要節(jié)點(diǎn)，無論是主線橋梁還是上跨主線橋梁的施工工期和施工質(zhì)量均決定著長平高速公路能否順利恢復(fù)通車。特別是上跨主線橋梁是當(dāng)?shù)鼐用癯鲂械谋亟?jīng)之路，相關(guān)部門批復(fù)的施工周期極短，施工難度大，任務(wù)重。本工程利用橋梁主梁多為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，該橋具有梁板跨度較小、梁板數(shù)量大等特點(diǎn)，并且頂升施工橋梁多、施工周期短等諸多限制問題。在本工程施工中，基于上述橋梁存在的特點(diǎn)及問題，尋找一種適合高速公路改擴(kuò)建橋梁頂升施工的施工方法，實(shí)現(xiàn)費(fèi)用低、工期短、設(shè)備簡單易于組織的完成橋梁頂升施工。

Abstract： The reconstruction and expansion project by using bridge jacking construction of the Siping to Changchun section of the Jingha Expressway is an important node for the smooth opening of the Changping Expressway. The construction period and construction quality of the main line bridge and the upper main line bridge determine whether Changping Expressway can be successfully restored to traffic. In particular， the upper cross-mainline bridge is the only way for local residents to travel， the construction period approved by the relevant departments is extremely short， the construction is difficult and the task is heavy. The main beam of the bridge is mostly prestressed concrete hollow slab beam. The bridge has the characteristics of small span and large number of beams and slabs， and has many restrictions， such as， many jacking construction bridge and short construction period， and so on. In the construction of this project， based on the characteristics and problems of the above-mentioned bridges， this paper finds out a construction method suitable for the reconstruction and expansion bridge jacking construction of expressway， to complete bridge jacking construction with low cost， short construction period， simple equipment and easy organization.

關(guān)鍵詞：橋梁頂升;施工技術(shù);技術(shù)方案

Key words： bridge jacking;construction technology;technical solution

中圖分類號(hào)：U445.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）13-0134-03

0 ?引言

近些年來，高速公路網(wǎng)已較為發(fā)達(dá)，隨著交通量的增長以及超載車輛造成道路損壞等原因，一些高速公路已經(jīng)不能滿足行車安全的需要，改擴(kuò)建工程施工日益增多。其中存在相當(dāng)一部分橋梁使用時(shí)間較短，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能滿足使用安全的要求，因而橋梁頂升利用施工技術(shù)逐漸興起。在以往的頂升施工中，多采用PLC液壓同步系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)橋梁整體同步頂升施工。該方法費(fèi)用高，并且液壓終端數(shù)量存在局限性，因此有必要開展對(duì)橋梁頂升施工技術(shù)的研究和總結(jié)，尋求更為經(jīng)濟(jì)、適用的頂升施工方法，為類似工程高效、優(yōu)質(zhì)、安全的施工提供經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)橋梁頂升施工技術(shù)的發(fā)展。

1 ?工程簡介

京哈高速公路是國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃的“放射線一”（G1），四平至長春段是其中的一段，位于吉林省境內(nèi)，是吉林省乃至黑龍江省出關(guān)達(dá)海的重要通道，始建于1994年，1996年9月正式通車，已運(yùn)行17年。自京哈高速公路四平至長春段（簡稱長平高速）通車以來，交通量增長較快、車輛超載嚴(yán)重，舊路15cm厚路面已不能滿足行車安全的要求。改擴(kuò)建施工將原高速公路由雙向四車道增加至雙向八車道，路面結(jié)構(gòu)厚度增加至25cm。

本工程頂升橋梁橋梁共計(jì)5座，其中主線橋梁中橋2座，上跨主線橋汽車天橋2座、分離式立交1座。長平高速改擴(kuò)建路面加高后，保證上跨主線橋梁橋下凈空，橋梁設(shè)計(jì)采用上部結(jié)構(gòu)整體頂升利用，墩臺(tái)蓋梁加高的方案施工。

長平高速里程樁號(hào)K60+766.366公果分離式立交橋，為上跨高速公路橋梁，是連接公主嶺市和果樹農(nóng)場的交通要道，來往車輛頻繁，交通量大。該橋上部結(jié)構(gòu)形式為2×30m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁，單片梁板重量為81.27t，設(shè)計(jì)頂升高度為80cm;

K61+539.55八里河中橋?yàn)殚L平高速公路主線橋梁，上跨八里河。該橋上部結(jié)構(gòu)形式為3×20m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板簡支梁，單片梁板重量為24.37t，頂升高度為55cm;

K63+837.5火炬村汽車天橋，為上跨長平高速公路橋梁，是吉林省升級(jí)示范村火炬村出入的必經(jīng)之路。該橋上部結(jié)構(gòu)形式為2×30m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁，單片梁板重量為76.44t，設(shè)計(jì)頂升高度為45cm;

K66+710.4魏家?guī)X汽車天橋?yàn)樯峡玳L平高速橋梁，是施家村、石頭哨村、樂園村及田園子村出行的必經(jīng)之路。該橋上部結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁，單片梁板重量為76.44t，頂升高度55cm;

K69+517.4雙龍河下甸子中橋?yàn)殚L平高速主線橋梁，上跨雙龍河。該橋上部結(jié)構(gòu)形式為4×16m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板簡支梁，單片梁板重量為17.52t，頂升高度52cm。

2 ?頂升利用橋梁施工的工序和技術(shù)方案

2.1 橋梁頂升施工工序

本工程橋梁頂升采用上部構(gòu)造整體同步頂升施工的方法進(jìn)行，施工步驟如下：①鑿鑿除橋面，解除約束，安裝限位裝置，設(shè)置頂升檢測點(diǎn);②安放千斤頂，連接頂升設(shè)備;③橋梁試頂升、稱重，確定頂升參數(shù);④正式頂升、循環(huán)頂升;⑤安放鋼支撐，澆筑蓋梁加高混凝土;⑥更更換支座，落梁，拆除頂升設(shè)備，頂升完成。

2.2 橋梁頂升施工

2.2.1 橋梁頂升施工方案比選

橋梁頂升施工多采用PLC液壓同步控制系統(tǒng)頂升施工，其通過計(jì)算系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制各千斤頂頂進(jìn)進(jìn)程，各千斤頂間頂程誤差小，頂升同步效果好。但經(jīng)過對(duì)長平高速公路改擴(kuò)建工程橋梁頂升施工環(huán)境的調(diào)查研究以及道路封閉審批手續(xù)情況發(fā)現(xiàn)，頂升利用橋梁多為跨越主線橋梁，且均是當(dāng)?shù)鼐用癯鲂械谋亟?jīng)之路，相關(guān)部門批復(fù)的封路時(shí)間較短，三座天橋幾乎同時(shí)進(jìn)行頂升;主線橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板簡支梁，梁板數(shù)量大，頂升千斤頂數(shù)量多。對(duì)此，我們對(duì)橋梁頂升施工的施工方案重新進(jìn)行了比選。PLC液壓同步控制系統(tǒng)因其液壓終端數(shù)量的限制，難以對(duì)梁板數(shù)量較多的主線橋梁進(jìn)行整體頂升控制。同時(shí)，跨越主線橋梁的天橋施工，相關(guān)部門批復(fù)的封閉道路時(shí)間較短，且三座天橋施工的時(shí)間段相同，如按期完成橋梁頂升施工，則需要至少三套PLC液壓同步控制系統(tǒng)進(jìn)行頂升施工，費(fèi)用過高，不經(jīng)濟(jì)。針對(duì)本工程的特點(diǎn)及社會(huì)環(huán)境的因素，我們采用百分表配合低高度串聯(lián)油泵千斤頂完成橋梁同步頂升，采用一通四或一通八的截止分配閥保證油泵不間斷均勻的為千斤頂供壓，實(shí)現(xiàn)橋梁整體同步頂升。如果千斤頂數(shù)量較多，可以在一通多截止分配閥上繼續(xù)加接一通八截止分配閥，滿足主線橋梁頂升施工。對(duì)于天橋同時(shí)頂升，可相應(yīng)增加泵站及管路，薄千斤頂在前一座橋梁更換下后即可進(jìn)行下座橋梁頂升施工，實(shí)現(xiàn)三座天橋階梯開始，同時(shí)進(jìn)行頂升施工，費(fèi)用較之PLC液壓同步控制系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)合理。

2.2.2 頂升千斤頂選擇及布置

本工程橋梁頂升千斤頂以橋蓋梁為反力基礎(chǔ)，因蓋梁與梁底空隙較小，所以采用超薄千斤頂進(jìn)行頂升，空間足夠安置較大千斤頂時(shí)則更換較大千斤頂，提高頂升效率。選擇如下四種千斤頂：第一種：千斤頂高30cm，底座直徑130mm，行程為10mm，頂力為50t液壓千斤頂;第二種：千斤頂高50mm，底座直徑130mm，行程為15mm，頂力為100t液壓千斤頂;第三種：千斤頂高84mm，底座直徑130mm，行程為25mm，頂力為100t液壓千斤頂;第四種：千斤頂高185mm，底座直徑160mm，行程為65mm，頂力為150t液壓千斤頂。

每種千斤頂選用同一廠家、同一型號(hào)的千斤頂，以減小千斤頂之間頂程的差異。千斤頂均配有液壓鎖，可防止系統(tǒng)及管路失壓問題，從而保證負(fù)載有效支撐。在千斤頂頂升過程中，由同一泵站分流閥控制頂升，各個(gè)千斤頂頂升行程、頂升壓力保持一致。

以京哈高速公路四平至長春段改擴(kuò)建工程里程樁號(hào)K61+539.55八里河中橋?yàn)檠芯繉?duì)象，千斤頂布置形式如圖1。

千斤頂安裝穩(wěn)固、豎直，使用鋼板支墊，不平整處使用細(xì)砂找平，上鋪鋼板，必須保證千斤頂安防豎直，確保梁板頂升平穩(wěn)，避免因頂升力而產(chǎn)生橫向力。

2.2.3 初始油壓計(jì)算、橋梁稱重及試頂

根據(jù)設(shè)計(jì)資料調(diào)查，該橋上部構(gòu)造為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板簡支梁，單片梁板中梁為24.37t。根據(jù)千斤頂布置形式，每片梁板下對(duì)稱布置四個(gè)千斤頂，千斤頂布置位置距支座中心線30cm。理論計(jì)算得每個(gè)千斤頂承受荷載為：

24.37×9.8/4=59.7kN

計(jì)算得理論初始油壓為：

59.7kN/（π×65mm2）=4.5MPa

試頂時(shí)，初始值按50%理論荷載加壓，按10%的荷載逐級(jí)加壓，檢查油泵、油管、千斤頂連接是否緊密，千斤頂頂進(jìn)是否同步。持續(xù)加壓，直至梁板產(chǎn)生位移時(shí)，停止加壓，保持油泵壓力。根據(jù)各頂升點(diǎn)產(chǎn)生的實(shí)際位移量，來確定出各頂升點(diǎn)的荷載是否分布均勻，對(duì)個(gè)別千斤頂?shù)慕刂归y進(jìn)行調(diào)節(jié)，使各千斤頂均勻同步頂進(jìn)。當(dāng)整個(gè)橋梁的頂升高度在3～5mm時(shí)，即整個(gè)橋梁處于懸浮狀態(tài)，就證明各頂升點(diǎn)處的荷載與該千斤頂?shù)呢?fù)載值相一致。計(jì)算橋梁的實(shí)際重量：

G橋=∑σ×S/9.8

σ：千斤頂油壓值（MPa）;S：千斤頂油缸的截面面積（mm2）。如油壓加載至理論荷載的100%后，梁板未產(chǎn)生位移，則立即停止并逐級(jí)減壓至理論荷載壓力的50%，檢查梁板約束是否完全解除，確保梁板處于自由狀態(tài)。

橋梁的實(shí)際重量計(jì)算出后，此數(shù)據(jù)作為更換千斤頂頂升荷載的計(jì)算依據(jù)。稱重完成后，繼續(xù)頂升至1cm，檢查泵站、有關(guān)、千斤頂?shù)鹊墓ぷ鳡顟B(tài)，連接接口有無異常，確認(rèn)無誤后進(jìn)入正式頂升。

2.2.4 循環(huán)頂升

橋梁試頂結(jié)束后，根據(jù)稱重確定的頂升油壓持續(xù)穩(wěn)定加壓，以3mm為一個(gè)階段，每一階段結(jié)束后即停止供壓。監(jiān)測各頂升點(diǎn)的實(shí)際位移，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)利用截止閥對(duì)每一千斤頂進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整至同步后繼續(xù)頂升。

千斤頂頂升至最大頂程或接近最大頂程時(shí)，使用專用鋼墊塊對(duì)梁板進(jìn)行臨時(shí)支撐，鋼墊塊安放必須豎直，豎向間連接牢固，千斤頂加墊后繼續(xù)進(jìn)行頂升。梁板頂升高度足夠安裝較大千斤頂時(shí)，更換大千斤頂已提高頂升效率，循環(huán)頂升至梁板設(shè)計(jì)頂升高度。

通過采用百分表配合低高度串聯(lián)油泵千斤頂完成橋梁同步頂升，采用一通四或一通八的截止分配閥保證油泵不間斷均勻的為千斤頂供壓，實(shí)現(xiàn)橋梁整體同步頂升。如果千斤頂數(shù)量較多，可以在一通多截止分配閥上繼續(xù)加接一通八截止分配閥，滿足主線橋梁頂升施工。對(duì)于天橋同時(shí)頂升，可相應(yīng)增加泵站及管路，薄千斤頂在前一座橋梁更換下后即可進(jìn)行下座橋梁頂升施工，實(shí)現(xiàn)三座天橋階梯開始，同時(shí)進(jìn)行頂升施工，費(fèi)用較之PLC液壓同步控制系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)合理，也為以后類似工程提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2.3 頂升監(jiān)測

2.3.1頂升檢測測點(diǎn)布置

梁板頂升監(jiān)測主要包括豎向位移監(jiān)測和橫向位移監(jiān)測。豎向位移監(jiān)測控制梁板頂升同步性和設(shè)計(jì)頂升位置的準(zhǔn)確性;橫向位移監(jiān)測為確保梁板頂升的穩(wěn)定和安全。

豎向位移監(jiān)測點(diǎn)布置：梁頂每孔布置6處，分別位于梁板兩段及跨中位置左右兩側(cè)，使用電子水準(zhǔn)儀測量，主要控制梁板頂升設(shè)計(jì)位置，輔助梁板頂升同步性監(jiān)測;梁底部每一頂升點(diǎn)位置布置一處，使用百分表監(jiān)測，控制梁板頂升的同步性，為各頂升點(diǎn)的調(diào)節(jié)提供數(shù)據(jù)。

橫向位移監(jiān)測點(diǎn)布置：每孔梁板設(shè)置4處，分別位于梁板兩端支點(diǎn)處左右兩側(cè)，監(jiān)測梁板頂升過程中的橫向位移，確保頂升過程中梁板的穩(wěn)定和安全。

2.3.2 階段頂升高度確定

根據(jù)梁板各頂升點(diǎn)受力最不利狀態(tài)建立計(jì)算模型，以梁板薄弱位置受力極限狀態(tài)計(jì)算梁板最大位移（變形），確定階段頂升高度。

通過計(jì)算得出確保舊橋質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的前提下，同步頂升允許的最大差異，設(shè)定每階段頂升高度，確保頂升施工的質(zhì)量。該檢測方法與串聯(lián)油泵千斤頂頂升施工方法配套使用，為橋梁頂升施工提供了一種新的思路，且費(fèi)用低，易于組織，應(yīng)用前景廣泛。

2.4 限位裝置

限位裝置是為保證梁板頂升過程中防止梁板產(chǎn)生縱橫向位移，避免發(fā)生梁板傾覆等安全質(zhì)量事故。利用原橋墩和橋臺(tái)兩側(cè)的擋塊作為限位基礎(chǔ)，在其上部通過膨脹螺栓將2cm厚鋼板固定，然后在鋼板上焊接高100cm 直徑10cm壁厚4mm的鍍鋅管作為橫向限位裝置，每孔梁板設(shè)置4處。以梁板頂升過程中，每一頂升階段最不利狀態(tài)產(chǎn)生橫向力進(jìn)行計(jì)算，每一頂升階段高度為3mm，梁板橫向?qū)挾?2m，每孔梁板總重：

G=24.37×9.8×12=2865.9kN

頂升階段產(chǎn)生梁板最大傾斜角度：

θ=arctan（0.003/6）=0.028°

梁板產(chǎn)生橫向力

P=sin（0.028°）×2865.9=1.43kN

直徑10cm，壁厚4mm無縫鋼管參數(shù)如下：

慣性矩Ix=139.2cm-4，抗彎截面系數(shù)W=27.84cm-3，彈性模量E=2.05×105MPa，容許應(yīng)力[σ]=180MPa。

①鋼管強(qiáng)度檢算。

Mmax=PL=1.43kN×1m=1.43kN·m

安全系數(shù)取K=2.0

σ=KMmax/W=2.0×1.43 kN·m/27.84cm-3

=1.02MPa<[σ]=180MPa

限位鋼管強(qiáng)度滿足要求。

②鋼管橫向變形檢算。

Fx=PL3/（3EI）=1.43kN×1m3/（3×2.05×105MPa×139.2cm-4）=0.000167m

B點(diǎn)處支點(diǎn)受力計(jì)算：由P1×0.25=P/2×1得：

P1=1.43kN/2×1m/0.25m=2.86kN

根據(jù)錨入膨脹螺栓抗拉試驗(yàn)得出，單個(gè)錨入膨脹螺栓抗拉拔力為1.96kN，每處限位錨入膨脹螺栓數(shù)量不少于4個(gè)，則安全系數(shù)為：1.96×4/2.86=2.74>2，滿足要求。

橫向限位裝置作為防止頂升過程中，梁板因受力不同步發(fā)生梁板橫向位移，防止梁板產(chǎn)生傾覆，是保證施工安全的最后一道關(guān)卡，是做為頂升施工的輔助手段。施工中應(yīng)以同步頂升監(jiān)測和調(diào)整為主，不能過分的依賴限位裝置，應(yīng)避免橋梁橫向位移的發(fā)生。

2.5 蓋梁加高施工

梁體頂升到位后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行橋墩、臺(tái)蓋梁接高施工。

頂升到位后，先將預(yù)制好的鋼墊塊安裝在支座位置處，安裝前應(yīng)將蓋梁頂面清理干凈，并進(jìn)行整平處理，將多余混凝土鑿除掉。

為了保證橋梁頂升后長期使用的整體穩(wěn)定及減少維護(hù)費(fèi)用，蓋梁在加高時(shí)采用在原蓋梁上種植鋼筋、綁扎鋼筋及澆筑混凝土的方式，因蓋梁與梁底空間較小，受現(xiàn)場很多因素影響，混凝土澆筑密實(shí)難度很大，因此混凝土應(yīng)采用大流動(dòng)度混凝土，要求坍落度不小于14cm。

①新舊混凝土接觸面處理：鑿毛過程中應(yīng)盡量用小錘輕擊，不能用力過大，以免損傷需要保留的混凝土。為保證新澆筑混凝土與原結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)合良好并共同受力，鑿除面應(yīng)保持毛面;鑿除混凝土?xí)r宜從鑿除區(qū)表面中間開鑿，鑿除區(qū)內(nèi)原結(jié)構(gòu)的構(gòu)造鋼筋不得剪除，澆筑混凝土?xí)r應(yīng)按原樣予以連接恢復(fù)。鑿毛面和鑿除面應(yīng)清刷干凈。

②鋼筋施工：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，進(jìn)行鋼筋布置。

③模板施工：模板采用木模板按照相關(guān)規(guī)范要求施工。

④混凝土澆筑：混凝土采用補(bǔ)償收縮混凝土，澆筑過程使用地泵或者泵車。在混凝土澆筑過程中應(yīng)緩慢放料，并分層使用振搗棒澆搗密實(shí)，每隔30cm左右為一層，確保所澆搗的每層砼的密實(shí)性。

⑤混凝土養(yǎng)護(hù)：加高混凝土拆除模板后，用塑料薄膜或土工布將新澆筑的混凝土包裹嚴(yán)密，澆水養(yǎng)護(hù)。

⑥待蓋梁加高混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%且齡期7d后，頂升梁體，拆除臨時(shí)墊塊，安裝支座，將全橋千斤頂進(jìn)行卸載，將梁體放在支座上，對(duì)于支座脫空的部分應(yīng)采用1～20mm鋼板將脫空支座部位墊實(shí)。

3 ?結(jié)語

通過對(duì)本工程橋梁頂升施工的研究，克服了PLC液壓同步頂升施工方法費(fèi)用高、液壓終端數(shù)量限制及難以進(jìn)行多個(gè)橋梁同時(shí)頂升施工的難題。在工期、質(zhì)量、環(huán)境等諸多因素影響下，按期、保質(zhì)的完成長平高速公路橋梁頂升施工，既減少了對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦某鲂械挠绊?，又確保了高速公路恢復(fù)通車的工期，圓滿的完成了施工任務(wù)。同時(shí)為以后的類似工程提供了一種新的施工方法和寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜沛，鄭偉.淺談橋梁頂升技術(shù)施工[J].河南建材，2013（3）：76-77.

[2]張玉杰.橋梁整體頂升施工技術(shù)的應(yīng)用研究[J].安徽建筑， 2012，19（3）：148-149.

[3]趙洪善.南浦大橋主引橋頂升工程監(jiān)測與分析[D].山東大學(xué)，2010.