既有橋梁整體頂升施工及控制技術研究

任青龍（合肥市市政工程管理處，安徽　合肥　230011）

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既有橋梁整體頂升施工及控制技術研究

任青龍（合肥市市政工程管理處，安徽合肥230011）

橋梁整體頂升技術作為一種新型的橋梁加固、更換支座等的重要技術措施已應用于實際的橋梁工程中，但在施工中還有一些關鍵技術還依靠工程人員的經驗來設計和施工。本文結合已有的研究成果，研究既有橋梁整體頂升工程施工技術、支座更換技術、監控及質量檢測技術，并成功應用于合肥市北二環跨板橋河橋頂升工程施工，研究成果可供同類橋梁施工借鑒。

橋梁；整體頂升；施工工藝；監控；質量檢測

橋梁頂升技術作為一種新型的橋梁加固、更換支座等的重要技術措施已應用于實際的橋梁工程中，在處理由于通航等級提高、路線改造等引起的橋下凈空不足，橋梁沉降及橋梁支座老化等問題有著不可比擬的優勢。目前國內外已有許多橋梁頂升的成功案例，整個工程技術在橋梁改造中應用已日趨成熟。在2002年，美國的Balfour Betty建筑公司和ENERPAC公司利用液壓控制同步頂升系統，在不中斷交通的情況下對美國最高的金門大橋進行了抗震改造［1～2］；在2003年，天津市政府為滿足海河兩岸開發改造需求，恢復海河干流通航，計劃將北安橋整體抬升1.5m，兩側加寬9m。該橋總重3700t，采取同步頂升方法，在不損傷橋梁結構的同時，也盡量不影響交通［3～4］。

橋梁頂升技術的發展時間較短，處于日趨成熟的過程中，在應用中還有一些關鍵技術還依靠工程人員的經驗來設計和施工［5］，因此還需進一步研究和實踐。文章結合已有的研究成果，研究既有橋梁整體頂升工程施工技術、支座更換技術、監控及質量檢測技術，并成功應用于合肥市北二環跨板橋河橋頂升工程施工。

1　工程概況

1.1橋梁概況

碭山路跨板橋河橋位于合肥市北二環碭山路段，跨越板橋河，為4跨鋼筋混凝土連續箱梁橋，橋跨布置：12.0m+ 18.0m+18.0m+12.0m，橋梁全長為67.5m。橋寬59.8m。橋面橫向布置：3.0m（中央分隔帶）+2×12.0m（機動車道）+2×2.0m（機非分隔帶）+2×8.2m（非機動車道）+2×5.8m（人行道）+2×0.4m（欄桿）。橋梁上部結構為鋼筋混凝土連續箱梁。下部結構橋墩采用圓柱式墩，基礎采用樁基礎，橋臺采用柱式臺，基礎采用樁基礎。全橋采用盆式橡膠支座，2號墩為固定墩；橋面鋪裝采用瀝青混凝土，伸縮縫采用仿毛勒式伸縮縫。

1.2橋梁主要病害

2010年9月橋梁養護管理巡查時發現北側輔道橋橋臺處出現5cm左右的高差，超載大型車通過時橋梁端部變形異常，導致伸縮縫損壞，并有輕微橫向擺動，橋臺外側支座脫空，內側支座壓縮變形過大。圖1（a）、（b）是兩張具有代表性的支座病害照片。

圖1　支座病害代表照片

經檢測單位對橋梁進行詳細檢測，發現：左2幅、右2幅盆式支座存在嚴重脫空和非均勻壓縮變形危及到結構安全（全橋支座普遍銹蝕，其中9個銹蝕明顯，17個支座受壓嚴重，6個存在錯位現象，5個支座脫空，其中4個完全脫空，伴縱向錯位）。依據《城市橋梁養護技術規范》（CJJ99-2003）的相關規定，將該橋直接評定為D級，處于不合格狀態，建議對其采用整體頂升技術進行支座更換施工。

2　頂升施工

2.1頂升平臺方案

頂升平臺的主要作用是與柱頂共同作為千斤頂頂升的反力架和工作平臺，拓寬墩柱頂放置千斤頂和輔助支撐的工作面。通常在不影響橋梁結構安全的前提下直接選擇橋梁自身結構（如：墩臺、蓋梁等）作為頂升平臺。但在實際施工過程中，受橋梁本身的限制和現場施工環境的影響（如：無蓋梁、梁底至墩臺頂間隙不足，無法放置頂升設備等）無法直接選擇橋梁自身結構作為頂升平臺，則需另行搭設頂升平臺［6］。

由于板橋河橋下部結構橋墩采用圓柱式墩，基礎采用樁基礎。墩柱間無蓋梁和承臺，墩頂面積較小，無法放置千斤頂，因此無法直接利用墩頂做為頂升平臺和利用承臺做基礎搭設反力架作為頂升反力支撐平臺；又因橋梁所跨板橋河底積淤較深，需進行圍堰，對河床進行清理后分層依次填筑填隙碎石、級配碎石、C25片石混凝土后才能搭設支撐墩或支架作為頂升反力支撐平臺，施工較為困難，且施工平臺基礎難滿足頂升要求，會對梁體頂升時橋梁結構安全造成很大隱患。因此結合橋梁的實際情況，通過反復比較，選擇采用在墩頂搭設鋼抱箍作為頂升平臺，因橋臺的支撐高度及面積滿足頂升需求直接作為橋臺處頂升平臺。圖2是在原橋墩頂搭設鋼抱箍作為頂升反力支撐平臺照片。

圖2　鋼抱箍頂升平臺搭設照片

2.2頂升平臺設計

鋼抱箍是利用在墩柱上的適當部位安裝抱箍并使之通過高強螺栓與墩柱夾緊產生的最大靜摩擦力，來克服梁體頂升的重量。鋼抱箍的關鍵是要確保抱箍與墩柱間有足夠的摩擦力，以安全地傳遞荷載。

鋼抱箍由套箍、肋板和頂板三部分組成，本次施工頂板、肋板和套箍均采用厚度為25mm的Q235鋼板，套箍分為三塊制作，塊與塊之間采用高強螺栓連接。經計算，鋼抱箍預緊力及高強螺栓抗剪驗算均滿足要求。鋼抱箍構造如圖3～5所示。

2.3頂升平臺安裝

鋼抱箍在現場制作和安裝，便于根據實際情況適當調整。托架主要由套箍、肋板和頂板三部分組成。套箍必須與墩柱套緊，安裝時分塊套箍之間采用螺栓錨緊［1］。

圖3　臨時托架構造1

圖4　臨時托架構造2

圖5　臨時托架構造3

托架頂鋼板與墩柱頂面必須貼合緊密，確保頂升過程中鋼板與墩柱頂面受力均勻，避免發生局部壓碎現象。因此，對于墩柱頂面應先鑿除疏松混凝土，采用結構膠找平、修補，并打磨、校準水平。同時在墩柱頂部與鋼套箍接觸面上采用側面粘貼碳纖維布、頂面墊橡膠套等方法確保鋼套箍與墩柱有效、緊密接觸，同時保護墩柱頂部。

2.4千斤頂與臨時支撐的布置

根據設計圖紙的要求，施工選用的單個千斤頂的頂升力為100t，油缸外徑最大值25cm，千斤頂本體高度不大于20cm。單個輔助支撐能承受200t的豎向力，外徑不大于25cm，且具有穩定性。下墊鋼板緊靠墊石邊緣布置，鋼墊板規格為（300×300×30）mm，千斤頂中心線應與下墊鋼板中心線重合。

在需頂升的墩柱上，支座墊石橫橋向兩側各縱向布置3個千斤頂，每個墩柱上共計6個千斤頂。輔助支撐起到頂升間歇過程中及頂升完畢更換支座期間的梁體穩定作用。墩柱千斤頂及輔助支撐系統如圖6所示。

圖6　單柱千斤頂及輔助支撐平面布置圖

千斤頂安裝時，為了增加局部承壓面積，在千斤頂與箱梁底面、墩柱頂面接觸面放置鋼墊板。千斤頂軸線必須豎直，墊板必須水平。安裝時采用水平尺校準水平，并對鋼墊板與箱梁、橋臺的接觸面打磨平整［7］。

當千斤頂、輔助支撐高度不足時，采用水平、平整的鋼板填塞在千斤頂、輔助支撐之間，但應確保鋼板之間密貼無縫隙。

2.5梁體頂升

板橋河橋為鋼筋混凝土連續彎橋，梁體頂升時梁體應力變化和變形情況復雜，同時要求對梁體位移的控制精度要求非常高，如控制不當會對梁體結構安全產生嚴重影響。因此為確保頂升過程中梁體的安全，制定了詳細的頂升技術方案［8］。

2.5.1頂升前準備

（1）現場成立梁體頂升工作小組。

項目經理任組長，項目總工與項目副經理任副組長。同時每墩設現場總指揮1人，技術負責1人，頂升控制系統操作人員2人、千斤頂操作人員4人，梁下百分表檢測人員12人，其他檢測人員2人，油泵操作1人，錄像或拍照1人，安全員2人、監測2人（頂升時現場所有人員采用對講機保持通訊）。

頂升前應對參加頂升的管理人員和操作人員進行明確的分工，并進行技術交底。交底內容應包括頂升技術交底、崗位分工、崗位職責、信息渠道常用術語、及施工禁止項等。

（2）安裝設備。

施工前對液壓系統、控制器、千斤頂、位移傳感器、百分表（精度0.01mm）等所有儀器、設備（特別是梁體頂升所用的千斤頂、壓力表等）進行檢查、調試與標定，合格后方可投入施工。并提供合格的檢查與標定證書。

（3）測量支座處梁底標高。

（4）預緊，稱重，調整，各點數據記錄，試頂升，檢查各點受力情況。

（5）試頂升。主道橋與輔導橋在正式頂升前均必須進行試頂升，試頂升高度1mm。試頂主要是為了消除支撐本身的非彈性變形或沉降，在主梁還沒有完全頂起時即可停止，并停放0.5～1.0h觀察無任何變化后才能開始整體頂升。

2.5.2頂升

正式頂升時，在專業人員的統一指揮下所有千斤頂慢慢用力整體頂起梁體，采用分級加載，按照5mm+5mm的順序進行頂升，每級為5mm。第一級時持壓5min，其他持壓10min；末級加壓值按最終頂起量控制。當實際頂升力接近設計噸位時，放緩頂升速度，并由專人在頂升過程中試取原支座，當頂升至合適高度，上鋼板與原支座剛剛脫離、能夠取出原支座時即可停止頂升。然后安裝輔助支撐，輔助支撐于箱梁、墩柱頂面之間放置3cm厚鋼墊板。輔助支撐應可以微調，且采用機械鎖定，防止鎖定松動。

根據設計圖紙的要求，相鄰墩之間頂升的相對高差須控制在5mm內。考慮到板橋河橋為鋼筋混凝土連續彎橋，為確保梁體安全，實際施工過程中相鄰墩之間頂升的相對高差制在3mm內，如超過3mm則應立即停止頂升。在實際施工過程中，要兼顧錨固在梁體上的原上鋼板和支座之間能夠脫空，原支座能順利取出、楔塊和墊石能鑿除和重新澆筑、新支座順利安裝等施工可操作。最終頂升高度為5～10cm。

在頂升梁體時，要確保所有支點同步提升。頂升時應采取相應的監控措施。

在條件允許的情況下，為了保證頂起過程中不至于損傷梁底，在梁底與千斤頂設備接觸處用厚約2cm的木板墊實，確保軟接觸密合。

部分支座墊石、鋼板有病害，在頂起梁去除原有支座后進行相應的處治，支座下方用高標號環氧樹脂砂漿找平，計算出需調整的高度，用合適厚度的鋼板來調節，調節施工完畢后，重新安裝新的支座。

支座安裝時，應防止支座出現偏壓或產生過大的初始剪切變形。

2.5.3注意事項

頂升前須測量各支座處梁底標高；落梁過程中，梁體必須落至預定標高。支座更換之前需要對支座的位置進行標記，新支座安裝時，盡量安照原有位置安放。在同一墩（臺）上的同一排支座，其橫向位置成一條線，且到墩臺橫向中心線的垂直距離一致。在同一橋墩上的兩排支座，各自與橋墩橫向中心線的垂直距離必須相等，避免在支座位置出現偏心受壓現象。

2.6支座拆除與更新

為確保處理效果和施工質量，增加操作凈空，在墩頂頂升完成并持荷穩定后，拆除原支座，通過頂升前測量的標高對墊石和楔形塊進行調整。

2.6.1支座墊石的處理

本次施工更換的盆式支座尺寸比舊支座尺寸有所改變，施工過程中根據新支座的高度調整原支座下墊石的高度 （鑿除或墊高下墊石）來確保新支座安裝后的標高。

新支座高度增加則鑿除病害支座處的墩頂支座墊石來降低標高。墊石鑿除用輕小型設備人工鑿除。鑿除后，對墩柱頂面局部缺陷采用環氧結構膠批嵌，再找平，使其恢復平整、無凹凸，再用地腳螺栓固定下預埋鋼板。

2.6.2楔形塊的處理

由于梁體抬高后，千斤頂和臨時支撐均布置在楔形塊兩側，施工操作面狹小，如果使用電錘、氣泵等工具鑿除梁底楔形塊，震動大，對柱頂支撐和混凝土有一定的影響，采取人工切割的方式對其進行改造，然后用環氧結構膠修補、擴大楔形塊尺寸，并探測梁底楔塊處是否存在內部損傷，如有，需進一步修補。直至滿足支座安裝要求［9］。

梁底楔形塊的平面尺寸，要滿足支座安裝要求，楔塊四個角的高度根據現場實測的梁底縱、橫坡調整。

支座更換后，采用在墊石和楔塊中預埋鋼板，新支座鋼板與預埋鋼板焊接的方案。新預埋鋼板必須保證錨固可靠，滿足規范要求。施工中主要采用粘鋼或焊接的方法將新預埋鋼板粘貼在梁體或焊接在原預埋鋼板上。

表1　板橋河橋南側輔道橋頂升位移數據監測表（位移傳感器）

2.6.3新支座安裝

為保證所有支座受力均勻，同時考慮到支座的使用年限，本次支座更換施工對橋梁的全部支座進行更換。

在確保與支座接觸的梁底楔形塊和支座墊石表面處理達標后，進行新支座的安裝施工：核對新支座安裝位置并放樣；安裝新支座，下支座板四角用鋼楔塊調整，使支座水平；將新支座的頂板和底板焊接在楔塊和墊石頂面的預埋鋼板上；采用焊接時，應防止燒壞混凝土；在支座底面縫隙處用環氧砂漿填塞，硬化后拆除支座四角臨時鋼楔塊，并用環氧砂漿修補；拆除上下支座連接板，再次檢查支座外觀；安裝支座防塵罩，新支座安裝的如圖7所示。

2.7落梁

支座安裝完成后，去掉鋼板或混凝土墊塊或其他臨時支撐體系，將頂起的梁按頂升時的分級情況逐步回落，落梁時采取與頂升相同的保障監控措施。落梁后須保證所有支座與梁體接觸密貼可靠，支座與梁底接觸保持水平。如不滿足要求則必須重新頂升進行糾正，重新頂升時頂升方法和步驟與支座更換時一致，不得用千斤頂單獨頂起一片梁來糾正支座位置。

圖7　新支座安裝代表照

2.8施工監測

由于鋼筋混凝土連續彎橋在頂升與回落過程中結構內可能產生較大的附加內力，因此在頂升過程中需對梁體控制截面的位移、裂縫等進行監測。此次頂升施工監控的是以位移監控和裂縫監控為主。

2.8.1位移監控

各頂升點處的頂升量應嚴格按照設計要求進行。在頂升千斤頂箱梁底板設置位移傳感器與百分表，同時在邊梁內側邊緣與墩臺側面各設置百分表，以便控制梁體的橫向位移。頂升時通過位移傳感器與百分表的讀數控制頂升量并控制梁體的轉動［10］，要求同一截面位移傳感器與百分表的讀數變化在頂升過程中應一致。同步頂升位移傳感器布置和百分表布置如圖8～9所示。

圖8　同步頂升位移傳感器布置　

圖9　同步頂升百分表布置

在南側輔道橋的頂升過程中，考慮到橋梁結構的特殊性，頂升過程中共進行了9次頂升，每次頂升最大位移控制在5mm，詳細數據見表1。

通過頂升位移監測數據顯示，南側輔道橋在梁體同步頂升過程中，每次頂升各頂升點最大高差不超過2mm。頂升完畢后，最大頂升高度為51.05mm，最小頂升高度為49.01mm，高差為2.04mm，沒有超出施工前提出的最大3mm的頂升高差。因此頂升過程控制良好，滿足設計要求，確保了梁體的安全。

2.8.2裂縫觀測

施工前，對箱梁已有裂縫進行長度、寬度的測量，并作好記錄。在頂升過程中，對原有裂縫觀測其寬度及長度的變化情況，并檢查有無新生裂縫，作好裂縫性狀的記錄。

通過施工前、后及施工過程中對裂縫的觀測，在頂升過程中，裂縫測點處原裂縫未出現可見變化，同時梁體無新增裂縫。

3　頂升施工后質量監測

為了全面檢驗本次板橋河橋支座更換的施工質量及施工后橋梁的整體狀況，在施工過程中和施工結束后分別從新支座的安裝質量，橋梁施工前后標高對比及橋梁整體荷載試驗三個方面對全橋進行了全面的檢測。

經檢測，支座安裝質量各項檢查結果在規范允許誤差范圍內即為合格；支座更換前后各墩臺頂新支座安裝處高度控制良好，支座更換后梁體標高在原設計的基礎上抬升統一，橋梁不會因為標高的變化對梁體產生不利影響。通過靜動載試驗，結果表明結構剛度及強度均滿足公路Ⅱ級設計要求。

4　結論

（1）結合橋梁的實際情況，通過反復比較，文章提出在墩頂搭設鋼抱箍作為頂升平臺，橋臺作為其頂升平臺的方案，并進行了相應的設計和施工。

（2）確定了位移和裂縫監測目標，并進行了相應監測，結果表明頂升過程中監測點高差為2.04mm，未超過3mm的頂升高差要求；在頂升過程中，裂縫測點處原裂縫未出現可見變化，同時梁體無新增裂縫。

（3）通過頂升后支座安裝質量檢查、梁體標高測量和靜動載試驗，結果表明板橋河橋頂升施工質量良好，本文所提出連續梁橋頂升施工及監控技術可以為同類型橋梁施工提供借鑒。

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2016-3-8

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2095-2066（2016）11-0143-04