橋梁整體同步抬升技術

嚴定坤 陳億勝

(江西省交通科學研究院，江西 南昌 330200)

內河水運航道升級改造時部分既有橋梁由于歷史原因，通航凈空高度不能滿足要求，但橋梁現狀尚可時，可通過橋梁整體抬升技術，使大橋既滿足通航凈空高度要求，又不會在施工過程中產生新的結構病害，該技術較拆除重建在施工周期、造價、交通組織等方面有明顯優勢。紫梅大橋見圖1。

1 工程背景

紫梅大橋目前通行凈空不能滿足Ⅲ級航道標準，為使大橋通過本次改造滿足通航要求，全橋需整體同步抬升3.3 m。

紫梅大橋位于安吉縣紫梅鎮，上跨內河水運航道，原橋長141 m。主橋為系桿拱橋，跨度80 m，引橋為16 m和13 m預應力混凝土空心簡支板梁橋。改造后橋梁配跨為2×16 m(空心板)+80 m(系桿拱)+2×16 m(空心板)+13 m(空心板)。紫梅大橋全橋同步抬升重量表見表1。

表1 紫梅大橋全橋同步抬升重量表 kN

2 總體施工及整體抬升工藝流程圖

大橋整體同步抬升主要工藝流程如圖2所示。

3 各墩抬升千斤頂布置與荷載托換方案

3.1 主墩托換——②，③墩

主墩采用斷柱抬升法，以承臺作為抬升反力基礎，以蓋梁作為抬升受力點，在承臺與蓋梁之間安裝液壓千斤頂、隨動千斤頂、支撐結構，切斷橋墩完成荷載托換。橋墩切割前液壓千斤頂施加50%的理論荷載，同時采用隨動千斤頂進行保護支撐。

單墩布置200 t抬升千斤頂16臺和400 t動千斤頂8臺，單墩抬升荷載1 696 t，安全系數3 200/1 696=1.9。

3.2 引橋橋墩托換——④墩

采用斷柱抬升法。由于基礎未設置承臺，在橋墩適當高度澆筑鋼筋混凝土抱柱梁，為抬升提供反力，在抱柱梁與蓋梁之間安裝液壓千斤頂、隨動千斤頂、支撐結構，切斷橋墩完成荷載托換。橋墩切割前液壓千斤頂施加50%的理論荷載，同時采用隨動千斤頂進行保護支撐。蓋梁倒角處直接后澆筑C40微膨脹混凝土找平，作為抬升受力點。

單墩布置200 t抬升千斤頂和200 t隨動千斤頂各6臺，單墩抬升荷載358 t，安全系數1 200/358=3.4。4號墩抬升立面布置圖見圖3。

3.3 引橋橋墩托換——⑤墩

采用斷柱抬升法。由于基礎未設置承臺，在橋墩適當高度澆筑鋼筋混凝土抱柱梁，為抬升提供反力，在抱柱梁與蓋梁之間安裝液壓千斤頂、隨動千斤頂、支撐結構，切斷橋墩完成荷載托換。橋墩切割前液壓千斤頂施加50%的理論荷載，同時采用隨動千斤頂進行保護支撐。蓋梁倒角處直接后澆筑C40微膨脹混凝土找平，作為抬升受力點。

單墩布置200 t抬升千斤頂和200 t隨動千斤頂各4臺，單墩抬升荷載301 t，安全系數800/301=2.7。5號墩抬升立面布置圖見圖4。

3.4 引橋承臺托換——⑥橋臺

6號橋臺采用直接抬升法。利用承臺作為反力基礎，在承臺與梁底之間安裝液壓千斤頂、隨動千斤頂、支撐系統進行抬升。由于板梁橫向剛度較小，所以在梁底安裝鋼分配梁作為直接承受抬升的構件，由鋼分配梁將抬升力均勻傳遞至每片梁。

單墩布置200墩抬升千斤頂和200 t隨動千斤頂各6臺，單墩抬升荷載112 t，千斤頂布置數量見圖5，安全系數1 200/112=11。

4 抬升支撐體系及限位裝置

4.1 支撐體系

抬升支撐主要由以下構件組成：φ609鋼管，壁厚16 mm；φ500鋼管，壁厚10 mm；φ609與φ500鋼管之間轉換墊塊。

φ609鋼管長度模數：6 m，3 m，2 m，1 m；φ500鋼管長度模數：1 m，0.5 m，0.2 m，0.1 m，0.05 m；轉換墊塊高度0.1 m。

為了保證鋼管支撐安裝的鉛垂度，反力基礎表面進行找平處理。

為了保證鋼支撐的穩定性和整體性，采取以下措施：

1)在抬升基礎表面植化學螺栓，鋼管支撐通過法蘭螺栓進行高度；

2)鋼管支撐節間法蘭螺栓連接；

3)鋼管支撐之間型鋼焊接連接增強整體性；

4)鋼管支撐安裝鉛垂度控制在6‰以內。

4.2 限位裝置

由于千斤頂和支撐結構安裝的垂直度誤差，可能會帶來抬升結構的水平位移，所以必須采取必要的限位措施，以有效的控制抬升結構的水平位移。限位裝置見圖6。

5 整體同步抬升控制系統

5.1 系統特點

1)具有滿足抬升能力的抬升噸位，能同時把多點或一聯連續體整體抬升，且各個抬升點都由一個控制中心進行統一控制；

2)設備本身具備自動監測系統，能對設定的各個指標進行自動監測并隨時調整；

3)設備系統有自動安全保險裝置，能在意外或超負荷施工時自動報警或停止施工；

4)精密的同步性，不論在橋梁的縱向或是橫向，各個抬升點相互之間必須保證精密同步，相互之間的相對位移必須滿足要求。

5.2 系統原理

系統對計算機采集到的位移傳感信號、油壓信號進行判別處理，通過專門編寫的計算機處理程序模塊控制橋梁抬升的過程和步驟。控制數據經中央計算機系統處理后將數字控制信號由輸出模塊傳遞到電磁閥組以控制液壓油路的流量，以達到液壓單元的控制和同步的目的。

6 監控系統

6.1 各位移控制點同步性監測

位移控制點同步性是確保抬升過程中結構安全的重要控制指標，也是抬升系統主要控制指標。單行程內同步監控采用位移傳感器，每墩臺沿縱向結構縱向中心線布置位移傳感器2臺，抬升過程中監控數據實時上傳至控制中心監控軟件屏幕，并自動報警；同時在橋面沿每墩臺斷面布置標高監測點兩個，作為累計誤差監控點，每行程抬升完成后進行一次測量，采用水準儀進行觀測。

6.2 報警值與數據處理

報警值與監測方法見表2。

表2 報警值與監測方法

6.3 水平位移誤差監控

水平位移誤差的控制是確保抬升完成后橋梁平面線性順暢的指標，同時也是橋墩連接線性的控制指標，水平位移控制點設置在橋面縱向結構中心線與橋墩橫向中心線的交點，每行程進行一次觀測。采用全站儀進行觀測。

6.4 千斤頂抬升力

通過內置于液壓泵張的液壓壓力傳感器進行監控，壓力數據實時上傳至控制中心軟件監控屏幕，并自動報警。

6.5 結構內力監控

結構內力采用應力傳感器實時監控，傳感器布置點根據抬升方案與結構特點確定。

7 結語

現紫梅大橋已順利完成全橋整體同步抬升3.3 m施工，該抬升高度為國內較高值，未發現新增橋梁結構病害。項目的完成，在施工周期、工程造價、交通組織等方面均取得了較好的效益，同時對其他橋梁的抬升施工有較好的借鑒作用。