舊橋整體同步頂升及支座更換施工技術探討

覃捷

摘要：橋梁頂升技術是在不影響橋梁的結構安全及基本不改變原橋梁整體形態的前提下，保證原高速公路快速施工快速撤離，高效快捷地將橋梁頂升至控制高度，進而達到滿足橋梁設計標高及更換支座的施工目的。文章結合廣西柳州（鹿寨）至南寧高速公路改擴建工程全線舊橋頂升及更換支座工程實例，介紹整體同步頂升及支座更換技術在高速公路改擴建中的應用工藝與施工注意事項，為類似工程施工提供參考。

關鍵詞：同步頂升;支座更換;施工方法;監測技術

0 引言

當前，我國高速公路行車安全及舒適性已成為社會廣泛關注的焦點，柳州至南寧高速公路改擴建工程為提高這一特性，設計要求雙側拼寬完成后全線對新舊路面進行統一瀝青罩面處理，即加鋪一層4 cm厚的SMA瀝青混凝土。同時，考慮在不增加橋面荷載的情況下需對舊橋橋面標高進行抬升，即對舊橋進行同步頂升后根據設計標高，銑刨原橋面約4 cm厚瀝青混凝土，再進行整段路面鋪設一層SMA瀝青混凝土，從而提高路面整體性和平整性。另外，隨著現今交通荷載的不斷增大以及使用年代久遠，導致部分舊橋支座出現了剪切變形、老化、開裂以及支墊鋼板銹蝕等現象，為保證橋梁使用壽命以及高速公路運行安全需更換支座。因此舊橋的整體頂升及支座更換是高速公路改擴建工程中必須完成的一個施工環節。

1 工程概況

柳州至南寧高速公路改擴建工程全長248.707 km，由原四車道擴建為八車道，全線擴建橋梁85座。橋梁改擴建方案中，除少量幾座大橋采用單側新建外，其余橋梁均為老橋利用、兩側拼寬，拼寬前需對原有橋涵病害進行維修加固處理。本項目主線原有大、中橋普遍采用了13 m、16 m、20 m、25 m預應力混凝土空心梁，均設有橡膠支座;小橋及橋式通道主要采用8 m、10 m空心梁板，大部分都未設置橡膠支座，僅在臺帽（蓋梁）上鋪設油毛氈后直接安裝梁板。

2 舊橋頂升施工方法選擇

本項目由于原空心梁板為預制裝配式橋梁結構，梁體之間橫向連接為伸縮縫或者橋面連續的方式，縱向采用鉸縫連接的方式。為避免梁體在頂升過程中不同步導致鉸縫及橋面連續破壞而影響橋梁整體結構安全，梁體頂升以及落梁必須以一聯為單位（一般兩條伸縮縫之間橋跨為一聯），采用單跨或多跨整體同步頂升。對于設置橋面連續的，需在蓋梁兩側各安置一排千斤頂，將梁板同步頂升;對于設置伸縮縫的，頂升前需對梁端的伸縮縫進行解除約束，整體頂升至設計高度后，取出原有支座并更換新支座。根據施工條件的不同，同步頂升更換支座施工可采用直接頂升法、開槽頂升法、牛腿頂升法、U形背兜式托架頂升法等。本文結合柳南高速公路改擴建工程實際情況，分析介紹各方法的適用條件，并對施工技術進行分析探討。

2.1 直接頂升法

梁底和蓋梁（臺帽）之間有足夠空間時，空間高度至少可以安置兩塊2 cm鋼板（千斤頂上下各安放一塊）加上薄片式千斤頂，直接利用蓋梁（臺帽）頂面作為支撐平臺安置千斤頂進行梁體頂升、落梁作業（見圖1）。

2.2 開槽頂升法

梁底和蓋梁（臺帽）之間空間較小時，千斤頂無法安置作業，可在蓋梁（臺帽）頂面開設平面25 cm×15 cm的槽口，槽口高度根據操作空間要求確定，一般為4～6 cm，用環氧砂漿調平，調平厚度在1～3 mm，安置鋼板與千斤頂進行頂升作業，完成后再用環氧砂漿對槽口進行修補（見圖2）。

2.3 牛腿頂升法

本項目原小橋及橋式通道8 m、10 m空心梁板大部分都未設置橡膠支座，僅在蓋梁（臺帽）頂面鋪設油毛氈后直接安裝梁板，梁板與蓋梁（臺帽）接觸處幾乎沒有間隙，頂升作業沒有支撐點，可采用鋼牛腿作為支撐體系進行頂升施工。此方法需要根據頂升梁體載荷進行牛腿專項受力計算和設計，鋼牛腿采用Q235b鋼板焊接而成，通過高強螺栓將牛腿錨固在蓋梁（臺帽）側面作為支撐點（見圖3）。牛腿頂升法解決了頂升空間不足的問題，但是其承載力有限，僅適用于中小跨徑的板梁頂升。鋼牛腿支撐布置效果圖見圖3。

在橋墩蓋梁兩側均安裝鋼牛腿作為支撐體系，頂升時可消除偏心受力的情況，但橋臺臺帽處安放鋼牛腿作為支撐體系，頂升時臺帽存在偏心受力。經咨詢設計院意見及查閱舊橋相關設計資料，舊橋普遍為重力式橋臺，且8 m、10 m空心板梁自重較輕，臺帽可以承受較大彎矩。根據梁體重量情況，可通過多增設牛腿支撐點，分散較大的集中應力，同時也可通過待頂升到一定高度后，將千斤頂轉換到蓋梁（臺帽）頂再繼續頂升，以減少偏心力對蓋梁（臺帽）的持續影響時間。

2.4 U形背兜式托架頂升法

梁底與臺帽（蓋梁）之間的空間較小，無法安放薄式千斤頂作業，而同時，本項目原13 m以上空心梁都設計有翼緣板，空心梁兩側有操作空間，可采用U型背兜式托架法完成施工。即在梁底與蓋梁（臺帽）頂面間的空隙中穿過一設計成U型的鋼板將空心梁兜住，并在U型鋼板兩端設置牛腿，將千斤頂安置在蓋梁（臺帽）頂面，通過頂升U型鋼板兩端牛腿，達到頂升梁體的目的。此方法的優點是U型鋼板托架與梁板底接觸面大，頂升時不會出現應力集中現象;缺點是作業時使用的千斤頂數量是其他方法的兩倍。施工示意圖見圖4。

3 施工工藝及流程

3.1 施工準備

施工前需詳細對每座舊橋梁進行支座、墊石、鋼板的病害調查，以及做好對橋梁伸縮縫、橋面連續工作狀態的核查，并做好記錄和拍照，測量出梁底與蓋梁（臺帽）頂面的空間高度，標識出更換支座的準確位置。在全面調查的基礎上，擬定頂升及支座更換施工方法。同時根據設計要求準備好新支座，對蓋梁（臺帽）頂面以及橋面的標高進行復核，計算出頂升總高度以及支墊永久鋼板的厚度，并對鋼板進行防銹涂裝處理。另外，還需準備好各種厚度的鋼板、墊石，以備頂升時臨時支撐使用。

3.2 搭設施工作業平臺

舊橋橋下有陸地和河道兩種情況，河道上采用輕型掛籃作為施工平臺，陸地上采用門架式腳手架施工。施工平臺搭設位置為橋墩（橋臺）側邊，平臺頂預留施工高度，平臺寬度需滿足設備、材料及工作人員操作的要求。施工掛籃或腳手架的搭設需滿足安全規范要求，應結實穩固，便于施工操作。

3.3 解除梁體約束及設置頂升限位裝置

頂升前對橋梁上部結構存在的約束構造進行拆除，解除伸縮縫之間的橡膠條和連接構件，使伸縮縫完全斷開，同時對邊梁與橋臺處防撞護欄進行解固作業，保證梁體能夠自由頂升。在蓋梁（臺帽）左右兩側設置側向支撐，以防止梁體在頂升過程中產生橫向位移。縱向限位可以使用與伸縮縫同等厚度的鋼板塞入伸縮縫內，鋼板要經過磨光和涂油處理，以減少與梁體間的摩擦力。

3.4 同步頂升系統安裝

為達到梁體同步頂升的目的，本項目使用PLC多點同步頂升控制系統進行施工，其由液壓系統（主要控制頂升力）、位移檢測傳感器、計算機控制系統等部分組成。頂升液壓系統及傳感器傳輸數據系統均由計算機系統控制，可以全自動完成同步頂升，實現頂升力和位移雙重控制。

3.4.1 千斤頂的選擇和安裝

由于操作空間限制，本項目頂升采用薄片式千斤頂，根據現場施工條件以及原橋梁竣工圖計算梁體自重情況，選擇符合頂升要求的千斤頂，同時對千斤頂進行精度校核。按照已制定的施工方案，在現場放出千斤頂的擺放位置，用環氧砂漿找平支撐面（牛腿法直接在牛腿平臺上安置千斤頂）。為避免千斤頂應力集中頂壞梁板，需在支撐找平面及千斤頂上各放一塊不小于千斤頂直徑1.5～2倍尺寸的Q235b鋼墊板，鋼板厚度約2 cm左右。同時將同一聯跨的全部千斤頂并聯起來，統一由頂升系統進行控制。

3.4.2 監測體系安裝

同步頂升監測體系的數據主要通過位移傳感器檢測終端獲取并傳導至計算機控制系統，控制系統經過數據分析后統一調節頂升力，最終達到控制頂升位移的目的。位移傳感器安裝在主控點上，主要安裝在每跨梁端底部的兩側邊梁及中梁，主控點根據梁板數量而定，一般一側梁端底部設置3～5處位移傳感器。同時，為多點精確監控每片梁板的頂升高度，可根據需要在沒有安設位移傳感器的板梁下布設百分表，做到全方位監控梁體頂升的高度及位移量。另外，在梁板左右兩側安裝一套百分表監測梁體橫向位移變化，以確保施工安全。

3.4.3 頂升控制系統調試及試頂升

PLC多點同步頂升控制系統的調試主要包括液壓系統、監測系統、控制系統的檢查以及頂力的初值設定與讀取等。調試完成后，為觀察整個頂升系統的工作狀態，在正式頂升前進行試頂升，試頂升高度為3 mm左右，通過試頂以消除支撐本身的非彈性變形。試頂升結束后，記錄梁體位移情況，為正式頂升提供依據。

3.5 梁體同步頂升

試頂升后，觀察若無問題便可進行正式頂升。頂升時應對梁體位移和千斤頂頂力進行雙控，并以位移（設計高程）為最終控制。頂升時需分級加載，每到一個階段暫停穩載一下，檢查梁體和頂升設備以及數據無異常后繼續頂升。頂升時速度控制在5 mm/min以內，使各千斤頂之間的力均衡增加，達到同步整體頂升。千斤頂頂升高度不宜超過其極限行程的80%，如千斤頂一次極限頂升未能達到設計高程，需將臨時支撐設置到適當高度后落梁，控制系統統一使操作千斤頂回油，將千斤頂用鋼墊板墊高后再進行下一步頂升操作，以此反復進行直至把梁體頂升至設計高程。頂升到位后應立即設置若干個臨時支撐點以提高頂升系統的穩定性，確保更換支座施工安全。

頂升過程中位移傳感器可以實時給頂升控制系統傳送梁體豎向位移數據，同時頂升過程中安排專人負責記錄百分表讀數，作為位移傳感器傳送數據的復核和校驗，控制每片梁板頂升最大高差在1 mm以內，若高差超過控制值時，必須進行適時調整后才能進入下一個頂升周期，達到同步頂升的目的。

3.6 更換支座

頂升至設計高程后，穩定1～2 min觀察情況，確定梁體穩定后，設置好臨時支撐，取出原有支座并清理蓋梁（臺帽）頂面，在已標識出的支座位置采用環氧砂漿找平，厚度為1～3 mm，并逐一安裝支座下已進行防銹涂裝處理的鋼板，再安裝新支座。如果存在橫（縱）坡需用鋼板楔塊調平，根據設計高程控制好梁頂標高，同時確保新支座安放位置與原支座位置一致，確保支座頂面與梁板底面接觸良好。如果接觸面未能貼合，則需在支座底部鋼板下增設一層環氧砂漿后再落梁，直至支座上下面全部密貼，以防橋梁在運營期間造成支座的偏壓變形。

3.7 卸荷落梁

各支座逐一更換完成后即可開始卸荷落梁。卸載時與加載的順序相反，并分級卸載，卸載落梁時需統一操作控制，以2 mm為一級，使梁體均勻緩慢下落，并逐步撤出臨時支撐。落梁完畢后檢查鋼板和支座之間貼合是否緊密，復核各支座的中心安裝位置及橋面標高是否滿足設計及規范要求，否則需要重新頂升調整支座安裝位置。檢查合格后拆除千斤頂、臨時支撐及其他頂升設備。

4 頂升施工注意事項

（1）為防止舊梁頂升時重載車通過，導致鉸縫受力不均而開裂，頂升及更換支座施工作業期間，需采用封閉半幅高速公路，利用另外半幅雙向通行的交通管制方案。

（2）由于邊梁本身自重及橋面附屬設施（如護欄等）的影響，與中梁頂升力存在差異，因此在頂升時需對邊梁處進行重點觀測，根據邊梁的位移情況適時調整頂升力，避免由于頂升過程位移差異而造成橋面的剪切破壞。

（3）頂升施工過程中，需對整垮梁體四周以及梁板間鉸縫的裂縫、臺帽（蓋梁）混凝土應變（如使用牛腿法時螺栓錨固處）進行重點監控，如有開裂等異常情況則必須馬上中止頂升，找出原因，解決后方可重新進行頂升。

（4）由于設計要求頂升后梁體標高整體提高約4 cm，因此頂升及支座更換后梁體處橋面會整體抬高，導致與橋臺處橋面存在臺階。根據設計要求需要對原橋面瀝青混凝土進行約4 cm厚度的銑刨，橋面銑刨完成后與本路段路面統一進行一層4 cmSMA瀝青混凝土罩面施工，再更換伸縮縫后方可開放交通。

5 結語

經過實踐證明，本項目采用PLC同步頂升施工技術對梁體進行頂升及支座更換施工，該施工技術可運用于單跨、多跨連續橋梁。整體同步頂升能夠最大可能地減小對梁體的擾動，梁體內力分配受干擾小，同時提高了橋梁整體頂升位移的精確度，又可通過對每個頂升點的位移和頂升力進行雙重監控，使施工質量和安全得到有力保障。其施工時間較短，減少了對高速公路交通管制的影響時間，同時由于同步頂升輔助設備較少、人員投入較少，因此節約了資源，施工作業快捷高效，具有良好的社會效益和經濟效益。

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作者簡介：覃 捷（1987—），工程師，主要從事高速公路建設管理與道路橋梁工程技術研究工作。