托換技術在高架橋改建中的應用

葉劍偉 周 盛

寧波市建設集團股份有限公司 浙江 寧波 315000

1 工程概況

環城南路東段（河清路—東外環路）快速化改造工程位于寧波市鄞州區，西起河清路東側，東至東外環路，全長3.5 km，采用高架橋結構。環城南路與東外環路交叉口處原為立交橋，本次實施時予以保留，并通過新建匝道橋、地下通道等結構，將東外環路原有橋梁結構與新建環城南路高架橋結構連接成新的立交區。

立交區改建時，需要新建一座地下通道，新建地下通道與原東外環立交EN匝道相交，并與原EN13#、EN14#墩柱位置沖突，連續箱梁的2個中墩須拆除以避讓地道（圖1）。EN匝道橋寬8.0 m，上部為整體現澆四跨一聯混凝土連續箱梁，下部為Y形獨柱式橋墩，鉆孔灌注樁群樁基礎，考慮采取托換基礎的改建方式，即保留上部現澆箱梁結構，拆除現狀獨柱式中墩，改用門墩形式（橫向跨越地道）支撐上部結構。

2 技術特點

圖1 EN匝道托換施工橋墩布置

采用托換技術施工，可以在不拆除橋梁上部結構的情況下拆除下部墩柱，清除現狀障礙物，為新建地下通道打開工作面。一次托換施工時，充分利用現狀承臺及樁基的承載力，利用臨時鋼支撐將梁體荷載傳遞至現狀基礎，為拆除現狀墩柱創造條件。二次托換施工時，將梁體荷載傳遞至新建蓋梁，順利完成高架橋改造[1-2]。

為減少汽車動載對托換施工的安全影響，應臨時封閉橋上交通。若施工期間需要保持交通，則各項施工環節需充分考慮汽車動載帶來的不利影響。

3 施工方案

3.1 施工流程

先完成新蓋梁的4根立柱及承臺的施工，待養護期滿后，對現狀橋墩采用主動托換法施工：在原EN13#、EN14#現狀承臺上同步安裝第1次托換支撐及設備，通過PLC（可編輯控制器）液壓同步控制系統控制千斤頂進行支撐，將上部現澆箱梁的梁體荷載轉換至千斤頂支撐上，并鎖定千斤頂；然后進行現狀墩柱的切割拆除工作；待拆除完成后，進行新建蓋梁施工；蓋梁施工完成且混凝土強度達到設計要求后，在箱梁與蓋梁之間安裝二次托換設備，利用二次托換設備進行荷載轉換，將上部荷載通過蓋梁傳遞至新建的墩柱上；荷載轉換完成后，拆除原有承臺，施工其他工作內容；最后騰挪出場地，施工地下通道。

其中，高架橋改建采用主動托換法施工，其主要施工流程如下：臨時鋼支撐安裝→千斤頂分組安裝→托換系統（PLC同步控制系統）安裝→托換系統調試→一次托換施工→現狀墩柱拆除→新蓋梁施工及養護→二次托換施工（梁體荷載二次轉換施工）→支座安裝→拆除一次托換設備、現狀承臺。

3.2 臨時鋼支撐安裝

1個墩柱臨時托換支撐采用6根φ 609 mm鋼筒（圖2），并在其上各布置1臺200 t液壓自鎖千斤頂，共計6臺。在托換時，為了保證鋼筒支撐的穩定性，托換支撐通過型鋼連接成格構體系，保證托換支撐體系的抗壓穩定性；鋼筒與現狀承臺通過螺栓連接，與千斤頂采用專用轉換接頭連接。

圖2 臨時鋼支撐體系

現狀墩柱位置需要新增橫橋向的現澆混凝土蓋梁，因此，臨時托換支撐的鋼筒位置、格構體系的橫向加固支撐位置等除了需要考慮現狀承臺尺寸、承載力、整體穩定性等要求外，還需充分考慮后期新建蓋梁的施工空間，滿足現澆蓋梁的施工要求。

3.3 千斤頂分組安裝

千斤頂根據老橋支座反力計算選用。千斤頂均配有機械鎖，防止任何形式的系統及管路失壓問題，從而保證負載有效支撐；本工程第1次托換施工選用高425 mm、底座直徑275 mm、行程140 mm、頂力2 000 kN的液壓千斤頂；千斤頂布置在鋼支撐上，每個墩柱設置6臺千斤頂。千斤頂倒置安裝在分配梁上，使千斤頂頂端與頂帽連接，頂帽的法蘭盤與鋼支撐的法蘭盤連接，使頂升支架體系更穩定。第2次托換施工選用高150 mm、底座直徑210 mm、行程40 mm、頂力為1 000 kN液壓千斤頂，千斤頂布置在新建的蓋梁上，每根蓋梁上布置10臺千斤頂。

需要注意的是，在第1次托換施工時，考慮原支座底部采用環氧砂漿注漿處理過，支座底部與立柱的黏結力較大，千斤頂將承擔黏結力和支點反力，若在頂升過程中出現頂力不滿足設計要求的情況，則須更換為4 000 kN千斤頂，以為頂升施工提供滿足要求的頂升力。

3.4 托換系統（PLC同步控制系統）安裝

每個墩柱的千斤頂分為4組進行控制，其中每組布設1臺拉線式位移傳感器，全橋共計8個，利用PLC同步液壓控制系統對梁體進行托換。該系統可以實現力和位移的同步控制。PLC液壓同步控制系統由液壓系統（油泵、油缸等）、檢測傳感器、計算機控制系統等幾個部分組成。托換控制界面中包含了油源壓力、位移等數據。液壓系統由計算機控制，可以全自動完成同步位移，實現力和位移控制、操作閉鎖、過程顯示、故障報警等多種功能。

托換施工前需要對托換系統進行檢查，主要檢查元件的可靠性、液壓油的清潔度、系統的可靠性、力閉環的穩定性、位置閉環的穩定性等項目。同時要進行托換系統結構檢查、調試，做好保壓試驗，測定每個托換點處的實際荷載。

3.5 一次托換施工

按照設計要求托換梁體，托換高度應滿足設計要求，達到設計高度后將截止閥關閉，利用千斤頂自鎖功能鎖死千斤頂，防止千斤頂回落（圖3）。考慮工作持續時間較長，安裝千斤頂套箍作為臨時支座，防止千斤頂失效回落。為使荷載轉換到托換支撐后的前期沉降量趨于穩定，采用逐級增大10%油源壓力的方式加壓，加壓到理論重力的100%，同時將該狀態保持一定時間，直到托換支撐的沉降趨于穩定時結束。其間要做好觀察、測量、數據校核、數據分析、調整等工作。

圖3 一次托換千斤頂布置

3.6 現狀墩柱拆除

為保證原墩柱拆除時，橋梁上部結構的安全性，擬采取先切割、后拆除的方案，減少鑿除振動對上部結構的影響。在原墩柱截斷托換時，采用金剛石繩鋸切割，在上部結構保持平衡的前提下，逐級截墩，縫隙需用厚8 mm鋼板及時充墊，截墩過程中應根據監控量測結果及時調整千斤頂的頂力，以保證上部結構高程保持不變，待監測結果趨于穩定后，再實施墩柱拆除施工。為不影響二次蓋梁的澆筑，先切割墩柱頂部3 m位置的混凝土墩柱，其他剩余的墩柱待二次托換完成后進行破除。

臨時支撐上千斤頂加載完畢之后，在原橋墩破除過程中，應加強監測。發現橋梁沉降達到報警時應頂升橋梁，使橋梁結構始終處于安全的沉降范圍以內。

3.7 新蓋梁施工及養護

新蓋梁施工的支架、模板、鋼筋可以按常規方法施工。需要關注的是，由于蓋梁在6根臨時支撐鋼管柱中穿過，故在該段模板、鋼筋安裝時，應加強管理與交底，不得碰撞臨時支撐鋼管柱。

3.8 二次托換施工（梁體荷載二次轉換施工）

新建蓋梁施工完成且強度達到設計要求后，在蓋梁與箱梁之間安裝二次轉換千斤頂（圖4）。二次轉換千斤頂采用低高度千斤頂，然后使用PLC液壓同步控制系統控制低高度千斤頂進行荷載轉換，將橋梁的上部荷載由原來的鋼支撐上轉換到新建蓋梁與墩柱上。

圖4 二次托換千斤頂布置

在二次托換過程中，先頂升加壓原設計值的20%，將第1次托換系統緩緩降壓20%；再加壓原設計值的40%，將第1次托換系統緩緩降壓40%。通過沉降數據進行比較分析，使二次托換全部受力后，通過沉降觀測數值進行數據調整。

3.9 支座安裝

一次托換穩定后進行下墊石的制作，下墊石預埋鋼板比設計標高低3～5 mm，墊石澆筑需保證其密實性，故選用高強支座灌漿料（強度要求不小于70 MPa）。待高強支座灌漿料達到強度要求且完成蓋梁二次張拉后，進行千斤頂同步回落，達到設計要求標高后，查看支座是否與預埋鋼板密實，若密實且能完成力的轉換，則將預埋鋼板與支座進行焊接連接；若不密實、有縫隙，則視縫寬情況采用灌漿料、薄層鋼板或兩者組合使用進行填充，當填充密實且完成力的轉換后，再將預埋鋼板與支座進行焊接連接。待完成支座與預埋鋼板的連接后，將連接支座上下蓋板的型鋼解除，完成支座安裝。

3.10 其他項目施工

在荷載二次轉換完成后，進行其他項目的施工。其他項目施工包括拆除第1次托換設備、拆除原有承臺、新建地下通道等。

4 施工監測

施工監測的最基本要求是保證橋梁上部結構的安全和確保施工結束后的橋梁整體狀況符合要求。結構托換過程是一個改變荷載傳遞的過程，在托換前的預加頂升階段、切割斷柱階段以及沉降調整階段，各托換點的高程控制是保證橋梁結構安全的決定性因素。因此，在施工過程中對橋梁每個托換點及其整體進行沉降監控非常必要，其目的是保證施工過程的安全以及橋梁的沉降在施工過程中和施工結束后能滿足設計的要求。為此，要設置一整套監測系統，將姿態數據反饋給托換系統，根據監測數據指導托換施工，做到信息化施工。

監測的基準點設置在不施工的EN12#墩柱的橋面上，分別設置靜力水準儀基準點和精密水準儀測量基準點。精密水準儀配備有測微器，可以估讀到0.01 mm，由專業測量人員對橋體的沉降進行測量；靜力水準儀在EN13#、EN14#橋墩相對應的橋面上各安裝4個監控點，嚴格監測沉降，控制沉降值為3 mm，設置報警值為2 mm。

5 結語

托換施工技術可以在保留高架橋主體結構不變的情況下完成荷載轉換，達到橋梁改造的目的。托換施工要嚴格遵循施工方案的要求，做好監測管理工作，成立以專業測量工程師為首的測量專業隊伍，配足配齊測量儀器、人員及車輛，保證測量工作的正常開展。加強測量復核制度，保證測量成果的正確。加強測量儀器管理、檢定和測量資料的整理保管工作。

項目管理人員應根據現場實際情況隨時調整，針對即將出現或可能出現的問題及時作出反應，采取措施控制，確保橋梁結構托換穩定。

寧波市環城南路東段EN匝道橋托換施工的成功，得到了有關專家的肯定，并編制了企業級工法推廣，具有一定的社會效益和經濟效益。

[1] 王東然,李惠平,孔祥利.城市高架橋墩柱基礎托換施工技術及監控 [J].鐵道建筑,2007(12):10-12.

[2] 朱云.明挖地鐵車站下穿高架橋樁基托換施工關鍵技術[J].交通世 界,2019(26):27-28.