上跨運營公路的橋梁頂升設計與施工

馮思雨

上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336

1 工程概況

武漢三環線上的先建村橋、黃家棚橋、八庫灣橋3座上跨橋因為三環線改造路面標高抬升50 cm，致使橋下凈空達不到設計要求的5 m高度，擬采用橋梁整體頂升的方案實現橋下凈空的調整。

先建村橋、八庫灣橋橋型結構基本一樣，為兩跨連續變截面鋼筋混凝土箱梁（2×23 m），中間墩處梁高1.5 m，端處梁高0.8 m，橋寬8.5 m。下部結構的中間墩采用矩形柱墩，橋臺為U形橋臺，基礎均為擴大基礎（圖1）。

圖1 先建村橋、八庫灣橋橋型布置

黃家棚橋為三跨連續鋼筋混凝土箱梁，梁高1.5 m，橋寬8 m。下部結構的中間墩采用方形墩柱，橋臺采用U形重力式橋臺，基礎均為擴大基礎（圖2）。

圖2 黃家棚橋橋型布置

2 總體頂升方案

3座上跨橋頂升高度均為50 cm。

在原墩臺基礎上植筋澆筑混凝土，安裝鋼支撐提供頂升反力實施頂升，頂升過程中臨時支撐放置于原支座的位置，頂升完成后實施臺帽及墩柱接高、支座安裝工作。

鋼支撐安裝時，要緊靠原墩柱或臺帽，如果對應位置的基礎平面尺寸不能滿足鋼支撐安裝的要求，可采用鑿毛植筋澆筑混凝土的方法予以加大。

千斤頂安裝在梁底，其中心與鋼支撐相對應。為確保橋梁頂升過程中梁體處于正確姿態，在橋臺伸縮縫處安裝縱橫向限位[1-3]。

3 上部荷載計算

利用橋梁博士計算軟件建立模型（圖3），并計算各墩臺處的支座反力，作為布置千斤頂位置及數量的基礎。由于先建村橋與八庫灣橋跨徑、橋寬、結構形式基本一致，故只計算其中一座橋。

圖3 全橋三維模型（八庫灣橋）

4 千斤頂的布置

結合橋梁自身狀況及上述計算結果，3座橋橋臺處各布置2臺200 t頂升千斤頂（圖4），中間墩處各布置4臺200 t千斤頂（圖5）。

5 橋臺處地基承載力的計算

根據相應位置及數量布置千斤頂后，橋臺處千斤頂位置與原支座位置有較大偏差，安全起見，需要對橋臺基底壓力做進一步驗算。

八庫灣橋、先建村橋及黃家棚橋的橋臺結構形式基本一致，在此只簡要地對八庫灣橋2#橋臺基底壓力計算作闡述。

圖4 橋臺處頂升結構布置

圖5 中間墩處頂升結構布置

1）將橋臺承受荷載分為5塊進行計算（圖6），分別為基礎G1=4 840 kN，墩臺G2=2 662.5 kN，側墻G3=3 745 kN，填土G4=4 592.25 kN，立柱荷載N=1 410 kN。基礎底面積為9.50 m×10.44 m=99.18 m2，則基礎底面平均壓力Pk=173.9 kPa＜地基承載力特征值fa=300 kPa，滿足要求。

圖6 八庫灣橋臺受力示意

2）各載荷作用點距基礎中心距離分別為0.12、3.107、1.51、1.51、4.62 m，則考慮偏心載荷作用的基底最大壓力Pkmax=184.2 kPa＜1.2fa=360 kPa，滿足要求。

由此可知，橋臺處地基承載力滿足要求。梁兩側進行順坡處理。另外，該工程中的鋼支撐受壓穩定性經驗算亦符合相關要求。

6 主要工序施工

6.1 頂升基礎處理

原基礎所有的新舊混凝土接觸面必須進行鑿毛處理，鑿毛要均勻且全覆蓋，鑿毛深度控制在6～15 mm，保證露新鮮的混凝土面。鑿毛應該在植筋孔全部打完之后進行，要保證鑿毛面的清潔，且澆筑混凝土前要對鑿毛面進行灑水處理（圖7）。

圖7 施工現場示意

基礎加大施工工序：開挖→打孔（植筋孔）→鑿毛→植筋→鋼筋綁扎→模板安裝→雜物清理（新舊混凝土灑水處理）→混凝土澆筑→混凝土養護→模板拆除。

施工時，要保證新澆筑混凝土上表面平整，以減少安裝鋼支撐之前的修整工作。

6.2 千斤頂的選用

頂升千斤頂均選用同一型號的200 t液壓千斤頂（圖8）。頂身長度395 mm，底座直徑375 mm，頂帽258 mm，最大行程為140 mm。千斤頂均配有液壓鎖，可防止任何形式的系統及管路失壓，從而保證負載的有效支撐。

6.3 千斤頂及鋼支撐

支撐體系由千斤頂、鋼支撐及聯系桿件等組成。

200 t千斤頂下部的臨時支撐采用精加工的φ500 mm×12 mm鋼管作為支撐桿，鋼管上下兩端焊接厚為20 mm的法蘭。為適應不同高度的頂升及千斤頂行程的需求，鋼支撐的高度分別為：2.0、1.0、0.5、0.2、0.1 m。頂升過程中，當小墊塊疊加高度到達1 m時，增加一節1 m鋼支撐用以替換，以增強支撐穩定性。

安裝鋼支撐時要嚴格控制其垂直度偏差不超過1%，防止頂升時出現失穩的情況。

千斤頂采用倒置的方式安裝，活塞向下，采用植入膨脹螺絲的方法吊裝在梁底。千斤頂安裝時必須保證其垂直度偏差不超過2%，以免在頂升過程中產生較大水平分力或者拉傷缸壁。千斤頂安裝時必須在指定位置。

6.4 泵站的選用

選用在多項頂升工程中應用的PLC同步控制變頻泵站（圖9）。每臺泵站2個控制點，是目前頂升工程應用最廣泛、性能最穩定的同步控制液壓設備。

6.5 千斤頂分組

為了實現頂升過程中的高精度同步控制，結合所選用泵站的規格參數，將所安裝的頂升千斤頂分組，每組設一個監控點，與所連接的液壓泵站相對應（圖10、圖11）。

圖8 200 t液壓千斤頂

圖9 兩點同步控制液壓泵站

圖10 八庫灣橋、先建村橋頂升千斤頂分組示意

圖11 黃家棚橋頂升千斤頂分組示意

6.6 位移傳感器

位移傳感器采用精度為0.01 mm的拉線式傳感器，確保整體頂升同步控制在2 mm范圍以內。

6.7 限位裝置的安裝

限位裝置分為縱向限位裝置、橫向限位裝置。

1）縱向限位：3座上跨橋抬升高度均沒有超過臺背的高度，所以均采用臺背設置縱向限位。伸縮縫清理完成后，在伸縮縫中每間隔1 m插入厚度與伸縮縫寬度相應的鋼板，以限制頂升過程中梁體的縱向偏移。

2）橫向限位：3座上跨橋橋臺處通過在蓋梁上表面梁體植筋安裝鋼牛腿以實現側向限位（圖12）。

圖12 橋臺側向限位示意

6.8 整體頂升

為了觀察和考核整個頂升施工系統的工作狀態以及對稱重結果的校核，在正式頂升之前應進行試頂升，試頂升高度10 mm。試頂升結束后，提供整體姿態、結構位移及各監控點實際荷載等數據，為正式頂升提供依據，觀察無問題后，進行正式頂升。頂升采用PLC控制液壓同步頂升系統，整個操縱控制都通過操縱臺實現，操作臺全部采用計算機控制，通過工業總線，施工過程中的位移、載荷等信息，被實時、直觀地顯示在控制室的彩色大屏幕上，使人一目了然，施工中的各種信息被實時記錄在計算機中，長期保存。由于實現了實時監控，工程的安全性和可靠性得到保證，施工的條件也大大改善。

6.9 監控措施

橋梁頂升過程中通過梁底標高觀測來控制頂升高度與各組千斤頂間的同步性，主要監測設備為光柵尺或拉線式位移傳感器，精度均為0.01 mm。其監測點布置主要以千斤頂分組情況為依據，每組千斤頂兩側各布置一臺監測儀器。監測內容主要包括位移監測、橋梁的整體姿態監測等。

6.10 墩柱接高

頂升結束后，對原墩柱進行墩頂接高。

1）墩柱混凝土鑿除。采用人工配合風鎬將墩柱切縫上、下25 cm混凝土鑿出，露出原墩柱鋼筋。

2）鋼筋施工。當在同一連接區段內必須實施100%鋼筋接頭的連接時，應采用Ⅰ級接頭。墩柱接高部分采用與原墩柱同規格、等數量的豎向主筋和箍筋。豎向主筋與墩頂露出部分的主筋采用套筒冷擠壓連接。

3）混凝土澆筑。接高墩柱的混凝土采用緩凝、微膨脹細石混凝土。在混凝土澆筑過程中應緩慢放料，并分層澆搗密實，每層厚30 cm。

4）混凝土養護。墩柱混凝土拆除模板后，用塑料薄膜將新澆筑的混凝土進行纏繞，再利用彩條布或者塑料布包裹，在墩頂部位澆水養護。

7 結語

經過4個月的設計與施工，我們平穩、安全地完成了對八庫灣橋、先建村橋及黃家棚橋3座既有跨線橋的頂升工作，圓滿地解決了武漢三環線改造所衍生出來的矛盾，為既有市政交通設施的改造提供了一個很好的思路。

橋梁頂升技術從21世紀初進入我國，經歷了十幾年的發展，在市政改造、航道升級改造及新建工程中被廣泛應用，創造了可觀的社會效益和經濟效益，逐漸被廣大工程人所接受。

截至目前，國內大大小小的橋梁頂升案例已有上百例，但是還沒有成熟的規范或者標準用以指導、規范施工，使得日益被大家所接受的橋梁頂升技術尚且停留在一種解決實際問題的方法階段。