橋梁同步頂升技術在大型橋梁改造中的應用

沈灝

摘 要：隨著橋梁工程建設速度的加快，一些舊有橋梁老化或難以滿足使用需求，需要進行改造，拆除重建成本高、周期長、污染大，橋梁頂升技術的出現可以在低成本環保的前提下，提高橋下凈高，解決沉降和支座老化問題，本文在研究橋梁頂升技術的工作原理基礎上，分析頂升系統的構成及其工作過程。

關鍵詞：橋梁改造;同步頂升;頂升系統

1 橋梁頂升技術概述

近些年來，隨著交通設施的快速發展，橋梁建設的改造升級需求隨之增加。一些使用年限較長的大型橋梁已無法滿足使用需求，需要增加橋跨下部凈高，或者由于支座變形、基礎沉降等需要進行維修改造，如果直接拆除重建，造成人力物力浪費與環境污染，而同步頂升技術在不改變結構完整性的前提下，通過在剛性立柱支撐部位設置千斤頂，將橋墩和柱承受的上部荷載轉移至千斤頂，然后對橋墩進行切割，將高強材料墊入，完成后拆去千斤頂，實現橋梁的頂升。

整體頂升技術與傳統的橋梁拆除改造相比，大大縮短工期，節約資金50%-75%，減少建筑垃圾和對周圍居民的影響，不需要大面積中斷交通。典型的案例如我國的上海南浦大橋頂升重量1萬噸，高度約5米，湖州南林大橋重量約5千噸頂升約3米。

2 工作原理

2.1 力學原理

橋梁上部結構的受力情況只與支撐的約束邊界相關，固定鉸支座和滑動鉸支座不受支撐高度影響，固端約束支座受影響較小，這是橋梁可以實現頂升的前提條件。據此，可以使用臨時支座在附近的位置上替代舊支座，對橋梁結構的受力情況影響較小，而且橋的橫梁以及腹板可以用作頂升支撐的作業平臺。在作業過程中需要保證上部結構的受力情況與頂升前基本一致，因此在頂升過程中需要避免頂升點不同步發生剪切和扭曲，在實際工程中應用PLC頂升技術（計算機可編譯程序控制器）進行精確控制頂升的同步性，精確度可以控制在2mm以內。

2.2 PLC液壓頂升技術原理

PLC液壓頂升技術的原理為操作臺通過PLC發送頂升指令后，通過壓力和位移傳感器的雙重監測將信號反饋至操作臺，監測到偏差時PLC控制系統發送指令可及時進行糾偏。具體流程如圖1所示，首先可將頂升的部位進行分區，在相應的區域布設壓力傳感器和位移監測傳感器，壓力傳感器與預設的壓力信號對比，產生偏差進行調整可以最大限度的降低附加應力，排除外界干擾;位移傳感器監測到的數據與預設信號對比，將誤差信號進行反饋，PLC據此調節頂升力增大或減小來消除誤差。

3 同步頂升系統構成

3.1 千斤頂及支撐裝置。千斤頂通常布設在支座上，如圖2（a）所示，當頂升起一定高度后，需要在支點附近設置鋼墊塊或者鋼墩的支撐材料，如圖2（b）所示，隨千斤頂的升高而升高，當千斤頂失效或發生意外情況時承擔支撐作用，避免危險的發生。

3..2 托架系統。托架體系如圖3（a）和（b）所示，在柱四周澆筑抱柱箍，頂升時作用力通過抱住箍傳至墩柱再傳到基礎，通過新舊混凝土的摩擦力傳遞。千斤頂臨時鋼墊塊下為Φ500鋼管支撐，鋼管通過工字鋼焊接為整體，加強整體的穩定性。

3.3 限位裝置。限位裝置的作用是限制結構產生橫向以及縱向的位移偏差，該裝置包括墩柱的橫向限位和橋面的縱向限位，限位裝置為具有足夠剛度的鋼結構。橫向限位選取墩柱的四角設置分肢角鋼，形成格構柱限制橫向的位移。縱向限位的方法是安裝螺栓橋面牽拉裝置，其作用是在使橋梁在坡度不變情況下降低水平投影長度。

3.4 監控系統。監控系統既包括上述PLC液壓控制裝置，對斷面受力和位移進行監控與實時糾偏，另外還需要對結構溫度場、混凝土材料試驗、主梁在各施工階段的變高變化等進行監控，對誤差及時報告，通過綜合分析識別參數，進行現場實時修正，從而形成施工→測量→判斷→修正→施工的良性循環。

4 工作過程分析

橋梁的頂升過程主要分為以下幾個階段：預頂試驗→荷載稱重→頂升→持荷→荷載逐步降低。

正式頂升前需要進行預頂試驗，確保各系統能夠正常運行，檢查是否有漏油、接頭是否緊密，橋梁基礎有無異常形變。之后對上部結構的頂升部位進行稱重，確定荷載情況，從而準確布設頂升點，使得產生的結構內應力最小化。進入正式頂升階段，針對簡支梁各段的頂升位移不完全相同，初始階段將其整體同步進行頂升，到位的分段停止頂升，未到位的繼續頂升，即分步到位。對于連續梁橋，從橋頭到橋尾根據高度不同，按比例設定頂升的高度，同步到位，避免產生較大的結構應力造成損傷。

頂升后需要保持持荷狀態一段時間墊入高強材料，通過液壓系統進行精確調整。如果檢測到持荷的誤差超出設定范圍，啟動動力源，調用頂升程和頂升結恢復到位。在高強材料墊入完畢或支座更換完畢后，需要進行卸荷，通過對液壓缸的控制使負荷逐漸降低。

5 結語

橋梁整體頂升技術在大型橋梁改造工程中起到重要作用，適用于梁式結構、剛架橋結構和拱式結構等各類橋梁，可以避免大量的拆除重建工作，縮短工期，減小大型橋梁對城市交通運行的沖擊，有利于橋梁工程的可持續性發展。

參考文獻：

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