現澆連續箱梁橋墩改造施工

徐洪弟

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都610031)

目前高速公路匝道、城市道路上的曲線橋梁大多采用獨柱墩現澆連續箱梁結構。該形式具有線性優美，每跨減少1根樁基、1根立柱節約初期建設成本，減少土地占用，擴展橋下空間結構等特點。同時此種橋梁形式也顯現出一些問題，其一：在偏心偶然超載作用下,出現的梁體傾斜而引起橋梁倒塌。其二：抗震能力較弱，在橫向地震情況下發生的側向倒塌，2008年汶川地震后，針對震后橋梁病害的調查發現大部分獨柱墩的橋梁損害嚴重。

在偏心荷載以及橫向地震波的作用下，獨柱墩橋梁整體失穩、傾覆的風險性很高，很多地區開始對獨柱墩進行加固改造。一般在獨柱墩上只設置一個支座，這只能限制豎向撓曲，不能限制扭轉變形。所以對獨柱墩的改造不僅局限于增加豎向支撐，而應對其整體進行改造。

較為可靠的方案是:將原有的獨柱墩拆除，更換為可靠的矩形(或雙柱)墩等類型。施工設計最重要的就是拆除墩柱過程中，保證原有梁體支撐的受力安全以及新墩柱與梁體的連接。其核心技術是:安全可控的更換墩柱。

1 設計特點

現澆連續箱梁橋墩改造施工實現了安全頂升橋梁并更換墩柱，該施工設計新穎創新、工藝成熟、標準化施工，對公路橋梁改造墩柱施工的工期、質量、安全起到了保證作用。其特點為:

(1)通過引進國內外先進的設計及施工技術，解決了獨柱墩改造過程中橋梁的安全性問題；

(2)結合我國公路橋梁通車的情況，可在不中斷交通的情況下進行橋墩改造施工作業；

(3)解決了墩柱更換改造后，原連續箱梁落位并與新墩柱連接的問題；

(4)為今后橋梁維修加固改造提供新的思路，對橋梁加固改造的安全性提出新的要求。

2 工藝原理

采用臨時墩支撐原有橋梁上部結構，使上部結構梁體受力由原有橋墩轉換于臨時墩上，梁體與下部構造相脫離，然后拆除原有橋墩，完成新的橋墩框架結構后，重新安放支座，將橋梁上部結構落放于上，完成新建結構與原有橋墩的等效受力替換。這樣就能實現在不損毀橋梁上部構造的同時對病害橋墩的安全替換，有效安全的完成病害橋梁的加固修復工作，消除了原橋梁存在的安全隱患。

3 施工流程及操作要點

3.1 施工流程

施工臨時支撐墩基礎→架設臨時支撐墩→原橋箱梁頂升→拆除原有支座→破除原橋墩→框架橫梁施工→墊石施工→安裝新支座→落梁(圖1)。

圖1 施工流程

3.2 操作要點

3.2.1 搭設施工平臺

對施工區域進行支架加密，選擇合理的施工平臺搭設位置，且滿足施工人員的可操作性、安全性。施工平臺采用5 cm直徑鋼管進行支撐，在施工人員操作位置鋪設3 cm厚木板，并用鐵絲進行錨固；平臺四周設置1.2 m高的護欄，同時在平臺四周設置腳踢板以確保安全。

3.2.2 加密承重支架

臨時墩設置釆用在墩柱附近用4根φ1 000×10 mm的無縫鋼管(圖2、圖3)，且用槽鋼橫向兩兩焊接，將其連成整體。臨時墩布置應避開新建墩柱并保證不影響新建工程的施工。臨時墩采用鋼管樁基礎(用打樁機完成)，其基礎承載力應通過驗算滿足設計要求。

臨時墩安裝應保證其垂直度滿足規范要求，且兩兩橫向獨立支撐間用槽鋼連接，以保證臨時支撐的剛度及穩定性。因考慮到要進行框架墩及橫梁施工，所以臨時墩中心應能夠與箱梁腹板中心在一條垂直線上，其加勁撐應避開原橋墩和框架墩及橫梁。

圖2 臨時墩布置

圖3 鋼管布置實例(照片)

3.2.3 設置分配梁、千斤頂

承重無縫鋼管安裝完畢后，在上部鋼板上放置板式橡膠支座，并在橡膠支座上設置I 22b～I 60a不等高工字鋼分配梁，保證分配梁支撐位置與千斤頂中心線位置在同一直線上。

在分配梁設置完畢后便可設置千斤頂，根據橋梁的上部荷載及安全角度考慮，經驗算在各個鋼管墩柱上分部設置100～200 t千斤頂。并在千斤頂頂部設置1 cm厚加寬鋼板，鋼板尺寸大于千斤頂頂面尺寸。必要時可適當增加鋼板的厚度，但最終鋼板厚度不超過7 cm。

3.2.4 同步系統布置

3.2.4.1 同步頂升系統的調試安裝

頂升采用DR-LON-5000-DQP自動同步頂升系統，同步頂升系統采用位移和頂升壓力的雙控作為頂升控制依據，外部數據采集以位移電子傳感器作為位移采集，壓力傳感器作為壓力采集。系統采用自主研發的軟件作為采集數據的綜合后處理，系統合成了微位移誤差控制、微油路壓力控制、自動開關油泵控制、斷電自鎖控制、屏顯數據控制等自動化控制系統。

3.2.4.2 監測設備的安裝

監測設備為同步頂升系統的配套設備，主要為位移傳感器、壓力傳感器、百分表。位移傳感器的安裝位置須在千斤頂附近，以最近距離控制可真實反映頂升過程中的位移情況。壓力傳感器應配套安裝，真實反映千斤頂所承受的壓力數值。同時在梁底板安裝百分表作為輔助位移控制和糾正控制。

3.2.5 預頂升

預頂升(以梁體頂起5 mm為準)主要為消除全套頂升系統可能出現的問題，如氣壓、油路油泵壓力不夠等，同時消除頂升過程中可能出現的非彈性變形。預頂升以千斤頂頂至設計荷載為控制荷載，并應持荷5 min以上卸載。

卸載后檢查千斤頂上下鋼板有無變形現象，必要時可調整鋼板的厚度以滿足頂升要求。檢查千斤頂放置位置下的結構物有無區別于頂升前的現象，如存在應認真查出原因后方可正式頂升。

3.2.6 正式頂升

正式頂升時應嚴格進行頂升壓力及頂升位移的同步控制，各千斤頂的位移差不能超過2 mm，在頂升過程中注意系統各部位的檢查，一次頂升到位。頂升高度應以能拆除支座為宜，且總頂升高度控制在8 mm內。如達到8 mm仍不能拆除支座時，則需重新制定頂升方案。正式頂升完成后對臨時支撐系統觀測3 d后方可拆除原有立柱及支座。

3.2.7 千斤頂臨時支撐

因千斤頂不能長時間持荷，在頂升至設計位置后，便可設置臨時支撐，臨時支撐采用I 22b工字鋼加工而成，工字鋼上下表面均采用鋼板焊接。臨時支撐的設置緊鄰千斤頂位置，并可適當加密。

3.2.8 橫梁施工

橫梁施工采用滿堂支架進行施工，模板采用高密度壓縮板。滿堂支架搭設之前先進行地基處理，如地基表面有松散土層，用壓路機進行碾壓后鋪筑10 cm厚C20混疑土墊層。滿堂支架縱向每4.5 m設置一道剪刀撐，橫向每4.2 m設置一道剪刀撐,支架橫桿60 cm，立桿120 cm，滿堂支架搭設完成后鋪設底板，并按照梁重的120%進行預壓。

3.2.9 墊石施工

墊石頂面距原箱梁底面空間較小，采用人工鐵鍬灌入混凝土。在墊石模板外側掛附著式振動器進行振搗，振動器位置在距墊石底部30 cm和75 cm處。墊石頂面混凝土用插入式振動棒斜向振搗。

3.2.10 支座安裝

使用可調節高度為0～100 cm的升降車安裝支座，先將支座拖運上升降車，再將小車升高到圖4所示高度，待混凝土強度達到要求后，可進行新支座的安裝；在安裝過程中因受施工空間的限制，在澆筑混凝土前應嚴格控制螺栓位置放線并進行復核后預留。落梁后檢查支座是否均勻變形，有無支座脫空現象。

圖4 支座安裝示意

3.2.11 落梁

由于橫梁產生的下撓理論計算與實際會產生一定的偏差，采用預落梁以驗證橫梁下撓的具體數據，根據實測數據調整支座鋼板厚度，以保證落梁后橋線達到預定高程。在橫梁預應力張拉完成后進行落梁，落梁程序與頂升程序相反，落至支座承載以前應注意各墩減速是否一致，位移變化是否一致，相差過大時應找出原因處理后重新落梁。

在橫梁上支座附近安放兩個300 t千斤頂，千斤頂上方墊設30 cm×30 cm×2 cm鋼板，將原箱梁落至千斤頂上，根據落梁后原橋高程變動情況，結合設計活載變形計算數據，計算新支座總體厚度，以保證原橋下落后達到預定高程。

原橋的高程采用相對高程檢測，在頂升之前、頂升中、下落過程中，采用位移傳感器記錄原橋高程變化情況。考慮到新建改造橋基樁下沉、橫梁徐變等因素影響，落梁后原橋箱梁高度比改造前高出3～4 mm。

4 監控

4.1 監控內容和方法

(1)頂升力監控。實時監測每個千斤頂的實際頂升力。當千斤頂的實際頂升力與理論相差10%時，需停止頂升檢查分析原因，待問題解決后方可繼續頂升。

(2)變形監控。在更換支座的墩位處，箱梁下緣設兩個百分表撓度觀測點，用于進行起頂過程及起頂量的最終控制。改造的各墩支承一次頂升到位，且總體頂升量控制在5 mm內。頂升過程中，對各個百分表數據進行實時監控，各千斤頂間的頂升位移差不超過2 mm。

(3)高程監控。在頂升支座墩和相鄰墩處設置高程測點，利用精密水準儀對各點進行高程測量，要求各墩頂間的豎向位移差不大于5 mm，否則停止頂升。在橫梁施工期間，對各高程點進行定期觀測，若出現沉降及時調整。

(4)應力監控。根據對橋梁進行有限元程序結構計算后的結果，在梁體頂升過程中，頂升墩處主梁截面上緣將產生較大拉應力，在頂升墩截面處箱梁頂板布置兩個應力觀測點進行應力觀測。

4.2 支座更換、安裝的監控

(1)頂梁前準備階段。檢查起頂位置，是否控制在設計圖規定的位置處；過橋電纜是否影響頂梁作業；在更換支座墩墩頂和相鄰墩墩頂各設置二個基準點，在橋臺處設置兩個基準點，以確定箱梁的初始位置，控制箱梁的頂起位移量及落梁時是否恢復到起頂前位置；梁底是否已標明支座中心線位置；檢查箱梁上布置的應變測點及位移測點。

(2)頂梁階段。檢查、記錄所有位移計的初始讀數；起頂后在每級加載穩定后檢查記錄百分表讀數(控制每級加載的起頂位移量)；觀察應變測點的應變情況(確保每級加載后結構的安全)；停止頂梁后，檢查千斤頂保險箍是否上緊；頂梁后及時進行高程測量，計算出頂起總位移量，并與百分表讀數計算出來的頂起總位移量進行比較。

(3)舊支座拆除和橫梁施工階段。為了確保安全，施工中原有墩暫不拆除，做好相關準備工作，完成新橫梁施工(此時需要拆除原有墩)，其中間施工期間較長，待養護張拉完成，盡可能快地完成體系轉換落梁。在橫梁施工期間，對各高程點進行定期觀測，若出現沉降及時調整。

(4)落梁階段。檢查千斤頂保險箍是否松開；在每一級回落千斤頂時進行應力和位移量觀測；檢查箱梁是否回落到起頂前的位置。

5 結論

本現澆連續箱梁橋墩改造施工方法“設計獨特，安全可靠”，可有效解決現場施工和交通運營相沖突的矛盾，造成的社會影響面小，具有較好的經濟效益和社會效益。施工所用設備為技術先進、性能良好的配套施工設備，有效地保證了施工質量且有利于標準化、專業化操作和管理，在安全施工、施工工藝、內在質量方面均能收到良好的效果，值得業內推廣。

[1] 范立礎.預應力混凝土連續梁橋[M].北京:人民交通出版社,1997

[2] JTGD 60-2004公路橋涵設計通用規范[S]

[3] JTG/TF 50-2011公路橋涵施工技術規范[S]

[4] JTGD 62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S]

[5] JTG/TJ 23-2008公路橋梁加固施工技術規范[S]

[6] JTG/TJ 21-2011公路橋梁承載能力檢測評定規程[S]