舊橋改造加固旋轉(zhuǎn)頂升施工工藝

摘要：隨著交通荷載和車流量不斷增大，我國(guó)許多既有公路、橋梁設(shè)計(jì)承載力已經(jīng)不能滿足日常交通通行的需求。文章以5座大橋?yàn)檠芯繉?duì)象，采用旋轉(zhuǎn)頂升施工工藝對(duì)舊橋進(jìn)行改造加固。結(jié)果表明，該工藝不僅可以保持舊橋結(jié)構(gòu)的完整性和過(guò)程的同步性，還具有施工工期短、控制精度高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，可為同類舊橋加固項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞：舊橋改造加固；旋轉(zhuǎn)頂升；荷載等級(jí)；控制精度

中圖分類號(hào)：U445.4A250842

0引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，車流量迅速增長(zhǎng)，過(guò)去修建的公路越來(lái)越“不堪重負(fù)”，路線改造已迫在眉睫［1-2］。

貴州省都勻至新寨專線二級(jí)公路就是迫切需要改造的路線之一。根據(jù)交通的發(fā)展及國(guó)家公路網(wǎng)的規(guī)劃，該路據(jù)設(shè)計(jì)要求改為山區(qū)一級(jí)高速公路，荷載等級(jí)提高至公路一級(jí)，原二級(jí)公路改造后作為新路的左幅行車道，需要對(duì)原公路的舊橋進(jìn)行改造加固，以滿足提高后的荷載等級(jí)、路基高程及橋面超高設(shè)計(jì)要求。因受高空作業(yè)影響較大（橋下凈空均＞15 m），結(jié)合橋梁上部荷載大和施工安全等原因，為了滿足新的橋面標(biāo)高要求，實(shí)現(xiàn)橋面雙向橫坡變?yōu)閱蜗驒M坡及病害支座更換，經(jīng)研究及測(cè)算，決定采用同步旋轉(zhuǎn)頂升（以下簡(jiǎn)稱旋轉(zhuǎn)頂升）施工工藝對(duì)舊橋改造加固。

1旋轉(zhuǎn)頂升

1.1工藝原理

旋轉(zhuǎn)頂升是一項(xiàng)成熟的構(gòu)件提升安裝施工工藝，廣泛應(yīng)用于建筑施工中。但在橋梁頂升施工時(shí)，由于其對(duì)設(shè)備同步性和頂推力要求更高，目前應(yīng)用較少。結(jié)合旋轉(zhuǎn)頂升技術(shù)適用于大噸位物體的旋轉(zhuǎn)、頂升和下放的特點(diǎn)，引入閉環(huán)控制理論，將梁體的頂升位移作為受控參數(shù)，從而形成位移閉環(huán)控制，再利用壓力閉環(huán)控制技術(shù)對(duì)液壓系統(tǒng)的收缸或出缸進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)梁體的同步旋轉(zhuǎn)、頂升和下放的目的［3-4］。

1.2工藝特點(diǎn)

（1）運(yùn)用位移閉環(huán)控制理論結(jié)合液壓控制系統(tǒng)，以位移量作為控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)力位控制，技術(shù)先進(jìn)。

（2）控制精度高，避免橋梁構(gòu)件在頂升過(guò)程中發(fā)生變形，影響其初應(yīng)力變化，不影響橋梁使用壽命，安全可靠。

（3）可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)，施工工期短，有利于減輕由于封路施工帶來(lái)的交通壓力。

（4）人工、材料和機(jī)械數(shù)量需求少，工程綜合造價(jià)低。

1.3設(shè)備及材料配置

主要施工材料及機(jī)具設(shè)備如表1所示。

2工程實(shí)例

都勻至新寨二級(jí)專線公路改擴(kuò)建為一級(jí)高速公路，需維修、加固的大、中橋梁共14座。經(jīng)專家現(xiàn)場(chǎng)考察及評(píng)估，溝山大橋、大河口Ⅰ號(hào)大橋、大河口Ⅱ號(hào)大橋、大河口Ⅲ號(hào)大橋、文家寨大橋等5座大橋都需采用旋轉(zhuǎn)頂升工藝進(jìn)行改造加固。

2.1施工工藝

2.1.1工藝流程

搭設(shè)施工平臺(tái)→解除橋面約束→鑿除舊橋面瀝青及混凝土鋪裝層→旋轉(zhuǎn)頂升系統(tǒng)安裝→梁體旋轉(zhuǎn)頂升→支座更換→橋面鋼筋混凝土面層補(bǔ)強(qiáng)。

2.1.2操作要點(diǎn)

2.1.2.1現(xiàn)場(chǎng)勘查、明確設(shè)計(jì)要求

（1）明確橋梁的頂升目的、頂升高度及頂升要求。

（2）根據(jù)橋梁原圖紙計(jì)算橋梁荷載分布。

（3）分析橋梁結(jié)構(gòu)，計(jì)算橋梁破壞極限，確定頂升控制精度。

（4）根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式，確定千斤頂分布。

（5）合理劃分控制區(qū)域。

2.1.2.2編制施工方案

（1）頂升基礎(chǔ)處理。

（2）頂升支撐的形式、布置方式。

（3）千斤頂安裝方法。

（4）臨時(shí)支撐的形式及安裝方法。

（5）限位的形式、布置方式。

（6）在橋梁頂升時(shí)，制定安全應(yīng)急措施。

（7）保證工程質(zhì)量措施。

2.1.2.3施工準(zhǔn)備

（1）支撐基礎(chǔ)處理，滿足頂升荷載要求。

（2）千斤頂及臨時(shí)支撐位置處理。

（3）橫縱向限位的制作、安裝。

2.1.2.4設(shè)備安裝

（1）根據(jù)支點(diǎn)反力大小，千斤頂兩端應(yīng)設(shè)置適宜尺寸的鋼墊板以分散受力。

（2）根據(jù)頂升高度及操作的難易程度，可倒置安裝千斤頂。

（3）為避免千斤頂傾斜導(dǎo)致頂升過(guò)程產(chǎn)生水平分力，應(yīng)嚴(yán)格控制其軸線垂直度。

（4）千斤頂與梁體接觸面面積應(yīng)進(jìn)行受力計(jì)算，保證局部應(yīng)力不超出接觸面混凝土強(qiáng)度。

2.1.2.5梁體旋轉(zhuǎn)頂升

（1）梁體稱重

①頂升前應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定頂升荷載，通過(guò)逐級(jí)加載進(jìn)行梁體稱重，由于主梁的頂升是在未破除主梁整個(gè)跨度的情況下進(jìn)行的，因此要保證頂升過(guò)程同步進(jìn)行。

②橋梁頂升時(shí)，在T梁兩端各設(shè)置一臺(tái)100 t液壓千斤頂，為減少接觸面局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象，需在千斤頂頂部加設(shè)一塊厚1 cm的加寬鋼板，以防止接觸面混凝土局部破壞。

③為保證各頂升點(diǎn)受力和上構(gòu)荷載基本一致，在5～10 mm的頂升高度內(nèi)，反復(fù)調(diào)整千斤頂油壓，從而確定各頂升點(diǎn)油壓值。

④在頂升點(diǎn)位置（≤50 cm范圍）使用百分表配合稱重，對(duì)位移傳感器測(cè)得的位移進(jìn)行校驗(yàn)。計(jì)算頂升點(diǎn)實(shí)測(cè)值與理論值差異量并進(jìn)行原因分析，確定其頂升的基準(zhǔn)值。

（2）梁體試頂升

通過(guò)梁體試頂升檢驗(yàn)上構(gòu)整體頂升的安全性、旋轉(zhuǎn)頂升系統(tǒng)的可靠性和稱重結(jié)果的準(zhǔn)確性。頂升高度應(yīng)控制在5～20 mm，需加強(qiáng)頂升過(guò)程檢測(cè)，為后續(xù)正式頂升提供可靠數(shù)據(jù)。

（3）旋轉(zhuǎn)頂升

①千斤頂在力位閉環(huán)控制系統(tǒng)作用下，將梁體分級(jí)頂升至可滿足各支座墊石施工的垂直高度。

②梁體頂升過(guò)程由同步控制系統(tǒng)嚴(yán)格控制，保證各位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)同步精度誤差＜5 mm，且橋梁破壞極限大于同步誤差［5］。

（4）倒撐

用臨時(shí)支撐代替千斤頂作用，以便千斤頂收缸后，增加千斤頂下部支撐的墊塊。

2.1.2.6支座更換

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行支座更換。

（2）支座更換包括支座墊石及支座的加高、改造及更換。

2.1.2.7落梁

（1）支座墊石處理完成、支座安裝后，收缸落梁。

（2）由旋轉(zhuǎn)頂升系統(tǒng)控制分級(jí)落梁，過(guò)程中各支點(diǎn)應(yīng)緩慢勻速卸載，保證各位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)同步誤差小于橋梁破壞極限，且同步精度＜5 mm。

2.1.2.8橋面鋼筋混凝土面層補(bǔ)強(qiáng)

橋面鋼筋混凝土面層補(bǔ)強(qiáng)，采用C50防水混凝土進(jìn)行澆筑，澆筑時(shí)主要滿足橋面超高及路線、路基高程。

通過(guò)頂升改造后的5座橋橋面高程與路基設(shè)計(jì)高程一致，在滿足橋梁橫坡的同時(shí)，最大限度地減輕了加鋪橋面鋪裝的厚度。由于該工藝兼具安全、高效的優(yōu)點(diǎn)，全部頂升加固工作僅費(fèi)時(shí)3個(gè)月。

2.2經(jīng)濟(jì)效益

都勻至新寨公路改擴(kuò)建工程第21-1、22-1合同段內(nèi)文家寨大橋、大河口Ⅰ橋、大河口Ⅱ橋、大河口Ⅲ橋、溝山大橋加固過(guò)程中均采用了旋轉(zhuǎn)頂升施工工藝，該工藝操作簡(jiǎn)單、實(shí)用，在不損壞現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)的同時(shí)，質(zhì)量控制良好，對(duì)交通影響小，搭建的施工平臺(tái)可同時(shí)進(jìn)行橋梁病害的修復(fù)工作，施工緊湊，加快了工程施工進(jìn)度，取得了良好的效益。

（1）從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，橋梁頂升費(fèi)用通常是橋梁本身造價(jià)的10%～30%，項(xiàng)目5座橋梁的頂升改造總費(fèi)用＜800萬(wàn)元，而如果拆除并新建這5座大橋，其造價(jià)將＞1億元，這其中未包含節(jié)省時(shí)間所產(chǎn)生的效益。

（2）從施工工期來(lái)看，拆除舊橋梁、新建橋梁的建設(shè)工期一般需要一年，而橋梁提荷加固施工，包括前期準(zhǔn)備工作及病害修復(fù)工作僅需2～3個(gè)月，投資小，見(jiàn)效快。

（3）若是采用在橋面加鋪輕質(zhì)骨料混凝土來(lái)實(shí)現(xiàn)橋面高程及超高，與橋梁旋轉(zhuǎn)頂升相比，直接增加了橋梁的自重，加大了橋梁的二期荷載，未達(dá)到加固的目的；加鋪的輕質(zhì)骨料混凝土，原材料較貴，造價(jià)較高；結(jié)合貴州省采用輕質(zhì)骨料的高速公路運(yùn)行情況來(lái)看，其承重較差，易破壞，運(yùn)營(yíng)期間路面修復(fù)成本較高，不適合重交通公路使用。

3結(jié)語(yǔ)

隨著交通荷載的不斷提高，舊橋改造加固勢(shì)在必行。同步旋轉(zhuǎn)頂升施工工藝操作簡(jiǎn)單、實(shí)用，可以保證在不破壞橋梁結(jié)構(gòu)的前提下，保質(zhì)保量地完成加固工作，同時(shí)盡可能地減小對(duì)現(xiàn)有交通的影響，縮短施工工期，經(jīng)濟(jì)效益顯著，為今后的舊橋改造及修復(fù)開(kāi)辟了新的途徑。

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作者簡(jiǎn)介：曾云峰（1983—），工程師，主要從事道路橋梁施工技術(shù)工作。