整體調坡頂升技術在立交橋改造工程中的應用

潘躍順，董全保，李立亮

（上海先為土木工程有限公司，上海市 2 00331）

整體調坡頂升技術在立交橋改造工程中的應用

潘躍順，董全保，李立亮

（上海先為土木工程有限公司，上海市 2 00331）

以石家莊市和平西路高架橋西延（中華大街～西二環）PM13#-PM22#墩整體調坡頂升工程為例，介紹了橋梁整體調坡頂升技術在城市高架橋改造工程中的應用，有關經驗可供相關專業人員參考。

調坡頂升；高架改造；PLC頂升系統；施工技術

0 引 言

隨著城市快速化發展，目前部分城市現狀道路已無法滿足交通需要，已經形成了一個全路段、常態化的擁堵狀況。由于道路本身容量不足，雖然交管部門已經采取了各種交通管理措施，但交通擁堵問題仍然無法解決，導致和平路未能體現城市快速交通走廊的功能，亟須進行改造。為節約投資、加快工期及減少對周圍環境的影響，決定采用對原有立交橋進行整體調坡頂升的施工方法，使原立交橋與新建的高架橋連接起來。本文擬從該工程的頂升方案、設備、技術、施工、注意事項及取得的效果等作了較詳細的闡述。

1 工程概況

1.1 項目概況

和平路位于省會城市核心區的北側，為石家莊市北翼連接城市東西的主要通道之一，是城市總體規劃確定的“環形快速路+井字形機動車主通道”的重要組成部分。目前，和平路中華北大街至建設大街段，約3.7 km范圍內采用高架連續跨越；和平路中華大街至西二環段為地面道路，沿線多為信控路口，為解決常年擁堵現狀，擬對中華大街至西二環地面段新建高架橋，為使原有立交與新建高架的連接，需對Pm13～Pm22墩進行調坡頂升改造，保證原立交橋的有效利用。

1.2 橋梁概況

該調坡頂升段于2009年竣工，已運行7 a。橋跨組成為：（20.94 m+21.04 m×8）預制預應力混凝土簡支空心板，共計9跨。橋寬25.5 m，橋面組成為：3×0.5 m（防撞墻）+12 m×2（車道寬）。預應力混凝土簡支空心板按A類預應力混凝土構件設計，每跨共24片單板。

橋墩采用方柱式墩，單墩配置2個立柱，頂部設置蓋梁，墩頂蓋梁均采用“Π”型蓋梁，見圖1。

1.3 頂升高度和重量

圖1 和平路高架西延斷面圖（單位:mm）

本次調坡頂升工程橋梁全長189.26 m，共九跨簡支板梁。調整頂升高度為0～5.882 m，見表1，頂升面積為4 826.13 m2。

表1 各橋墩（臺）頂升高度表 m

頂升段橋梁的總體重量約11 000 t，見表2。

表2 各橋墩頂升重量表 t

施工時可根據頂升設備等具體情況設置千斤頂個數及噸位，必須保證千斤頂的噸位有足夠的安全儲備。

1.4 施工特點和難點

（1）頂升高度最高達約5.882 m，臨時墊塊和頂升支撐循環多，對支承體系的整體穩定性提出了更高的要求，如何確保支撐體系的牢固、可靠、不失穩是本工程的一個難點。

（2）頂升中各跨頂升高度不一，調坡的相鄰墩頂升高差約1 m，對控制系統要求更高，頂升控制系統需具備同一個墩同步頂升和不同號墩同步頂升的功能。

（3）頂升過程中，橋梁上部剛度較大可能出現平動和轉動，必須采取措施避免產生偏移。由于上部結構與原有承臺基礎距離大，如何更有效的選用限位措施是一個難點[1]。

2 總體頂升方案

采用PLC液壓同步頂升控制系統，結合鋼分配梁技術、鋼牛腿植筋技術、靜力切割技術、牽拉限位技術和頂升監控等技術，頂升托換采用直接頂升法和斷柱頂升法兩種方法，通過頂升蓋梁底或板梁底的方法來改變橋面標高，頂升完成后接高立柱或墊石。采用“整體同步頂升、分步到位”的頂升順序。

對于橋臺（Pm13）采用鋼分配梁直接頂升的方法，對于橋墩（Pm14～Pm20）采用斷柱頂升方法，對于頂升高度只有6 cm的（Pm21）橋墩采用超薄千斤頂直接頂升方法。

2.1 頂升反力系統

（1）Pm14#～Pm20#橋墩采用斷柱頂升法，即以承臺——609鋼支撐——蓋梁的托換方式進行頂升。

利用原承臺作為液壓千斤頂的反力基礎，在原承臺上放置鋼支撐，鋼支撐通過植筋的方法，生根在承臺上，增強支撐的穩定性，支撐間設置聯系桿件形成格構柱。在鋼支撐與蓋梁之間安裝頂升千斤頂，保壓后對墩柱進行切割，機械隨動頂安放在墩柱內的切割面上，通過PLC電腦同步控制系統，“整體頂升、同步控制、分級到位“頂升上部結構的方法來實現抬高橋梁標高，頂升到位后，對立柱進行連接，強度達到后拆除609鋼支撐，然后安裝更換原有的支座[3]，見圖2。

圖2 Pm14#～Pm20#整體頂升方案示意圖（單位:mm）

（2）橋臺Pm13#墩采用直接頂升法，以承臺——分配梁——板梁底的托換方式進行頂升,見圖3。

圖3 橋臺Pm13#整體頂升方案示意圖

對原有臺身的斜角進行鑿除找平后安放609鋼支撐，鋼分配梁通過手拉葫蘆吊裝于板梁底，通過高強灌漿料找平，然后在鋼分配梁與鋼支撐間安裝液壓千斤頂與機械隨動頂，通過PLC系統進行頂升。頂升后將原有臺身拆除，再改造承臺、施工新的橋墩、落梁至新橋墩上。

2.2 頂升千斤頂選用與安裝

（1）液壓千斤頂的選用

Pm13～Pm20#墩采用200 t雙作用液壓千斤頂，其參數為：200 t、63 MPa、高366 mm、底徑244 mm、行程最大140 mm。單柱兩側各布置3臺液壓千斤頂，單墩共布置12臺頂升千斤頂，共計2 400 t，安全儲備系數2 400/1 400=1.71。

千斤頂自身帶有多重安全保護裝置，主要是液壓平衡閥和機械螺紋自鎖裝置。增加千斤頂頂升過程中的安全可靠，見圖4。

圖4 液壓頂升千斤頂工作照片

（2）液壓千斤頂的安裝

為便于頂升操作，所有千斤頂均按向下方向安裝，即千斤頂底座固定在蓋梁底和橋臺鋼分配梁的下方。千斤頂安裝時應保證千斤頂的軸線垂直。以免因千斤頂安裝傾斜在頂升過程中產生水平分力。當千斤頂安裝于蓋梁底面時，應在蓋梁底面先安裝一塊水平鋼板，水平鋼板與蓋梁底面用干硬性高強砂漿填塞，然后再將千斤頂安裝于水平鋼板底面。

2.3 機械跟隨千斤頂選用與安裝

（1）機械跟隨千斤頂與液壓交替頂比選與選用

使用油壓頂升缸（液壓千斤頂）頂升重物是工程中常見的施工方法，尤其是幾百噸以上的重載工件施工情況，油壓頂升是唯一可行的選擇。但如果液壓千斤頂在頂升時發生意外內泄的意外因素，使重載頂升的安全性受到限制。目前有兩種理念方法對頂升千斤頂的意外失效時確保梁體的安全措施，其一是所謂的多組千斤頂交替頂升的方法。其二是機械跟隨保護千斤頂進行頂升保護的方法。但目前國內交替頂升法還有很多弊端，故本工程采用我公司發明的機械跟隨保護千斤頂進行頂升，相比交替頂升，隨動千斤頂作為一種機械頂，能隨時提供保護作用，確保頂升構件的絕對安全。無數的工程實例證明，隨動千斤頂應用前景更廣，安全系數更高。

（2）機械跟隨保護千斤頂原理及選用

本裝置的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種在液壓頂升千斤頂油壓突然消失時仍能有效支撐重載工件、避免工件滑落的機械式隨動支撐機構。頂升時，隨著液壓千斤頂的向上頂升，機械跟隨千斤頂實時進行無間隙旋轉位移跟隨確保隨動頂與支撐間的密貼。機械頂隨動千斤頂內部采用機械螺紋來承載，通過機械螺紋的彈性變形來承受上部的荷載，假設液壓千斤頂出現爆管等不利現象，可以立即實時由隨動千斤頂進行支撐，確保頂升構件不致發生塌落風險。

對于Pm14～Pm20#墩，切割完成后，在單柱里面布置4臺機械隨動頂，單墩共布置8臺跟隨頂，安全儲備系數3 200/1 400=2.29。400 t跟隨千斤頂選用參數：承載力400 t、行程140 mm、高390 mm、底徑368 mm。對于橋臺P13#，布置9臺200 t機械跟隨頂，安全儲備系數1 800/700=2.57。200 t跟隨千斤頂選用參數：承載力200噸、行程250 mm、高470 mm、底徑268 mm。

（3）機械跟隨保護千斤頂安裝及分組

為便于頂升操作，所有千斤頂均按向下方向安裝，即跟隨頂底座固定在橋臺分配梁底和墩柱切割面的下方。千斤頂安裝時應保證千斤頂的軸線垂直。以免因千斤頂安裝傾斜在頂升過程中產生水平分力。當千斤頂安裝于墩柱切割面時，應在面上先安裝一塊鋼板，然后再將千斤頂安裝于鋼板底面，隨著頂升高度的增加，跟隨千斤頂下安放840 mm×840 mm×200 mm標準鋼箱墊塊作為支撐，見圖5。

圖5 鋼支撐墊塊安放照片

3 調坡頂升中板梁下滑力分析及處理辦法

調坡頂升時，隨著坡度的不斷變化，蓋梁的水平位移不斷發生變化，而橋梁自身重力產生的下滑力由支座的摩擦力平衡，在橋梁墩柱切斷后，其下滑力需要通過設置其它結構來平衡。通過鋼支撐的格構柱可以平衡一部分下滑力，但由此會造成支撐變形，不利于結構安全。而且同時鋼支撐下部與承臺之間的錨固螺栓型號也要加大。為保證結構安全性，在橋面上設計一套牽拉限位裝置，通過該套裝置來平衡梁體的下滑力。在梁縫兩邊的梁體端頭設置鋼結構焊接在橋面鋪裝鋼筋網上，鋼結構之間用螺栓連接，以平衡下滑力(見圖6)。而且通過螺帽來調節螺栓的長度，還可以牽拉梁體，調節梁體伸長與縮短。由于梁體下滑力的累積，由低到高，所用特制螺栓應根據計算逐步增多。并可根據計算載荷的大小采用液壓裝置來施加拉力。

頂升時派專人對限位裝置的螺栓進行收緊，從而起到限制頂升中板梁產生水平位移的作用。頂升時，每3個行程觀測一次，如果縱向位移偏差大于1 cm，既在下一個頂升行程中，派專人在橋面上擰緊螺栓，將板梁的縱向位移調整過來。這樣使每跨的縱向偏移通過每跨安裝的縱向限位裝置進行調整，不會產生位移偏移的累積，導致橋臺處偏移較大，確保立柱的垂直度。

圖6 橋面牽拉式裝置示意圖

4 柱切割

當頂升的土建工程完成、千斤頂及液壓系統安裝完畢后，頂升準備工作到位后，對頂升墩的橋墩進行切割，切割后在柱內安裝隨動千斤頂頂升。采用新型無震動直線切割設備對立柱進行切割，見圖7[2]。

圖7 墩柱切割前后照片

對于Pm14～Pm17#橋墩，柱切割位置一般在墩柱中間處；對于Pm18～Pm20#橋墩，柱切割位置一般在承臺上1.6 m處，盡量避開墩柱的塑性鉸區域。

柱切割注意事項：

（1）將千斤頂加壓至計算荷載的70%；

（2）按切割位置及順序對立柱進行切割；

（3）通過傳感器、水準測量等檢查橋梁姿態情況；

（4）為保證切割時橋梁的絕對安全，避免因千斤頂失壓造成橋梁姿態改變，千斤頂安裝時活塞允許伸出的長度不得大于5 mm。

5 頂升控制系統

計算機液壓同步控制系統就是利用計算機技術，通過計算機工控軟件來控制液壓泵站及其配置的液壓元件，通過計算機指令來控制液壓千斤頂，然后通過位移及力傳感器把液壓千斤壓力變化及頂升的距離反饋至計算機屏幕上，便于操作人員了解有關情況和及時調整。

這種控制系統通過計算機指令來控制液壓千斤頂，系統通過力的平衡自動調整各臺千斤頂的壓力，這樣在頂升過程中保持各頂升力的平衡性，各頂升點所需的頂力值與實際提供值能夠相符。同時這種控制系統通過位移指令來控制液壓千斤頂行程，這樣保證了各臺液壓千斤頂平移的同步性，是一種力和位移綜合控制的頂升方法，這種力和位移綜合控制方法，建立在力和位移雙閉環的控制基礎上。

6 結語

該橋已于2016年9月順利頂升到位，目前立柱連接工作也已完成，正在后續的支座更換施工工作。此次頂升作業共投入使用頂升總控機1臺，頂升泵站7臺，200 t頂升千斤頂80臺，200 t隨動千斤頂56臺，同時采用先進的控制液壓系統，同步頂升跟隨保障系統及整體頂升支撐系統，并保證了頂升工作的順利實施。在河北省內施工中屬于首次頂升這么多跨數的工程，此次頂升規模較大，調坡頂升高度也最高。

該工程可為整個工程大約減少三個月的工期，節約總投資2 800萬元，并能大大減少施工過程中對周圍居民的影響。

[1]尹天軍.高速公路上跨橋整體頂升技術[J].世界橋梁,2009(1): 61-63.

[2]李品濤.橋梁頂升和加高技術[J].公路,2011(1):158-161.

[3]肖軍.城市多跨簡支體系梁橋整體頂升施工過程控制技術[J].四川建筑科學研究,2015,10(5):151-155.

U445.4

B

1009-7716(2017)01-0113-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.033

2016-10-23

潘躍順（1988－），男，山東巨野人，工程師，從事道路橋梁施工工作。