某互通橋梁頂升工程施工關(guān)鍵技術(shù)探究

■蔣光煒

（三明市高遠公路建設(shè)開發(fā)有限責任公司，三明 365000）

0 前言

在河道、鐵路、公路改造、城市建設(shè)改造中，橋梁的凈空及現(xiàn)有橋梁線形與新建橋梁線形銜接等問題是改造中的難點問題[1]。橋梁頂升施工工藝因其能夠不改變既有橋梁形態(tài)和結(jié)構(gòu)性能的前提下，能夠有效地解決：1）有效地調(diào)整橋梁高度從而滿足設(shè)計要求；2）有效地減少因施工引起的交通斷行時間；3）有效地降低施工時間和施工成本。頂升施工以最短的施工工期、最少的工程造價完成對既有橋梁的改造的優(yōu)點，近幾年在河道、高速公路改造、城市改造中得到廣泛運用。

目前常用的頂升方法主要是PLC液壓整體同步控制技術(shù)。該技術(shù)所采用的力和位移綜合控制方法建立在力和位移雙閉環(huán)的控制基礎(chǔ)上，通過稱重的方法由液壓千斤頂精確地按照橋梁的實際荷重平穩(wěn)地頂舉橋梁，使頂升過程中橋梁受到的附加應(yīng)力下降至最低。

1 工程概況

某互通分離式中橋為國家高速公路改造路段中的一段。本橋為高速公路上跨橋，橋下有一村道穿過，原設(shè)計在該村道位置設(shè)置一通道箱涵K6+678，后考慮交通需要，將K6+678改為本橋，橋下第五跨穿過村道。橋梁上部結(jié)構(gòu)為6跨13m預(yù)應(yīng)力空心板，橋面寬12.5m，由12片梁組成。全橋左右分兩幅。下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩配樁基礎(chǔ)，蓋梁寬12.5m，高1.3m，厚1.2m。橋臺采用肋臺加樁基礎(chǔ)，寬 12.5m，高 0.85m，厚 1.2m。

根據(jù)國家高速改造需要，該互通分離式中橋需要根據(jù)設(shè)計改造后標高重新調(diào)整橋面高度，設(shè)計各粱端部頂升高度440mm～549mm。本工程分2次頂升，每單幅頂升一次。單幅單跨同步頂升至設(shè)計高度+1.5cm，進行鋼管混凝土墊石安裝和支座更換，然后緩慢落梁至設(shè)計高度。

圖1 橋梁現(xiàn)狀圖

2 頂升施工簡介

2.1 頂升工程施工內(nèi)容

本工程頂升主要包括施工準備、頂升前準備工作施工、頂升施工、墩臺處理及設(shè)備拆除五部分組成，施工流程圖如圖2所示。

圖2 施工流程圖

2.2 頂升工程施工步序及簡介

第一步：①既有橋梁檢測；②刨除橋面瀝青層，解除伸縮縫，拆除防撞護欄；③反力牛腿安裝，施工頂升支架以及圍擋設(shè)施。

第二步：①安裝各墩臺處頂升設(shè)施、設(shè)備，②調(diào)試電腦液壓同步頂升系統(tǒng)。

第三步：①所有千斤頂進行預(yù)頂，檢查各設(shè)備運行情況；②橋梁梁整體比例同步托換頂升0.497m；③單跨微調(diào)頂升到位。

第四步：①蓋梁及墊石加高；②蓋梁墊石養(yǎng)護；③支座安裝；④電腦同步頂升系統(tǒng)順序落梁。

第五步：①擋塊及耳墻臺背改造；②拆除電腦同步頂升系統(tǒng)，拆除頂升支架，恢復(fù)橋臺護坡。

3 頂升施工關(guān)鍵點

3.1 千斤頂噸位配置計算

本工程頂升橋梁為預(yù)制預(yù)應(yīng)力簡支板梁進行拼裝而成，梁體整體性較差，同步性要求高，施工難度較大。查閱該分離式中橋原設(shè)計圖紙，單幅單跨總頂升理論重量計算：

表1 頂升詳細參數(shù)

單幅鉸縫理論重量：8.69×2.5=21.725t；

橋面鋪裝（瀝青+混凝土）理論重量：0.18×13×11×2.5=64.35t；

單片中梁理論重量：0.45+4.12×2.5=10.75t，中梁共計：10.75×10=107.5t；

單片邊梁理論重量：0.45+4.49×2.5=11.68t，邊梁共計：11.68×2=23.35t；

單個護欄理論重量：3.8×2.5+0.35=9.85t，護欄共計：19.7t；

單幅單跨總頂升理論重量：236.6t。

各支座理論支反力的最大值按照梁體恒載（自重+鋪裝）來計算，計算結(jié)果應(yīng)考慮一定的富余度，應(yīng)不小于計算值的1.5倍用于配置千斤頂噸位[2]。

設(shè)計采用反力牛腿頂升，單幅每墩每側(cè) （橋臺為單側(cè)）配置200T千斤頂13臺。單幅橋梁整體頂升需要200T千斤頂160臺（備用4臺）。單跨頂升作用力的安全系數(shù)10.0以上。千斤頂行程為60mm。千斤頂均配有液壓鎖，可防止任何形式的系統(tǒng)及管路失壓，從而保證負載的有效支撐。頂升施工詳細參數(shù)見表1。

3.2 頂升施工方式選取

本次施工橋梁為簡支板梁結(jié)構(gòu)，施工時不能全封閉施工，只能采取單幅施工方式。單幅頂升施工可采用單跨依次頂升到位和單幅一次性頂升到位。單跨頂升與單幅頂升優(yōu)劣各有優(yōu)缺點，比較內(nèi)容見表2。

表2 頂升施工方式比選

從單跨頂升與單幅頂升方式進行比較，考慮項目整體施工要求與工期，同時為了易于控制橋梁整體姿態(tài)，確定采用單幅整體頂升施工方式。

3.3 反力基礎(chǔ)——牛腿頂升改造設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，橋下橋臺（0#、6#）位置有護坡，為防止護坡?lián)p壞以及土壓對橋臺墩柱影響，設(shè)計采用牛腿植筋安裝千斤頂頂升方式。1#、2#墩柱之間有水渠，地基濕軟，同時不利于開挖。3#、4#、5#墩柱橋下有建筑設(shè)施，破壞后不利于恢復(fù)，設(shè)計全橋采用牛腿植筋安裝千斤頂頂升方式。

在蓋梁位置梁底，梁板鉸縫位置和兩側(cè)邊梁外側(cè)設(shè)置頂升牛腿，牛腿采用螺栓植筋方式，采用螺帽進行固定。每個牛腿植12根Φ18高強螺栓，植入深度27cm，外露10cm。牛腿安裝完成后，即可進行千斤頂?shù)陌惭b。

本工程單個牛腿反力為236.6/26=9.1t，經(jīng)驗算，本次采用18mm直徑8.8級絲桿，設(shè)計單個牛腿提供最大反力為19.4t，安全系數(shù)2.1，滿足施工要求，鋼牛腿承受反力滿足要求。單個橋臺使用牛腿13個，單個墩柱使用牛腿26個，全橋使用牛腿156個。

安裝牛腿時，對安裝位置蓋梁進行保護層鑿除，然后按照蓋梁鋼筋位置間空隙進行放樣鉆孔植筋，為保證牛腿與蓋梁緊密貼合，蓋梁與牛腿間縫隙采用植筋膠進行填充密實。

牛腿安裝橫橋向位置與支座位置平行，縱橋向有偏移，在計算蓋梁受力時，與原橋一致。同時，梁體沒有任何受力改變，也沒有增加荷載。因此，不會對原蓋梁產(chǎn)生影響。橋臺屬于肋臺基礎(chǔ)，在原設(shè)計計算的時候已考慮了土壓水平力。在施工過程中，先進行橋臺搭板鑿除，后頂升，也不會對原橋臺產(chǎn)生影響。

圖3 頂升用牛腿大樣圖

圖4 橋臺頂升牛腿布置圖

圖5 橋墩頂升牛腿布置圖

圖6 頂升現(xiàn)場牛腿安裝圖

3.4 限位系統(tǒng)施工

由于橋梁因熱脹冷縮造成的梁體變化，則頂升系統(tǒng)與梁板會產(chǎn)生相對滑移，為保證此情況下頂升系統(tǒng)的安全及梁板的結(jié)構(gòu)安全，需設(shè)置限位裝置，限位系統(tǒng)同時具有限制縱橫向可能發(fā)生的位移。限位裝置設(shè)置于橋端頭伸縮縫位置，由型鋼焊接而成，并固定于橋臺位置未頂升段一側(cè)，通過頂升側(cè)伸長型鋼桁架相限制。由于橋梁左右幅沒有同時施工，在單幅施工時，橋梁左右幅間聯(lián)系需要解除，同時給予頂升空間（保證左右幅最小間距5cm）。橋梁橋面限位安裝時，橋面通過型鋼將橋面連接成整體，防止單個片梁之間的相互位移。3#墩柱伸縮縫位置采用在伸縮縫兩側(cè)植入鋼筋并相互對連焊接一體使單幅整體連續(xù)。為防止伸縮縫壓縮，頂升前在3#伸縮縫位置塞入楔形墊塊控制伸縮縫壓縮。

圖7 橋梁限位示意圖

圖8 工程限位裝置照片

3.5 頂升過程控制關(guān)鍵點

3.5.1 頂升控制指標

按照施工圖設(shè)計文件，頂升施工的最終目標是：橋梁頂升施工完成后的線形與設(shè)計線形在各測點的誤差均控制在規(guī)范規(guī)定和設(shè)計要求的范圍之內(nèi)。按《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2004）、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTGTF 50-2011）、《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》（CJJ 2-2008）要求，設(shè)計制定了如下的高程誤差及鋼管支撐應(yīng)力控制水平：

（1）頂升施工總目標是成橋后橋面高程與設(shè)計值誤差控制在±5mm以內(nèi)，橫向控制在±2mm以內(nèi)[3]；

（2）在頂升過程中，墩柱之間的沉降差報警值為3.5mm[3]；

（3）頂升過程中，主梁附加應(yīng)力處于合理范圍內(nèi)，不出現(xiàn)新的裂縫，原有裂縫寬度無明顯增大，滿足相關(guān)規(guī)范要求[4]；

（4）頂升過程中，鋼管支撐軸向壓應(yīng)力均應(yīng)控制在滿足規(guī)范規(guī)定的材料強度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定范圍之內(nèi)[4]。

3.5.2 控制點布置

控制點的劃分原則為頂升過程安全可靠，特別著重同步性和橋體的姿態(tài)控制。

控制區(qū)域設(shè)置拉線傳感器控制位移的同步性，根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)，位移同步精度控制在2mm。位移傳感器與中央控制器相連形成位移的閉環(huán)控制從而實現(xiàn)頂升過程中位移的精確控制。

位移傳感器固定于墩柱側(cè)面支座中心線上，與梁底相連，頂升梁體時，記錄梁體頂升高度并控制梁體的位移及姿態(tài)。

4 施工預(yù)警

頂升施工過程中如出現(xiàn)以下情況應(yīng)立即發(fā)出警報響應(yīng)，停止頂升作業(yè)，待查明原因后再繼續(xù)頂升作業(yè)；

（1）當出現(xiàn)超過計算頂升力，而梁體沒有出現(xiàn)明顯位移情況；

（2）當油泵千斤頂顯示壓力出現(xiàn)異常時則立即停止工作；

（3）頂升過程中，一般會出現(xiàn)梁體兩支點的頂升位移存在差異的狀況，若出現(xiàn)應(yīng)立即停止頂升；

（4）頂升過程中加強對主梁進行監(jiān)控，觀測裂縫有無異常變化，一旦出現(xiàn)異常應(yīng)立即停止，查明原因后，制定出可靠的施工方案后再恢復(fù)施工。

5 結(jié)語

（1）橋梁整幅頂升作業(yè)能夠易于控制橋梁整體姿態(tài)，為改造工程節(jié)約大量的資金，縮短工程工期；

（2）橋梁頂升前對橋梁頂升方案選擇、千斤頂選型、牛腿安裝形式設(shè)計、限位系統(tǒng)的設(shè)置是關(guān)系著頂升施工能否安全、順利開展的技術(shù)關(guān)鍵點；

（3）做好頂升施工的防控預(yù)警點，若出現(xiàn)警告，應(yīng)立即做好警告響應(yīng)措施；

（4）通過監(jiān)控合理評價頂升過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化的影響因素，以便及時、主動地采取措施降低或消除不利因素的影響，為確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全豎立一道保護屏障；

（5）本次頂升施工是橋梁改造中重點項目，因此對監(jiān)控方案要求全面、周祥。該橋頂升過程中監(jiān)測的數(shù)據(jù)結(jié)果能夠為該項目之后的其他橋梁頂升作業(yè)提供可靠的數(shù)據(jù)，今后對頂升監(jiān)控方案進行深度優(yōu)化，進一步提高施工效率，節(jié)約成本。

[1]蔣巖峰,藍戊已.橋梁整體頂升關(guān)鍵技術(shù)研究.建筑結(jié)構(gòu),2007,（7）.

[2]于心然.下草灣大橋同步頂升支座更換施工技術(shù)[J].公路,2015,（4）:118-122.

[3]JTG F80/1-2004,公路工程質(zhì)量檢驗評定標準.

[4]JTGTF 50-2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范.