同步頂升技術在高速公路獨柱墩改造中的應用

張文釗

(西安瑞通路橋科技有限責任公司，陜西西安 710075)

隨著我國國民經濟的日益發展，交通運輸量迅猛增長，既有公路由于受當時設計條件、施工及材料等影響，橋梁使用功能和服務質量日益退化。其中，匝道橋獨柱墩的設計穩定性問題越發顯得嚴重。2011年某立交橋由于超載車輛行駛造成的引橋坍塌，引發了人們對獨柱墩橋梁抗傾覆性能的進一步研究。全國多條高速公路先后對匝道橋獨柱墩進行了改造處理。

獨柱墩改造的施工技術是多樣的，主要為端橫梁處理、拉桿處理、獨柱墩拼寬改雙支座、設置拉壓支座以及墩頂設限位裝置等。廣東省某高速公路某互通內共有8條匝道，在2010年常規檢測中發現有以下病害:

1)部分匝道橋固結墩發現內側水平裂縫;

2)部分非連續橋墩發現少量細微裂縫;

3)部分匝道橋外腹板內側出現了豎向裂縫，寬約0.1 mm～0.15 mm;

4)部分匝道橋主梁出現在向曲線外側偏轉現象，內側支座出現脫空。

針對以上病害，采取的加固方案是:對于抗彎能力不足的主梁，采用在箱梁外側加厚主梁腹板，并在加厚腹板內設置預應力鋼束，提高主梁的抗彎能力;對于抗剪、抗扭能力不足的主梁，采用在箱梁外側加厚主梁腹板，并設置抗剪、抗扭鋼筋，提高主梁的抗剪、抗扭能力;鑒于匝道橋原設計支座橫向間距偏小，采用增加承臺、增大立柱、增加蓋梁，采取頂升工藝，調整支座間距由1 m增加為3.0 m ～3.2 m。

1 同步頂升施工技術原理

同步頂升系統由液壓系統、位移及應力反饋系統及計算機控制系統等組成。一個泵站的流量通過分流器輸出，分別提供給多個執行液壓泵，位移及應力反饋系統將多個不同測點的回饋信號，反饋到計算機控制系統。計算機控制系統根據位移和應力信號，不斷修正運動誤差，調節控制相應千斤頂承載頂升的速度，實現整個混凝土連續梁體的同步提升動作。

本次采用的頂升裝置由電動機、4臺液壓泵、千斤頂、4套變頻調速控制裝置、位移壓力檢測反饋系統及人機界面操作平臺等組成。每臺千斤頂配備平衡閥，可保證千斤頂在頂升及回油過程中均處于供油可調速狀態，同時確保在突然斷電等突發狀況下，千斤頂仍能持續持力，防止災害發生。

千斤頂本體高度為220 mm，承載能力2 500 kN，偏載能力5°，工作行程200 mm，最大頂升速度為10 mm/min，可變頻控制頂升速度;控制精度:≤ ±0.2 mm。

2 施工順序及技術要求

頂升施工前，需完成新增承臺、增大立柱截面等施工，且混凝土強度達到設計要求。

2.1 頂升支架搭設

利用新增的承臺作為頂升平臺的基礎，嚴格按照經過計算的方案進行支撐搭設。采用四根12 mm厚的Q235鋼板制作的直徑為120 cm鋼護筒作為支頂支架。鋼護筒直接支承在新澆基礎上，護筒與預埋螺栓焊接，必要時可加焊短鋼筋，護筒節與節之間焊縫應飽滿;護筒垂直控制在0.5%以內;對墩高大于4 m的，護筒內灌注飽和砂;護筒與連接系之間全部采用焊接連接;護筒頂部設置一層型鋼橫梁，橫梁上放置厚鋼板，每個鋼護筒上方放置1臺噸位250 t千斤頂，要求千斤頂必須安放平穩豎直。千斤頂頂部與梁底間設置第二層型鋼橫梁。

2.2 頂升施工

正式頂升前必須進行預頂，保證臨時立柱、千斤頂、橫梁、柱頭等裝置在穩定狀態下工作。對臨時立柱、支座位置檢查合格后，方可進行正式頂升。為確保千斤頂負荷一致，在梁體正式起頂前，應使千斤頂、上橫梁及梁底緊密接觸，并作為同步起頂的基準。為此，在同步頂升計數前，可分別給各頂均勻升壓至5 MPa，并將該點位置作為同步的零點。

千斤頂采用分級加載的辦法進行起頂，使梁體脫離原支承體系，平托于各墩所設置的臨時支承上，讓梁體的底面基本水平。各墩位所設置豎向千斤頂同步加載，構成對梁體的“四點支承”。箱梁頂升需分級進行，每級頂升量控制在0.1 cm～0.4 cm左右，控制頂升速度不超過1 mm/min，各頂高差均嚴格控制在0.5 mm范圍內。

2.3 安裝臨時支墊

使用手動千斤頂及倒鏈輔助調整頂橫梁下鋼墊塊臨時支墊，使其固定牢固，位置準確，確保箱梁頂升量滿足設計要求，并能牢靠地承受上部荷載重量。

2.4 新增蓋梁施工

梁體頂升后，拆除舊支座，鑿除立柱端頭部分混凝土(為保障頂升體系的穩定，鑿除時采用靜力鑿除)，進行新增蓋梁施工。

2.5 支座調整

蓋梁混凝土強度達到設計要求后，進行支座墊石及支座平面位置調整，支座間距由原設計1 m調整為3 m～3.2 m。

2.6 落梁

支座調整安裝操作完后，按落梁施工的步驟利用豎向千斤頂拆除臨時支墊，分組、分級緩慢落梁，直至各墩支座反力及位置符合設計的復位要求，落梁施工結束。落梁過程中利用橫向限位裝置妥當限位。梁頂高程回落到設計高程的施工過程，與梁體頂升的施工過程相反，施工步驟和要求基本相同。

3 頂升穩定標準與終止條件

1)箱梁頂升按照頂升高度與應力控制雙重控制，頂升高度控制在0.5 cm～2.0 cm之間，以滿足現場實際施工需要最小空間為準，同時，混凝土應力變化控制在0.8 MPa～2.5 MPa范圍內。

2)箱梁頂升過程中箱梁應變實測值與理論值對比，如果應力偏差較大時，須終止頂升。

3)箱梁頂升過程中在一個分級內橋墩沉降量大于頂升量時，須終止頂升。

4)每級頂升橋墩增加支反力與計算支反力相差較大時，須終止頂升。

5)每級頂升橋墩下沉量，在最后1 h如不大于0.1 mm即可認為穩定，可以進行下一級頂升。

6)箱梁頂升時橋墩未達到穩定狀態不得進行下一級頂升。

7)所有頂升數據應及時填寫記錄，以備查用。

4 頂升施工監控

本項目各匝道橋均為曲線橋，梁體起頂時，重心將發生豎直及水平方向的空間變化，箱梁內部也會產生相應應力變化，因此在頂升過程中必須采取嚴格的控制措施，掌握施工中梁體受力和位移變化情況，確保頂梁施工的安全，同時確保頂升完成后結構的線形及內力分布滿足設計和規范要求。

4.1 頂升高度及水平位移控制

在起頂處監控梁的起頂高度，同時監控下部支架的沉降變化，監控設備采用光柵尺。利用全站儀監控起頂時的水平位移情況，確保位移量不超過設計預警值。

4.2 應力控制

在梁體主要受力截面貼上混凝土應變計(見圖1，圖2)，依據起頂分級監控混凝土應力變化情況。同時在裂縫處安裝電阻裂縫計，嚴格監控裂縫擴展情況。監控范圍為每一起頂階段各跨及其受本階段影響的兩邊跨。

圖1 箱梁跨中截面梁底應變觀測點設置示意圖

圖2 箱梁支點截面梁底應變觀測點設置示意圖

監控若超出預警值，應立即停止起頂，分析原因，采取糾正措施進行復位。如異常情況嚴重，通過一般措施難以恢復到正常情況，則應停止頂升工作，召開專題會議，分析解決問題。

5 施工組織管理

梁體頂升施工技術復雜，在起頂施工前，應制定科學、完善的施工方案，盡量避免意外事故發生。成立頂升施工管理小組，對參建人員進行明確分工，起頂前對操作工人做好技術及安全培訓。針對頂升過程中常發生的問題，制定詳細的應急預案。

6 結語

獨柱墩改造加固的設計理念多種多樣，利用國際先進的同步頂升技術，可以減少改造的費用，最低限度降低對交通流的影響，達到較好的獨柱墩改造效果，解決了匝道橋獨柱墩穩定性較差這一技術難題。

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