斜拉橋整體同步頂升技術(shù)從0到1的突破

文/圖 上海先為土木工程有限公司

吳淞江大橋正立面

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸壓力日益增大，而內(nèi)河水運(yùn)具有成本低、效能高、運(yùn)量大、污染輕等優(yōu)點(diǎn)，因而利用良好的天然航道，發(fā)展內(nèi)河運(yùn)輸是緩解交通壓力的重要方案。為了適應(yīng)日益繁忙的水運(yùn)需求，大量?jī)?nèi)河航道升級(jí)、改造任務(wù)迫在眉睫。與此同時(shí)，相當(dāng)一部分航道橋梁因橋下凈空不足而成為制約升級(jí)后航道正常運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵因素。

目前，由于大多數(shù)現(xiàn)役橋梁建造時(shí)間不長(zhǎng)，仍能使用，只是高度已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)情況的需要，必須對(duì)橋梁加以改造。拆除重建不僅成本過高，造成較大的資源浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境也有污染，不利于可持續(xù)發(fā)展。在不拆除橋梁情況下，為了再利用在役橋梁，使其高度滿足規(guī)劃要求，橋梁頂升技術(shù)在我國(guó)開始被應(yīng)用。如何通過對(duì)既有橋梁進(jìn)行頂升、下降和平移，合理改造并加以再利用，是今后橋梁工程建設(shè)的一項(xiàng)重要課題。基于此，該項(xiàng)目依托工程——昆山江浦路吳淞江大橋?yàn)樗憾展探Y(jié)體系斜拉橋，僅橋下凈高不滿足通航要求，采用橋梁頂升技術(shù)使其滿足通航標(biāo)準(zhǔn)，符合我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的要求。

思路：技術(shù)問題和解決方案有五個(gè)方面

吳淞江大橋?yàn)樗憾展探Y(jié)體系斜拉橋，橋下凈高不能滿足通航要求，需采用橋梁頂升技術(shù)使其滿足凈高通航標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)該項(xiàng)目的特點(diǎn)和難點(diǎn)，主要需研究的技術(shù)問題、解決方案可概況為五方面。

一是施工塔墩型鋼混凝土抬梁，傳力途徑為下部支撐于承臺(tái)，頂升系統(tǒng)直接作用于抬梁底部，解決了塔梁墩固結(jié)體系斜拉橋頂升傳力結(jié)構(gòu)如何布置的難題。

二是利用首創(chuàng)的塔墩型鋼混凝土抬梁法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全可靠的托換，并建模分析型鋼混凝土抬梁頂升各階段受力情況；為解決現(xiàn)場(chǎng)抬梁的順利托換，提出了大噸位抬梁的成套鉆孔、運(yùn)輸及安裝技術(shù)。

三是利用midas civil建模計(jì)算分析主橋改造前后上部結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，并結(jié)合“活載等效替換法”確定主橋同步頂升內(nèi)力和位移的雙控誤差限值，研究結(jié)論將是主橋成功完成整體同步頂升的決定性因素。

四是研制的500噸液壓自鎖千斤頂解決了主橋單墩承載的上部結(jié)構(gòu)較重且抬梁底部安裝千斤頂?shù)奈恢糜邢薜碾y題，同時(shí)研制的千斤頂缸徑外增設(shè)自鎖螺紋和自鎖螺母裝置在油缸伸進(jìn)狀態(tài)下均能實(shí)現(xiàn)自鎖工程，保證了橋梁頂升的安全可靠。

五是研制的500噸機(jī)械跟隨保護(hù)千斤頂克服液壓頂升技術(shù)中存在的不足，解決了液壓自鎖千斤頂突然失效時(shí)仍可有效支撐上部橋梁的難題。

成果：豐富了國(guó)內(nèi)外斜拉橋整體頂升施工技術(shù)

該項(xiàng)目與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)相比，成果全面、創(chuàng)造性強(qiáng)、技術(shù)水平先進(jìn)、科技成果轉(zhuǎn)化成功、應(yīng)用推廣范圍廣、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，對(duì)科技進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展有重大推動(dòng)。

抬梁正在運(yùn)輸及安裝

橋梁正在抬梁吊裝

縱觀國(guó)內(nèi)外橋梁整體同步頂升技術(shù)，主要應(yīng)用在簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁方面，尚無斜拉橋整體同步頂升技術(shù)。該項(xiàng)目依托工程整體一次性頂升重量約2.3萬噸，單墩重約1.8萬噸，頂升高度約1.87米，主橋跨徑為（101+101）米，上述兩項(xiàng)頂升重量均遠(yuǎn)大于國(guó)內(nèi)外的頂升規(guī)模，如2010年完成的世界最大跨徑、最長(zhǎng)聯(lián)、最重的橋梁頂升工程——國(guó)道010同三線跨橫潦涇大橋頂升改造工程，主橋總重1.04萬噸，主墩重4200噸。

目前，國(guó)內(nèi)外主要是對(duì)上部結(jié)構(gòu)直接頂升或采用抱柱法等進(jìn)行托換頂升，但該項(xiàng)目依托工程為固結(jié)體系斜拉橋且墩柱自重大，采用直接頂升或抱柱法等受力均無法滿足頂升要求，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地完成國(guó)際首例將塔墩型鋼混凝土抬梁托換技術(shù)應(yīng)用于橋梁頂升的工程。

因此，該項(xiàng)目研究成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富了國(guó)內(nèi)外斜拉橋整體頂升施工技術(shù)，對(duì)今后同工況橋梁整體頂升施工提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保證，對(duì)推廣大噸位及大跨徑斜拉橋整體頂升，甚至其他結(jié)構(gòu)形式（裝配式結(jié)構(gòu)等）橋梁整體頂升的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。

國(guó)內(nèi)外橋梁頂升技術(shù)主要指標(biāo)對(duì)比一覽表

國(guó)內(nèi)外橋梁頂升技術(shù)主要指標(biāo)對(duì)比一覽表

應(yīng)用：我國(guó)數(shù)千座橋梁可采用該技術(shù)

該項(xiàng)目提出的“塔梁墩固結(jié)體系斜拉橋整體頂升關(guān)鍵技術(shù)”及研制的“大噸位（500噸級(jí)）液壓頂升千斤頂及機(jī)械跟隨千斤頂”已在全國(guó)多個(gè)項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。其中，近兩年，主要推廣應(yīng)用于內(nèi)河航道整治工程（如昆山江浦路吳淞江大橋、南河特大橋頂升改造工程、通揚(yáng)線九圩港船閘及通江連接線段調(diào)坡頂升工程TYS-SG-QL1標(biāo)段）、城市高架橋因規(guī)劃改造采取的整體調(diào)坡頂升工程（如江蘇省道231線泰州市海姜大道至啟揚(yáng)高速公路）、快速化改造東環(huán)高架橋箱梁頂升工程、鹽城市亭湖區(qū)青年路高架橋頂升工程、運(yùn)河南北路快速化改造一期工程先導(dǎo)段頂升改造工程等項(xiàng)目中。

此外，截至目前我國(guó)已建成的橋梁有100余萬座，其中，涉及航道改造和市政改造的橋梁中，至少有幾千座可以采用該項(xiàng)技術(shù)。

項(xiàng)目研究成果推廣應(yīng)用一覽表

項(xiàng)目研究成果推廣應(yīng)用一覽表