江浦路吳淞江大橋頂升托換方案的研究

丁正洪，朱 穎

（中交公路規(guī)劃設計院有限公司，北京 100000）

1 項目概況及特點

江浦路吳淞江大橋為單塔矮塔斜拉橋，塔梁墩固結(jié)主橋跨徑為2 m×101 m，于2005年建成通車，使用狀況良好，橋下航道整治工程航道改建等級為Ⅲ級，大橋現(xiàn)狀通航凈高不滿足Ⅲ級航道通航標準要求，需由現(xiàn)狀通航凈高調(diào)整至通航凈高7 m。橋下凈寬滿足航道要求，僅橋下凈高不滿足通航要求，在此次改造中，通過整體同步頂升技術(shù)對該橋進行改造，本次改造橋梁整體抬高1.87 m。本橋最大頂升重量約23 000 t，單墩重約18 000 t，遠大于目前已頂升橋梁的單墩重量。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析與評價

近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展已有許多橋梁頂升的成功案例，其在橋梁改造中應用日趨廣泛。頂升改造相對于傳統(tǒng)的橋梁拆除重建，是一套高效的、低碳、環(huán)保、綠色的橋梁建筑技術(shù)，具有良好的社會和經(jīng)濟效益。

2003年，天津獅子林大橋成功完成了橋梁的整體抬升改造，總抬升高度1.271 m。獅子林橋是國內(nèi)第一座采用整體頂升技術(shù)改造的橋梁，開創(chuàng)了國內(nèi)橋梁頂升領(lǐng)域的先河。

2006年，浙江省湖州屺風大橋橋梁改造工程，為了滿足橋梁通航凈空要求，施工方案采用頂升改造，主引橋同步抬升高度為2.5 m。主橋頂升重量為1 800 t，引橋總頂升重量為2 520 t，全橋整體頂升總重量為4 320 t。

2010年，同三國道跨橫潦涇大橋頂升改造工程完成了世界最大跨徑、最長聯(lián)、重量最重的橋梁頂升工程。橋梁總寬27.5 m，按左右分幅布置，全橋總長779 m 。主橋采用85 m+125 m+85 m三跨變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁，主橋單幅上部結(jié)構(gòu)總重10 408 t。引橋為簡支板梁，兩側(cè)各11孔，跨徑為22 m，引橋總長2 m×242 m=484 m，引橋單幅11跨整體頂升重量約為6 905 t。單幅全橋重約24 200 t，整個頂升工程總重48 400 t。整體頂升1.58 m。

圖1 橋梁整體布置

橫潦涇大橋的成功頂升開創(chuàng)了大跨徑橋梁整體頂升的先例，推動了橋梁頂升技術(shù)在大跨度橋梁改造中的應用，為頂升尺度的大幅度突破作出了重大貢獻。

由于大多數(shù)的現(xiàn)役橋梁建造時間不長，仍能使用，只是其高度已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實情況的需要，必須對橋梁進行改造。拆除重建不僅成本過高，造成較大的資源浪費，而且對環(huán)境也有污染，不利于可持續(xù)發(fā)展。橋梁整體同步頂升改造技術(shù)具有較大的社會意義和經(jīng)濟意義，也是我國建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的重要措施。

在以往橋梁頂升案例中，頂升的結(jié)構(gòu)一般為簡支梁或連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，而塔梁墩固結(jié)體系矮塔斜拉橋則整體同步頂升技術(shù)尚屬首次，缺乏實踐經(jīng)驗和參考依據(jù)。

3 主橋頂升方案研究比選

本橋為塔梁墩固結(jié)體系，橋梁上部結(jié)構(gòu)通過拉索、塔傳力至橋墩，但頂升改造橋墩必須截斷，因此本橋頂升關(guān)鍵問題在于頂升時采用何種托換方式。本橋橋墩高度不大，承臺有條件作為頂升系統(tǒng)下部著力點。對于頂升系統(tǒng)上部著力點，千斤頂頂升系統(tǒng)上部著力點一般分為兩種：一種千斤頂直接作用于上部梁結(jié)構(gòu)；另一種通過托換結(jié)構(gòu)，在橋墩墩身鉆孔打洞，澆筑或預制型鋼混凝土抬梁，抬梁外端部用混凝土澆筑聯(lián)系成一個整體，然后割斷橋墩，通過抬梁將上部結(jié)構(gòu)頂起。

對吳淞江大橋主橋主墩頂升方案進行了多方比較，最終明確了一種頂升方案：

（1）方案一：墩柱穿抬梁法+外側(cè)抱柱梁法。首先采用水鉆距離原承臺頂面高度約1 m處在空心部分墩柱前后側(cè)鉆出尺寸為550 mm×2 050 mm的孔洞，將預制鋼砼抬梁（尺寸為500 mm×2 000 mm）吊裝穿放入孔內(nèi)，高抬梁與空洞內(nèi)的間隙用灌漿料填筑密實（每鉆一個孔洞就穿放一片高抬梁并填筑灌漿料與原有主墩填充密實，待強度達到后再鉆下一個孔洞穿放另一片高抬梁，依此類推至所有空心部分抬梁全部施工完畢），然后用灌漿料對主墩空心部分進行填實澆筑，接著對索塔部位實心部分鉆孔、切割及安放10道抬梁?？偣彩┕?8道型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)抬梁。抬梁外端部用混凝土梁（此混凝土梁與墩身鑿毛連接，也相當于抱柱梁）澆筑連成整體。

液壓頂升千斤頂及隨動千斤頂安裝于抬梁下部，頂升設備安裝調(diào)試完后將液壓千斤頂加載至計算頂力，然后對墩柱進行分離切割，通過液壓千斤頂與隨動千斤頂?shù)慕惶嬷С兄另斏臀?。?yōu)點：此方案在頂升過程中受力明確，安全可靠。

缺點：抬梁施工施工過程中存在一些風險，精度要求較高，由于抬梁設置較多橋墩的連接存在不利因素。

圖3 墩柱穿抬梁法+外側(cè)抱柱梁法頂升示意圖

（2）方案二：直接頂升主墩上部箱梁底。對上部箱梁進行加固，利用箱梁底部直接進行頂升，把頂升設備及支撐體系（在墩的前后側(cè)承臺上局部鑿毛后澆筑鋼筋混凝土支撐墻）放置在主墩的承臺上，直接頂升上部箱梁。頂升安裝調(diào)試完畢后將液壓千斤頂加載至計算頂力，然后對墩柱進行分離切割（切割面位于距承臺頂面1 m的墩身處），通過液壓千斤頂與隨動千斤頂?shù)慕惶嬷С兄另斏臀弧?/p>

在主梁0#塊橫隔板兩側(cè)，采取臨時加固措施，對空心部分進行填實，以抵抗千斤頂?shù)姆戳?。本橋為斜拉橋，主塔的軸力占到主墩反力的一半以上，如采取此種方案，主梁的剪力驗算無法通過，且主梁0#塊剪力流反向，同時箱梁自身與塔的連接較弱，通過加固計算無法通過。

優(yōu)點：下部支承點施工較簡單、可操作性較好，頂升墊塊更換方便；對原來的受力體系改變不大，受力明確，風險較小。

缺點：空間小，箱梁內(nèi)部應力較大，箱室加固困難，通過加固依然無法滿足要求。工期相對較長。

該方案不可行。

圖4 直接頂升法示意圖

（3）方案三：抱柱梁法。采用斷柱+抱柱梁頂升法，在橋墩四周設置鋼筋混凝土抱柱梁，在墩柱的適當位置進行切割，利用承臺設置千斤頂，該方法基本不改變上部結(jié)構(gòu)的傳力體系。

橋梁在頂升施工時，千斤頂頂升在抱柱梁下面把力傳遞給抱柱梁，抱柱梁通過與墩之間新舊混凝土的摩擦力傳遞剪力給橋墩，再通過橋墩傳遞給上部結(jié)構(gòu)。

本工程只能設置在現(xiàn)有主墩四周，以往所用的抱柱梁托換僅限于較小的柱（2 m×2 m以內(nèi)）或較輕的柱（1 500 t以內(nèi)），由于本項目的墩處較大（25.4 m×5.2 m）且重（重達1.7萬t），已遠超出以往托換抱柱的經(jīng)驗范圍；同時以往設置的抱柱梁與原有的柱是通過新舊砼的摩擦傳遞剪力，原有柱內(nèi)部基本上不產(chǎn)生拉應力，而此處由于主墩較大，在四周設置完成抱柱梁后，在原有主墩內(nèi)將產(chǎn)生很大的拉應力，對主墩這種較大的柱進行抱柱，在理論上超出原有的抱柱理論。

優(yōu)點：①抱柱梁施工簡單且設置位置較靈活，對于支撐體系的穩(wěn)定要求較小。②不改變柱上部的傳力體系。

缺點：由于主墩支座反力太大，超出斷柱-抱柱梁頂升理論。

圖5 斷柱-抱柱梁法頂升示意圖

（4）方案四：斷樁+抱柱（樁）梁法。利用下部樁基設置上下兩道抱樁梁，抱樁梁與樁采用植筋連接，其中下抱樁梁作為千斤頂頂升的基礎(chǔ)，上抱樁梁設置在承臺的底部與承臺連接在一起作為頂升的上部受力體系，頂升液壓千斤頂和隨動千斤頂設置在上下兩道抱樁梁之間，對上下抱樁梁間的樁進行切割，整體頂升后對切割的樁進行接高。

優(yōu)點：由于主墩太重，降低了托換墩柱的過程風險，頂升時受力較清晰，方案也較簡單。

缺點：由于樁基施工混凝土振搗質(zhì)量不如立柱結(jié)構(gòu)密實，所以樁基混凝土是否適合于抱柱，存在一定的不確定性；另外要在承臺下方施工，同時要做8 m左右深的水中圍堰，圍堰風險較大。

4 結(jié)論

綜上所述，經(jīng)過對以上四種方案的研究比選，方案二總體不可行，方案三和方案四方案基本可行，但存在較大的不確定因素，方案一“墩柱穿抬梁法+外側(cè)抱柱梁法”可用于塔梁墩固結(jié)矮塔斜拉橋頂升改造施工。