橋梁同步頂升施工方法探析

劉冬梅

摘要：橋梁頂升工程具有廣闊的發(fā)展前景，隨著交通運輸建設日新月異的發(fā)展，交通壓力與日俱增，橋梁頂升技術擁有經(jīng)濟環(huán)保、施工工期短、交通干擾小、成本節(jié)約等多種優(yōu)點，極具推廣應用價值。本文結合G105京澳線K1160+951、K1160+952處上下分離式雙幅梁橋同步頂升施工，分析通過PLC多點同步頂升變頻同步控制系統(tǒng)、無震動液壓鏈鋸切割系統(tǒng)、千斤頂及相關輔助設備，在不改變原橋梁形態(tài)情況下，不改變橋梁結構強度，采用整體同步頂升的新型實用技術，將橋梁安全頂起，并升高到所需高度。

關鍵詞：橋梁；同步頂升；施工

DOI：10.12433/zgkjtz.20231944

橋梁頂升是指采用液壓千斤頂將橋梁上部結構整體抬高的操作過程，是橋梁改造施工中較高效、經(jīng)濟的一種施工方法，采用先切割橋墩，后整體頂升到位，再將到位后的橋墩和原橋墩重新連接澆筑混凝土并形成整體，實現(xiàn)抬高橋面高程目的。與橋梁拆除新建相比，采用頂升工藝施工，不僅能節(jié)約建設的經(jīng)濟成本和時間成本，而且更環(huán)保，可降低對周邊環(huán)境和交通的影響。

一、 橋梁同步頂升準備

（一）現(xiàn)場調查

橋梁同步頂升施工前，先認真研究施工圖紙，明確荷載布置，然后分析受力，再詳細核驗相關數(shù)據(jù)，核驗包括橋梁同一墩臺臨時支點高差影響、頂升過程主梁安全度計算、中下部結構受力驗算等，確保實際施工過程的橋梁結構安全。例如，G105京澳線K1160+951、K1160+952處上下分離式雙幅梁橋，勘察基礎承載自上而下可分為三層：第一層：雜填土，雜色，稍濕，松散，本層土成分不均勻，極易變形，基礎施工時應挖除，高壓縮性，力學性質變化大。第二層：粉質黏土，灰—灰黑色，軟塑，稍有光澤，中等干強度，韌性一般，搖震反應無，屬中壓縮性土。承載力特征值：fak=100kPa。第三層：中風化泥質砂巖，棕褐色、紅棕色，泥質粉砂結構，屬軟巖，巖體基本質量等級Ⅳ級，巖石呈短柱狀，RQD為80%，裂隙不甚發(fā)育，巖石結構清晰，金剛石鉆進抖動較小，進尺較慢。承載力特征值：fak=1000kPa。

調查過程中，詳細了解要更換的支座位置及現(xiàn)場實際情況，將支座現(xiàn)狀與檢測報告中的描述進行比對，詳細記錄需更換支座的型號及其他數(shù)據(jù)，并作為制定施工方案的依據(jù)，提出合理的處理方案。

（二）準確制作監(jiān)測刻度標準線

在蓋梁、橋臺上水平橫向制作一條通長刻度線，全線統(tǒng)一平差，確定頂升前初始高度，測量梁板底距刻度標準線的高，在每一個蓋梁上取5個點，當橋梁同步頂升時，測量其高度，同時與初始高度對比，準確控制頂升的高度差，在下一站防線時，和前一站對比，所放中樁點至少有兩個點復測。移動測站前，要校核使用的儀器，誤差值一定保留在限差之內，否則放點的位置就必須重新檢查并校正。

（三）臨時支撐設施準備

鋼管支架安裝應嚴格控制水平及豎直桿件精度，滿足公路橋涵施工技術要求，還應配備各種厚度鋼墊板，配備足量的鋼墊盒作為臨時支撐。

制作加工1mm、2mm、6mm、8mm、12mm、16mm、20mm等厚度鋼墊板。同時，依據(jù)現(xiàn)場支座的缺陷復查實際情況，選定廠家根據(jù)測量的尺寸對脫空調平鋼板及傾斜支座楔形鋼板進行精細加工。

（四）頂升位置處理

橋梁同步頂升之前一定要確保修復支座的位置不出現(xiàn)問題：首先，對支座墊石混凝土中的蜂窩及空洞采用環(huán)氧砂漿混凝土修復。其次，支座上面的預埋鋼板要做除銹防腐處理，如果出現(xiàn)預埋的鋼板不平衡，要及時找平楔形鋼板。更換新的支座時，要實地考察，實際聯(lián)測支座與蓋梁頂?shù)木嚯x。在梁體頂升時，把千斤頂布置在噸臺上，同時鑿除布置表面浮漿層的位置，并打磨表面，確保平整度符合工序要求。

安裝千斤頂前，使用環(huán)氧砂漿調平相鄰兩箱梁間的高差；高差較大時建議選擇環(huán)氧砂漿、楔入薄鋼板密實墊平，確保相鄰的頂升處兩片空心板梁保持同一水平面，保證兩側鉸縫的梁體受力均勻。

安裝薄千斤頂時，為增大受力面積，可以墊設10mm鋼板在千斤頂上下面，做到橋臺蓋梁頂局部混凝土安全承壓。

（五）控制系統(tǒng)調試

在橋梁同步頂升前，做好統(tǒng)籌安排調試控制系統(tǒng)工作，確保頂升時正常進行。一般情況下，同步頂升的系統(tǒng)由高壓液壓泵、分流器、千斤頂、油管、油箱以及操作控制系統(tǒng)、電動機等組成，主要通過位移和頂升進行控制，通過壓力傳感器傳遞外部壓力的數(shù)據(jù)、電子傳感器傳遞位移數(shù)據(jù)，依據(jù)每個測點信號，位移控制系統(tǒng)控制帶載頂升速度，整個梁體實現(xiàn)同步提升。

二、同步頂升橋梁的新技術、新工藝

（一）分級頂升液壓千斤頂

分級頂升液壓千斤頂突破本身行程限制，重型物體通過分級頂升達到很高的頂升高度時，配套使用同步頂升液壓系統(tǒng)，可以實現(xiàn)高精度分級同步頂升。標配5°球型鞍座以適應荷載表面不平整工況，同步精度可達1%，可選用高分子合成墊塊，重量輕、強度大，減少工人勞動強度。雙作用設計，選用頂升專用升降閥組可確保頂升和下降的安全。柱塞縮回，在底盤中央插入2根墊塊，以支撐下次頂升。再次頂升負載，在底盤下面再次插入2根墊塊。

（二）PLC 多點同步頂升變頻同步控制系統(tǒng)

PLC多點同步頂升液壓系統(tǒng)分為PLC計算機控制系統(tǒng)、液壓泵站、液壓終端、位移壓力檢測與人機界面操作系統(tǒng)五個部分。該系統(tǒng)將PLC信號處理、位移監(jiān)控、液壓頂升與橋梁結構分析及施工技術進行集成，在集成系統(tǒng)上進行技術開發(fā)，根據(jù)橋梁特性設計計算機PLC信號處理與液壓系統(tǒng)，輸出液壓系統(tǒng)油量控制信息，輸入外部監(jiān)控設施的位移信號，利用終端多組液壓千斤頂，實現(xiàn)平衡、安全與高效的橋梁頂升目標，頂升精度誤差不超過正負0.5mm。同步頂升系統(tǒng)可選用單作用或雙作用液壓千斤頂執(zhí)行頂升和下降工作，適用大部分凱恩特標準液壓千斤頂，能實現(xiàn)多點同步升降的多點同步液壓頂升系統(tǒng)，促使多點協(xié)調一致地完成高精度同步升降。頂升時變頻、脈寬調速閉環(huán)控制、低速頂升、高速貼合，速度可以任意控制；均載閥的過載保護功能，可以避免多缸頂升時出現(xiàn)脹缸的事故；先進的進油調速與重載先鋒液壓回路，不只頂升時達到高精度同步，同時在帶載下降時同樣保證了高精度；擴展至32點或32點以上的多點同步，除保持多點位置的同步外，可按用戶的要求調節(jié)各支點的載荷分布。

（三）無震動液壓鏈鋸切割系統(tǒng)

對立柱切割采用的是新型無震動直線切割設備，該設備具有體積小、切割能力強的優(yōu)點，在切割時采用水冷卻的方式，可以保持切割面平整，沒有粉塵和噪音的污染。在頂升土建完成時，要安裝千斤頂和液壓系統(tǒng)，所有的頂升工作都準備到位，即可使用橋墩采用無震動液壓鏈鋸切割系統(tǒng)切割立柱。

三、橋梁頂升施工要點

（一）千斤頂布置

根據(jù)施工圖圖紙及現(xiàn)場踏勘資料，計算G105京澳線K1160+951、K1160+952處大河廠左、右幅橋截斷橋墩后，一排墩柱及上部結構恒載為500t，考慮全橋整體頂升安全需求，千斤頂頂升力預留2.5倍安全度，嚴禁千斤頂滿載頂升，因此，在橋墩處的頂升支架P245X8鋼管上各布置一臺100t分級頂升液壓千斤頂，一處橋墩處共計18臺。

（二）頂升施工工序

大河廠左、右幅橋頂升施工期間，按照半幅施工半幅封閉的交通組織實施，主要施工順序如下：

第一，熟悉施工圖圖紙，現(xiàn)場踏勘復核，進行施工準備工作。

第二，開挖橋墩及橋臺處局部河床，進行墩臺基礎改造施工。

第三，對借橋跨河的供水管，電纜線等臨時遷改；進行道路半幅通行半幅封閉的交通組織導改布置。

第四，安裝半幅橋梁墩臺頂升支架系統(tǒng)、千斤頂頂升設備、施工監(jiān)控設備以及限位裝置等。

第五，頂升設備調試，分級頂升液壓千斤頂，PLC多點同步頂升變頻同步控制系統(tǒng)等配套設施聯(lián)合調試，確保設備安全運行。

第六，采用無震動液壓鏈鋸切割系統(tǒng)對橋墩進行靜力切割，切割位置可選取在橋墩距離基礎頂面90cm處。

第七，墩柱截斷后試頂升，確定各千斤頂?shù)耐叫院蛯嶋H受力情況，設定計算機控制中心對應的動作指令及調整各傳感器為零的狀態(tài)，確保后期頂升的同步性，并作為調整同步性及操作預演的重要環(huán)節(jié)。

試頂升高度可為1cm，可根據(jù)現(xiàn)場情況適當調整，觀察頂升系統(tǒng)及支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性及各設備的協(xié)同性。試頂升前應做好充分的準備工作（人員、設備、安全防護、應急預案及初始測量等）。試頂升如有異常情況，要重新調試頂升設備，直至各設備協(xié)調無異常工作方可進行正式分級頂升。

第八，依據(jù)整體頂升高度2360mm，將頂升分12個大級實施，每個大級分5個小級。每個大級頂升高約200mm，每個小級頂升高約30～50mm。每頂升一個設計行程，配套分級液壓千斤頂油缸伸縮及時塞墊標準墊塊，墊塊塞墊應牢固、密貼，應設置防滑防偏位裝置確保安全。頂升至設計高程后，及時復核上部結構及蓋梁位置并糾偏。

第九，對立柱新老混凝土結合部分進行鑿毛處理，對上下截斷面各鑿除30cm左右高度的混凝土，使主筋出露便于鋼筋連接。采用Ⅰ級擠壓套筒機械連接豎向主筋，焊接環(huán)向箍筋，澆筑微膨脹混凝土。

第十，鑿除重力式橋臺頂臺帽，及時接高擋墻，新建臺帽及擋塊、墊石等構造和安裝支座。

第十一，混凝土強度形成后，及時卸載頂升千斤頂，將上部荷載轉移至橋梁墩臺。

第十二，交通組織導改，開放該半幅交通，轉移支架及和設備至另半幅施工。

（三）墩臺切割及接高施工方法

1.橋墩切割

當頂升準備工作到位，千斤頂及液壓系統(tǒng)安裝完畢，實施橋墩切割。采用無震動液壓鏈鋸切割設備切割立柱，柱切割位置一般在承臺以上0.9m處附近。

柱切割注意事項：

第一，通過水準測量、傳感器等檢查橋梁形態(tài)狀況。

第二，對立柱按切割位置及順序進行切割。

第三，千斤頂安裝時，活塞允許伸出的長度不得大于5mm，確保切割時橋梁絕對安全，避免千斤頂失壓，改變橋梁姿態(tài)。

第四，將千斤頂加壓至計算荷載的70%。

2.橋墩接高

在立柱實施切割后，應在上下截斷面各鑿除30cm左右高度的混凝土，使主筋出露，立柱加高部分要利用同規(guī)格等數(shù)量的豎向主筋和箍筋，豎向受力主筋用擠壓套筒機械連接（必須達到Ⅰ級接頭的標準），并與立柱兩端露出部分的主筋連接，采用焊接連接箍筋。

為更有利于新老混凝土的連接，將立柱新老結合部分的表面鑿毛處理，連接立柱的混凝土使用微膨脹混凝土，澆筑前用高壓水清洗干凈結合面。澆筑過程中應緩緩放料，并及時分層振搗密實，通過澆筑混凝土總用量，推算澆筑混凝土高度，每隔30cm為一層，確保所澆搗的每層混凝土的密實性符合要求。

3.橋臺鑿除及接高

當千斤頂及液壓系統(tǒng)安裝完畢后，頂升準備工作到位后，將千斤頂加壓至計算荷載的70%，使支架及頂升系統(tǒng)和梁板緊密貼合，鑿除橋臺混凝土臺帽，并及時綁扎鋼筋澆筑混凝土。

（四）橋梁同步頂升施工監(jiān)控參數(shù)

根據(jù)橋梁頂升過程可能出現(xiàn)狀況，制定六類監(jiān)控參數(shù)：

第一，混凝土梁體頂升橋面的標高及水平位移。

第二，混凝土梁體蓋梁處的頂升實時位移。

第三，混凝土蓋梁處控制截面的實時應力。

第四，混凝土蓋梁頂升著力處局部變形和應力。

第五，混凝土基礎各控制點的沉降。

第六，鋼管支撐體系各控制點的應力及偏位。

實時位移監(jiān)控為頂升施工過程中全過程監(jiān)管橋梁結構位移的情況，采用高精度的位移傳感器及與其配套的測試儀進行監(jiān)測，監(jiān)控各點頂升高差，確保頂升高度偏差控制在許可范圍內。實時位移監(jiān)控點可各墩頂橋面處及兩側橋臺處左右側各布置一處，共計10個測點。

為便于控制橋梁的頂升位移、形態(tài)及同步性，千斤頂?shù)耐秸`差應滿足以下兩點：第一，相鄰墩頂升點同步差不應超過5mm；第二，同一橋墩相鄰頂升點同步差不應超過0.5mm。

蓋梁應力監(jiān)測可通過實時監(jiān)測，采用精度達到0.1με的靜態(tài)應變傳感器、傳感器的截面端數(shù)據(jù)收發(fā)器以及電腦端數(shù)據(jù)收發(fā)器監(jiān)控。

同步頂升著力處的監(jiān)測是對混凝土頂升點處的全過程持續(xù)性跟蹤觀察。通過監(jiān)控觀測點的局部是否變形，判斷頂升著力處混凝土是否處于安全范圍內，實現(xiàn)控制局部變形的目標。

橋梁整體頂升施工監(jiān)控參數(shù)量檢測及控制可委托具有資質的單位進行施工全過程監(jiān)控，及時獲取施工數(shù)據(jù)，快速調整糾偏，確保施工過程各工藝措施安全可控。

（五）危險性較大的分部分項工程施工

本項目部分分項工程屬于危險性較大的分部分項工程范圍，包括頂升過程使用的鋼管支架系統(tǒng)、千斤頂頂升系統(tǒng)及橋梁墩臺接高等，應按《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》要求施工，施工單位專項施工前，應遵守相關管理規(guī)定，編制專項施工方案，保障工程周邊環(huán)境安全和工程施工安全。同時，危險性較大的分部分項工程需經(jīng)技術負責人、監(jiān)理工程師簽字同意后方可實施，專職安全生產(chǎn)管理員進行現(xiàn)場跟蹤監(jiān)督。

對于復雜的分項工程而言，應組織專家進行論證、審查。施工前，辨識危險源，并應按《公路工程施工安全技術規(guī)范》要求對橋梁等工程進行施工安全風險評估，并在現(xiàn)場監(jiān)控。施工前，施工單位要逐級進行安全技術交底，包括應急處置措施、風險狀況、安全技術要求等內容。

四、結語

我國橋梁目前保有量較多，隨著交通行業(yè)的快速發(fā)展，車輛、船舶、泄洪等所需的橋梁高度不斷提高，交通壓力與日俱增，要將已建橋梁標高調整到所需標高，確保滿足橋下通航凈空要求，橋梁整體頂升技術具有節(jié)約成本、縮短施工工期、交通干擾小、四節(jié)一環(huán)保等多方優(yōu)點，有極大的推廣價值及應用價值和發(fā)展前景，可以為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]徐宏，郭敏.既有簡支梁橋整體同步頂升施工技術[J].世界橋梁，2016，44（02）：82-86.

[2]王輝.同步頂升技術在擴建橋梁施工中的應用[J].交通世界（中旬刊），2021（03）：131-132.