鋼筋混凝土大坡率橋梁同步頂升施工技術(shù)研究

武 玉 林

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 交通與物流工程學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830052)

20世紀(jì)80年代末開(kāi)始，同步頂升技術(shù)在我國(guó)建筑、采礦、交通等行業(yè)逐步推廣。該技術(shù)不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)外形，不影響下穿線的交通，成為解決橋梁增加凈空、更換支座以及頂升調(diào)坡[1]等問(wèn)題的首選方案，先后在天津海河獅子林橋[2]、浙贛鐵路上跨橋[3]、成都市二環(huán)路紅牌樓立交引橋[4]、濟(jì)南段店立交橋[5]、橫潦涇大橋[6]等一批公路和市政橋梁改造中成功應(yīng)用。但針對(duì)曲線橋頂升[7]、大坡度頂升控制[8]采用可變臨時(shí)橋墩和同蓋梁整體頂升的項(xiàng)目應(yīng)用并不多見(jiàn)。以某城市高架橋主線下坡段為例，結(jié)合同步頂升關(guān)鍵施工技術(shù)[9]對(duì)現(xiàn)狀橋梁改造施工進(jìn)行研究，提出可變臨時(shí)橋墩、對(duì)蓋梁受力分析[10]等關(guān)鍵控制要點(diǎn)，為今后類似工程項(xiàng)目提供參考。

1 工程概況

本項(xiàng)目位于某城市高架橋主線下橋口,上部結(jié)構(gòu)為一聯(lián)5 m × 30 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，橋?qū)?4 m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支，每跨布置12片箱梁，梁高1.6 m。下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8根樁，樁徑1.5 m，樁長(zhǎng)55 m；承臺(tái)尺寸為14.5 m × 9 m，橋墩為雙柱式橋墩，柱間距7.2 m，柱截面尺寸為2 m × 1.8 m，蓋梁為大懸臂蓋梁，蓋梁高2.7 m，每側(cè)懸挑長(zhǎng)度為11.88 m。頂升總質(zhì)量10 313 t。原橋面坡度為3.461%，頂升后坡度為1.135%，每墩處提高0.06～3.59 m不等，并在第4、第5跨處設(shè)置變坡點(diǎn)，與現(xiàn)狀橋梁順接，同步頂升施工立面及平面如圖1所示。

圖1 同步頂升施工立面及平面圖

2 施工重難點(diǎn)

本工程為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支、橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)，跨間連接剛度較小無(wú)法承受較大的不均勻力，在頂升過(guò)程中極易造成跨間連接部分混凝土開(kāi)裂。傳統(tǒng)的手動(dòng)計(jì)算已經(jīng)無(wú)法滿足本案的要求，必須采用結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算軟件進(jìn)行分析。本工程為大坡度頂升，一端幾乎不動(dòng)，另一端向上頂升約3.59 m。大坡度頂升在頂升過(guò)程中會(huì)使梁體角度不斷變小，支點(diǎn)位置楔形量不斷變小，頂升千斤頂應(yīng)有適應(yīng)楔形量不斷變化的措施。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖可知，梁體在頂升過(guò)程中不僅需斜向轉(zhuǎn)動(dòng)，還需對(duì)梁體進(jìn)行線形修正，即梁頂面在4跨和5跨之間曲率較大，需將曲率調(diào)小。在大坡度頂升的情況下，第5跨先到達(dá)設(shè)計(jì)位置，之后第5跨不動(dòng)，其余各跨保持相對(duì)位置不變繼續(xù)斜向頂升；然后第4跨到達(dá)設(shè)計(jì)位置，之后第4跨不動(dòng)，其余各跨保持相對(duì)位置不變繼續(xù)斜向頂升；然后第3跨到達(dá)設(shè)計(jì)位置，依次各跨頂升至設(shè)計(jì)位置。設(shè)計(jì)頂升過(guò)程參數(shù)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)頂升過(guò)程參數(shù)一覽表 單位：mm

本工程在頂升過(guò)程中，各墩向上頂升的速度不同，要求頂升系統(tǒng)具有比例同步功能。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

本工程施工工藝流程圖如圖2所示。

圖2 同步頂升施工工藝流程圖

3.2 同步頂升原理

在擴(kuò)大基礎(chǔ)上架設(shè)兩組鋼支撐，鋼支撐頂部分別安裝頂升千斤頂和接長(zhǎng)節(jié)(作為變高臨時(shí)橋墩)。第一步，頂升。利用頂升千斤頂向上頂升的力量將梁體向上頂起，起升到千斤頂行程結(jié)束。第二步，接長(zhǎng)臨時(shí)橋墩。采用接長(zhǎng)節(jié)調(diào)整鋼支撐的高度。第三步，下落。千斤頂同步縮回，落梁支撐在臨時(shí)橋墩上。第四步，接長(zhǎng)鋼支撐。千斤頂完全縮回，對(duì)千斤頂下的鋼支撐進(jìn)行接長(zhǎng)。上述4步為一個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)可將梁體最大頂升30 cm，如此循環(huán)往復(fù)即可將梁頂升至設(shè)計(jì)位置。

同步頂升運(yùn)行程序設(shè)計(jì)分2種模式：工作模式和監(jiān)控模式。工作模式為正常的作業(yè)模式，作業(yè)開(kāi)始前轉(zhuǎn)入工作模式；監(jiān)控模型為安全保障模式，作業(yè)完成后轉(zhuǎn)入監(jiān)測(cè)模式。監(jiān)測(cè)模式下，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到力和變形超限后，會(huì)短信通知授權(quán)的電話號(hào)碼，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)按照設(shè)定的動(dòng)作自動(dòng)運(yùn)行。

3.3 操作要點(diǎn)

3.3.1 基礎(chǔ)制作及其他準(zhǔn)備

(1)開(kāi)挖暴露承臺(tái)，根據(jù)千斤頂系統(tǒng)及臨時(shí)橋墩安放位置開(kāi)挖擴(kuò)大基礎(chǔ)基坑，對(duì)基坑底進(jìn)行夯實(shí)處理。

(2)在擴(kuò)大基礎(chǔ)基坑中綁扎鋼筋骨架，鋼筋骨架與原橋承臺(tái)采用植筋法連接。

(3)澆筑擴(kuò)大基礎(chǔ)混凝土后養(yǎng)生。

(4)鑿除橋面伸縮縫，鋪裝兩跨梁之間的橋面。

3.3.2 受力分析及監(jiān)控測(cè)量裝置的安裝

開(kāi)始施工前，對(duì)橋進(jìn)行裂縫觀測(cè)與檢測(cè)，使用裂縫檢測(cè)儀檢測(cè)裂縫寬度，并拍照記錄結(jié)果。根據(jù)頂升作業(yè)變化情況對(duì)裂縫進(jìn)行檢測(cè)，以確定裂縫是否進(jìn)一步變大；上述工作形成復(fù)測(cè)記錄及裂縫檢測(cè)記錄，復(fù)測(cè)及檢測(cè)記錄作為下一步測(cè)量檢測(cè)的比較基準(zhǔn)，在頂升過(guò)程中，各點(diǎn)位置數(shù)據(jù)的變化量及裂縫是否變化均以此為基準(zhǔn)。采用有限元分析軟件對(duì)荷載進(jìn)行分析，邊梁為93 t，中梁為82 t，本項(xiàng)目邊梁配置千斤頂為150 t，中梁配置千斤頂為125 t，均可滿足頂升要求。除了進(jìn)行荷載分析外，對(duì)梁體也進(jìn)行了受力分析，梁體全部為壓應(yīng)力狀態(tài)，最小為-2.7 MPa，出現(xiàn)在橋臺(tái)支撐點(diǎn)的梁頂。這是由于支撐距梁端有約1.8 m的距離，出現(xiàn)了較大的懸臂，但壓應(yīng)力儲(chǔ)備依然很大，故滿足安全要求。

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)受力計(jì)算說(shuō)明書(shū)，經(jīng)反復(fù)試算，得出以下結(jié)論：

(1)上部結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支狀態(tài)，跨中彎矩不會(huì)出現(xiàn)較大變化，無(wú)需對(duì)主體結(jié)構(gòu)的彎矩進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于頂升設(shè)備可以直接測(cè)量各支點(diǎn)支反力，支點(diǎn)處于梁端位置，故可直接利用支反力來(lái)控制梁體的剪力狀態(tài)，無(wú)需再對(duì)混凝土梁體的剪力進(jìn)行檢測(cè)。

(2)鋼支撐屬于受力較大構(gòu)件，需對(duì)鋼支撐軸力進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控，各千斤頂正置于鋼支撐正上方，通過(guò)千斤頂?shù)捻斄纯芍冷撝蔚妮S力。帶有千斤頂?shù)匿撝尾辉僭O(shè)置應(yīng)力檢測(cè)裝置?？勺兏吲R時(shí)橋墩，由于沒(méi)有檢測(cè)手段，設(shè)置鋼弦用于檢測(cè)可變高臨時(shí)橋墩的軸應(yīng)力。每個(gè)可變高臨時(shí)橋墩設(shè)置一個(gè)檢測(cè)截面，每個(gè)截面對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。

(3)混凝土蓋梁兩端設(shè)置傳感器，測(cè)量?jī)啥藢?duì)地距離，以保證頂升時(shí)左右對(duì)稱上升，同時(shí)驗(yàn)證梁體縱向超升是否保持相對(duì)同步；采用吊線墜的方法測(cè)量梁體左右姿態(tài)。除以上方法，項(xiàng)目采用全站儀及水準(zhǔn)儀對(duì)上述各參數(shù)進(jìn)行復(fù)核，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性及有效性。

綜上所述，頂升作業(yè)過(guò)程中，在支反力控制技術(shù)的作用下，需對(duì)鋼支撐進(jìn)行軸應(yīng)力監(jiān)控，對(duì)各墩位蓋梁上下左右前后進(jìn)行位置檢測(cè)。上下采用傳感器進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，左右前后位置采用線墜法進(jìn)行不連續(xù)觀測(cè)，位置測(cè)量采用線平測(cè)量進(jìn)行復(fù)核。監(jiān)控部位及傳感器布置如圖3所示。

圖3 橫向測(cè)點(diǎn)布置圖

傳感器安裝好后，連線、調(diào)試，保證監(jiān)控設(shè)備工作正常，采用增量法測(cè)量。

3.3.3 頂升系統(tǒng)安裝調(diào)試

(1) 變高千斤頂系統(tǒng)、可變高臨時(shí)橋墩成對(duì)安裝在承臺(tái)及擴(kuò)大基礎(chǔ)上，采用化學(xué)錨栓與基礎(chǔ)混凝土錨固。采用型鋼將橫橋向成排的千斤頂系統(tǒng)、可變高臨時(shí)橋墩連為整體。千斤頂系統(tǒng)選用帶球頭可轉(zhuǎn)動(dòng)的液壓千斤頂，可防止千斤頂頂升時(shí)對(duì)橋梁產(chǎn)生局部應(yīng)力。

(2)千斤頂均采用帶機(jī)械自鎖功能的雙作用千斤頂，千斤頂頂面與混凝土之間加裝10 mm厚的四氟板。

(3)安放液壓泵站及頂升控制計(jì)算機(jī)。

(4)超載試驗(yàn)。試頂升施工前，先對(duì)變高千斤頂系統(tǒng)、可變高臨時(shí)橋墩的承載力、支撐系統(tǒng)的可靠性以及千斤頂與梁底支撐面進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，分別單獨(dú)頂升至設(shè)計(jì)值的1.2倍；以檢驗(yàn)各承載結(jié)構(gòu)的承載能力、有效性和可靠性等。

(5)偏載試驗(yàn)。試頂升施工前，人為使部分支點(diǎn)受力出現(xiàn)較大偏差，最小支反力比計(jì)算值小30%，以檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)及頂升設(shè)備抵抗偏載的能力。

3.3.4 截墩

(1)啟動(dòng)千斤頂系統(tǒng)，觀察頂力變化。當(dāng)頂力達(dá)到計(jì)算數(shù)值后，鎖住千斤頂。

(2)截墩采用繩鋸截?cái)嘧鳂I(yè)。

(3)稱重試驗(yàn)。在截墩施工完成后，使全部上部結(jié)構(gòu)重量支撐在千斤頂上，同時(shí)上部結(jié)構(gòu)與其他支撐結(jié)構(gòu)絕對(duì)脫離。此時(shí)在頂升系統(tǒng)中讀出各點(diǎn)支反力的大小，一是要校驗(yàn)各支點(diǎn)與理論計(jì)算的差異，二是要校驗(yàn)總荷載與理論計(jì)算的差異，以驗(yàn)證理論計(jì)算是否與實(shí)際稱重相符合。如果稱重結(jié)構(gòu)比理論計(jì)算的重量重，說(shuō)明理論計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)重量考慮不足，需調(diào)整理論計(jì)算的荷載，重新進(jìn)行理論計(jì)算，并保證計(jì)算的安全系數(shù)滿足相關(guān)規(guī)范的規(guī)定?；?qū)εR時(shí)支撐結(jié)構(gòu)、頂升設(shè)備等進(jìn)行調(diào)整，保證結(jié)構(gòu)安全。

3.3.5 頂升

判定需要頂升調(diào)整的墩位，計(jì)算調(diào)整量。設(shè)定檢查調(diào)整量，檢測(cè)墩頂情況。作業(yè)人員到達(dá)工作位置，頂升系統(tǒng)轉(zhuǎn)入手動(dòng)模式狀態(tài)。啟動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，檢測(cè)調(diào)整結(jié)果，合適后旋緊螺母。啟動(dòng)一鍵同步，各支點(diǎn)按設(shè)計(jì)壓力接觸梁體。啟動(dòng)頂升，各點(diǎn)按比例向上頂升，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)螺母使之向下跟隨。最大點(diǎn)向上頂升35 cm后停止，鎖緊機(jī)械螺母。在對(duì)應(yīng)臨時(shí)橋墩上安裝30 cm長(zhǎng)的接長(zhǎng)節(jié)并控制與梁體間隙相一致。將梁落在臨時(shí)墩上，頂升千斤頂縮回，安裝接長(zhǎng)節(jié)。頂升千斤頂伸出，部分頂一鍵同步，然后再一起頂升至設(shè)計(jì)荷載。選中全部頂，繼續(xù)向上頂升，如此循環(huán)即可頂升至設(shè)計(jì)位置。頂升到設(shè)計(jì)位置后，梁體再向上多頂2 cm，為更換支座提供空間，首先在梁底增加楔形鋼板，將楔形鋼板與梁體預(yù)埋鋼板進(jìn)行焊接，焊接完成后，安裝新的橡膠板式支座，等待落梁。

3.3.6 接墩

(1)頂升到設(shè)計(jì)位置后，即可進(jìn)行接墩作業(yè)，首先對(duì)原橋墩外露主筋進(jìn)行檢查，對(duì)接頭進(jìn)行處理，然后根據(jù)實(shí)際所需鋼筋長(zhǎng)度逐個(gè)墩進(jìn)行匹配下料。

(2)筋植。植筋膠經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行植筋作業(yè)，植筋深度滿足計(jì)算要求。

(3)彎曲。利用手持式彎曲機(jī)進(jìn)行主筋的現(xiàn)場(chǎng)彎曲，彎曲位置嚴(yán)格按設(shè)計(jì)位置進(jìn)行彎曲。

(4)壓接、綁筋。

(5)立模、澆筑混凝土。

3.3.7 落梁

(1)落梁前，調(diào)整各墩支反力及標(biāo)高綜合處于良好的狀態(tài)，將調(diào)整墊板安裝在支座上方，并按設(shè)計(jì)要求焊接完畢，注意墊完后各相臨墩間隙差值不大于1 mm。

(2)起動(dòng)千斤頂略向上頂，至螺母可以放松即可，螺栓向上擰2 mm，打開(kāi)卸荷閥，待梁下降1 mm處停止，再依次下落其他墩，直至所有墩全部下落支撐在支座上為止。

3.3.8 頂升系統(tǒng)拆除

(1)頂升系統(tǒng)的拆除原則為由上而下，由外而內(nèi)。

(2)頂升系統(tǒng)拆除前應(yīng)先切斷電源，斷開(kāi)油路、電線等，禁止帶電、帶管路拆除。

(3)頂升系統(tǒng)拆除應(yīng)使用小型吊裝設(shè)備，避免影響其他橋梁設(shè)施及其他待拆臨時(shí)設(shè)施。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)通過(guò)施工前期的荷載分析和頂升時(shí)梁體受力分析，可合理分配資源，有效降低施工中可能存在的梁體產(chǎn)生裂縫的情況。

(2)對(duì)可變高臨時(shí)橋墩采用軸應(yīng)力檢測(cè)，對(duì)各墩位蓋梁上下位置偏差采用傳感器觀測(cè)，左右前后位置偏差采用線墜法觀測(cè)，位置變化采用線平測(cè)量進(jìn)行復(fù)核，可實(shí)時(shí)對(duì)頂升姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，保證了頂升過(guò)程的施工精度。

(3)頂升系統(tǒng)采用可變高臨時(shí)橋墩和千斤頂保險(xiǎn)裝置，通過(guò)超載試驗(yàn)、偏載試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證頂升系統(tǒng)的可靠性，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行稱重試驗(yàn)驗(yàn)證理論計(jì)算與實(shí)際頂升重量的差異，保證頂升過(guò)程安全。