跨線橋橋梁頂升的誤差控制研究

楊國(guó)章

[上海浦東路橋（集團(tuán)）有限公司，上海市200135]

0 引言

橋梁頂升是一種環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、便捷的老橋資源化利用技術(shù)工藝，該工藝具有效率高、周期短、資源利用率高等優(yōu)點(diǎn)，充分體現(xiàn)了目前國(guó)家所倡導(dǎo)的碳中和原則。為此，國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者開展了該領(lǐng)域的研究，然而研究焦點(diǎn)多集中于該工藝的施工流程與關(guān)鍵點(diǎn)的理論探索[1-3]，以實(shí)際項(xiàng)目為載體的應(yīng)用性研究成果不多。

因此，課題組以濟(jì)陽路（盧浦大橋-閔行區(qū)界）快速化改建工程1 標(biāo)段楊思路跨線老橋綜合利用為載體，針對(duì)性開展了橋梁頂升施工過程中的頂升誤差控制研究，以期為該技術(shù)領(lǐng)域補(bǔ)充一定的應(yīng)用研究成果。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1.1 濟(jì)陽路1 標(biāo)工程概況

濟(jì)陽路（盧浦大橋—閔行區(qū)界）快速化改建工程是上海市骨干道路網(wǎng)“一橫三環(huán)+十字九射”快速路系統(tǒng)中的重要組成部分，與南北高架、延安路高架共同構(gòu)成了上海市中心城區(qū)“十字”交通骨架（見圖1）。

圖1 濟(jì)陽路項(xiàng)目線路規(guī)劃

該項(xiàng)目分為1 標(biāo)和2 標(biāo)兩個(gè)標(biāo)段，我公司承擔(dān)1標(biāo)，起點(diǎn)盧浦大橋，終點(diǎn)為中環(huán)線，工程范圍內(nèi)線路全長(zhǎng)3.89 km。濟(jì)陽路快速路主線采用高架+地面的敷設(shè)形式，高架標(biāo)準(zhǔn)段為雙向6 車道規(guī)模。

1.2 楊思路跨線橋概況

老橋利用是濟(jì)陽路（盧浦大橋—閔行區(qū)界）快速化改建工程1 標(biāo)施工的重難點(diǎn)之一，涉及耀華路右轉(zhuǎn)下匝道、楊思路跨線橋、轉(zhuǎn)中環(huán)線匝道等多個(gè)位置。在這些改造部位中，楊思路跨線橋工程量最大、頂升高度最高、交通敏感度最高。楊思路原狀跨線橋?yàn)闁|、西兩幅分離式地面跨線橋，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制空心板梁,下部結(jié)構(gòu)為單柱式現(xiàn)澆立柱和蓋梁橋墩,基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，西幅跨線橋要頂升再利用，涉及墩號(hào)72#～80#（各墩頂升參數(shù)見表1）。

表1 頂升高度和頂升跨數(shù)表

2 橋梁頂升總體方案與誤差控制目標(biāo)

2.1 橋梁頂升總體方案

本橋通過利用原橋墩承臺(tái)作為頂升的反力基礎(chǔ)，使用PLC 同步頂升系統(tǒng)使橋梁整體抬高的頂升方法。頂升設(shè)備安裝完成后先進(jìn)行預(yù)頂升，頂升設(shè)備受力一定程度后再進(jìn)行斷柱切割，持續(xù)頂升行程直至滿足橋面設(shè)計(jì)標(biāo)高后停止頂升，連接立柱鋼筋并澆筑混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后拆除頂升設(shè)備。具體頂升流程見圖2。

圖2 橋梁頂升工藝流程圖

2.2 頂升誤差控制目標(biāo)

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3-5]和設(shè)計(jì)文件要求，課題組制訂了如表2 所列誤差控制指標(biāo)與目標(biāo)。

表2 誤差控制指標(biāo)及及目標(biāo)

3 頂升誤差控制裝置

3.1 縱向誤差控制措施

由于楊思路跨線橋是有上坡和下坡組成，兩相鄰橋墩的高差最大處有1.1 m，在頂升過程中，一方面梁體水平投影會(huì)邊長(zhǎng)，另一方面受環(huán)境溫度變化影響，梁會(huì)熱脹冷縮改變長(zhǎng)度，這兩種變化的結(jié)果不但容易對(duì)頂升設(shè)備及梁體本身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，而且會(huì)造成無限制縱向位移（沿行車方向）。因此，為了控制縱向位移值準(zhǔn)確性和精度，同時(shí)確保伸縮縫寬度大小符合要求，故采取了在伸縮縫部位安裝推拉裝置措施（見圖3）。

圖3 縱向位移控制裝置

3.2 橫向誤差控制措施

由于頂升對(duì)象，即楊思路跨線橋（簡(jiǎn)支梁聯(lián)合部分墩柱），尺寸、重量和高程均較大，且屬于不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在頂升過程中容易產(chǎn)生較大幅度的水平偏差（如水平轉(zhuǎn)角、水平偏位等）。因此，課題組嘗試在被頂升橋墩對(duì)象周圍安裝限位槽裝置，來控制水平偏差。具體實(shí)施措施：針對(duì)楊思路跨線橋各被頂升橋墩，在其周圍焊接限位裝置（見圖4），各限位裝置內(nèi)側(cè)四周距離橋墩外表面5 mm；換言之，在每個(gè)墩柱做格構(gòu)柱限位裝置，在墩柱四周的承臺(tái)上安裝格構(gòu)式鋼結(jié)構(gòu)限位，切割后的上端墩柱卡在該格構(gòu)柱內(nèi)上升，起到限位效果。

圖4 格構(gòu)柱限位裝置

4 頂升誤差監(jiān)測(cè)方案

（1）監(jiān)測(cè)指標(biāo)

楊思路跨線橋采用PLC 頂升控制系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁頂升過程中的水平位移、縱向位移、墩柱偏移等指標(biāo)（監(jiān)測(cè)內(nèi)容、表征內(nèi)容、報(bào)警值及設(shè)備見表3）。

表3 頂升監(jiān)測(cè)參數(shù)

各指標(biāo)監(jiān)測(cè)與控制詳細(xì)要求如下：

a.承臺(tái)沉降觀測(cè)：頂升前，在墩柱兩側(cè)的承臺(tái)上布置沉降觀測(cè)點(diǎn),頂升時(shí)，測(cè)量承臺(tái)沉降值，如超出預(yù)警值，及時(shí)分析原因，采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

b.頂升過程位移及同步性監(jiān)測(cè)：采用位移傳感器進(jìn)行頂升過程的位移及同步性監(jiān)控，位移傳感器對(duì)應(yīng)于千斤頂分組，對(duì)稱布置于橋墩切割面兩側(cè)。橋面高程觀測(cè)用來推算每個(gè)橋墩的實(shí)際頂升高度。

c.橫向位移偏差：在每一跨橋面中線布置，用全站儀測(cè)量橋面橫向（軸向）偏移量。

d.縱向位移觀測(cè)：頂升過程中梁體縱向位移及立柱垂直度的采用以下方法控制：在橋梁縱向的立柱側(cè)面從上到下彈出一整條墨線，并保證墨線在墩柱切割面以下，在墨線上方蓋梁處懸掛垂球。通過垂球線與墨線的相對(duì)關(guān)系確定梁體的縱向位移并與計(jì)算值相比較。

e.液壓壓力監(jiān)測(cè)：采用壓力傳感器進(jìn)行千斤頂液壓壓力的監(jiān)控，壓力傳感器內(nèi)置于液壓泵站內(nèi)，每組液壓千斤頂對(duì)應(yīng)安裝一只液壓傳感器。

f.墩柱偏移：用經(jīng)緯儀測(cè)墩柱垂直度，儀器架設(shè)夾角為90°方向。

（2）監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置以能有效反應(yīng)橋梁頂升過程中的各部位變化情況為宜。具體測(cè)點(diǎn)位置見表4 和圖5。

表4 測(cè)點(diǎn)位置及布置數(shù)量

圖5 測(cè)點(diǎn)布置位置

5 頂升監(jiān)測(cè)實(shí)施效果

為了驗(yàn)證監(jiān)測(cè)結(jié)果的客觀性、有效性和準(zhǔn)確性，課題組采取了自行監(jiān)測(cè)與第三方平行檢測(cè)同步實(shí)施的方式。無論自行監(jiān)測(cè)，還是平行監(jiān)測(cè)，各監(jiān)測(cè)方均每隔2h 對(duì)位移傳感器、縱向位移偏差、橫向位移偏差、千斤頂液壓壓力以及各橋面高程變化情況做一次全面測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)，并及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)分析與溝通，對(duì)每一個(gè)頂升行程均應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互比較，保證橋梁頂升可控。

通過采用前述誤差控制裝置與誤差監(jiān)測(cè)方案，楊思路跨線橋各橋墩頂升結(jié)果（見表5，表中橫向偏差以路線前進(jìn)方向左正右負(fù)，縱向偏差以路線前進(jìn)方向前正后負(fù)），基本上達(dá)到設(shè)計(jì)文件和預(yù)期誤差控制目標(biāo)。

表5 各項(xiàng)偏差表

據(jù)表5 可知，楊思路跨線橋頂升后的高程與設(shè)計(jì)高程差值范圍在+3～+9 mm 之間，滿足不超過+10 mm 要求；橫向偏移與設(shè)計(jì)值偏差為-11～+17 mm之間，在±20 mm 要求范圍內(nèi)；縱向偏移與設(shè)計(jì)值偏差為-15～+15 mm 之間，未超出±20 mm 要求；墩柱垂直度偏差在1～6 mm 之間，滿足標(biāo)準(zhǔn)不超過7 mm要求。

6 結(jié)語

以楊思路跨線橋頂升利用為研究載體，通過合理設(shè)置誤差控制裝置，準(zhǔn)確采用誤差監(jiān)測(cè)方案，將高程差值、橫向偏移、縱向偏移和墩柱垂直度偏差等誤差控制在標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)文件要求的范圍內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

然而橋梁頂升過程畢竟是動(dòng)態(tài)過程，且受環(huán)境溫度、空氣氣流（如風(fēng)力）等外界因素影響較大，這就要求課題組針對(duì)公司后續(xù)所承接的橋梁頂升改造利用項(xiàng)目，開展環(huán)境影響因素研究，找到環(huán)境因素對(duì)頂升誤差和精度的影響幅度與規(guī)律，并探索與研究出相對(duì)應(yīng)的解決辦法。