橋梁同步頂升技術要點分析

林細花

(福建省萬興達工程檢測有限公司，莆田 351100)

1 工程概況

根據道路提升改造需要， 某中橋需要在原有基礎上進行1.75 m 抬高。 改造前，該橋上部結構為預應力混凝土空心板梁，全長53 m，全寬60 m，質量約7700 t。 橋梁共計3 跨，單跨長度16 m，按長度劃分，該橋梁類型為中橋。橋梁橫斷面上，左右輔道各1 幅，中間主車道2 幅，共計4 幅車道。單幅輔道寬度為12.5 m，單幅主車道寬度為16.5 m。 其中主車道分兩期建設， 前期建設寬度為12.5 m，而后經拓寬增加4 m[1-2]。 橋梁各部分體積和質量如表1 所示。

表1 橋梁構件體積和質量

2 橋梁頂升方式的比選

以往的橋梁頂升施工普遍采用托換式頂升工藝。 在該方法中頂升的托架體系、支撐體系、箱梁底分配梁承重通過原有的灌注樁搭建組成。 為了實現梁體與支座或墩柱脫離，達到維修支座、置換支座和墩柱的目的，梁體部分采用液壓同步控制系統裝置(PLC)整體微頂升。 梁體在頂升過程中是往往處于被動受力狀態， 對于整體性差的橋梁不適應[3]。

該橋為空心板梁結構，整體性不強。考慮頂升過程中結構的安全性，本工程采用交替式頂升。 頂升過程中，應確保梁體各處位移不能超過容許值， 同時確保橋梁支撐體系的壓縮量、梁體內力變化不明顯[1]。 頂升過程中適時監控每個千斤頂所受壓力， 從而保證整個橋梁頂升系統處于安全可控狀態中。

交替式頂升中， 可采用單幅單跨頂升或者單幅整體同步頂升。 其中單幅橋梁整體頂升技術對應的施工工期短，頂升過程中梁體結構整體應力分布保持不變，可以防止墩柱中出現偏心荷載，從而保證橋梁整體性與安全性。該方法的缺點在于設備投入較多， 施工管理存在較大難度。 單跨頂升技術施工相對簡單，投入的設備少，但是施工工期長，交界墩處易出現偏心受壓，從而對墩柱質量安全造成一定影響。

結合該橋整體技術狀況及工期要求， 同時為了方便控制頂升過程中橋梁整體姿態，經綜合分析，本項目采用單幅整體交替式頂升施工方法。

3 橋梁單幅整體頂升施工要點分析

3.1 千斤頂的設置

施工中采用斷柱頂升，千斤頂的布置如圖1 所示。分別將4 臺千斤頂布置在各墩柱兩側蓋梁底部位置。 計算得到中間墩樁柱最大荷載為2660 kN。 為確保施工安全，安全系數(最不利情況)取1.5，單墩中放置的千斤頂能產生的最大頂升力為2000 kN。為實現整體頂升1.75 m 高，各墩主車道和輔道頂升參數詳見表2。

圖1 千斤頂布置方式

表2 頂升參數設置

3.2 反力牛腿的設置

頂升完成后，需進行墩柱連接。為確保有足夠的空間開展連接，千斤頂與墩柱之間必須有足夠的間距。對于放置在蓋梁斜面的支撐裝置， 需找平斜面從而確保千斤頂能平穩放置[2]。

抱柱牛腿位于蓋梁下方，二者高度差為1.5 m。 為確保抱柱牛腿和樁柱形成一個受力整體， 需對樁柱進行鉆孔植筋。植筋前先對樁柱進行鑿毛，鑿毛主要針對抱柱位置進行。植筋采用φ25 鋼筋，樁柱植筋立面布置和平面布置如圖2 所示。立面中新植入5 層鋼筋；平面中新植入鋼筋為8 根，采用均勻布置方式。 在鋼筋長度方面，橋墩位置植入鋼筋深度和外露鋼筋長度均為350 mm，而橋臺位置均為300 mm。

圖2 植筋布置圖

3.3 支撐體系的設置

支撐體系采用鋼支撐形式， 安裝過程中先將鋼支撐垂直度調整至符合設計要求， 支撐與抱柱牛腿通過預埋螺栓連接。 鋼支撐與抱柱牛腿之間剩余的空隙須填充密實[4]。 填充材料采用高強砂漿，通過干拌法施工。

鋼支撐采用Φ500×1000 mm 和Φ500×500 mm 組成。支撐高度每達到1 m，相鄰支撐間加入法蘭鋼板。 采用長100 mm、 寬6 mm 方鋼將同一抱柱牛腿的鋼支撐焊接到同一層的法蘭鋼板上，使各道鋼支撐得到橫向加固。此外采用L75×8 mm 角鋼作為相鄰兩層的方鋼之間的斜撐，進而增強系統的整體穩定性，提高系統抗剪能力。中間墩抱柱基礎支撐正立面圖如圖3 所示。

圖3 中間墩抱柱基礎支撐正立面圖

3.4 限位系統選擇

熱脹冷縮等外界因素可造成梁體產生不均勻變形，并可能導致附加應力的產生， 從而造成梁板與頂升系統出現相對滑動。為避免上述情況的出現，需設立可以限制縱橫向位移的限位系統[5]。

限位系統采用Q235 鋼材， 限位支架高度按照4 m考慮(圖4)，橫向豎桿間距按2.35×2.7 m 設計，限位裝置總高4 m。 鋼支撐豎桿構件采用150×8 方鋼、其余所有構件均采用L75×8 角鋼。 利用MIDAS 建模得出：

圖4 限位系統

根據頂升設計， 中間墩對應單墩荷載最大，為5320 kN。中間墩單墩安裝2 個限位，按1%考慮橫向作用力，即為26.6 kN。 為簡便計算，按30 kN 進行受力分析。計算得出系統中對應的最大拉應力為9.1 MPa，最大壓應力為25.6 MPa。在最不利的情況下，限位鋼結構最大形變量僅為1.17 mm，各構件壓應力均小于188.5 MPa。

4 支撐體系受力分析

在頂升過程中，支撐體系逐漸加高。 支撐體系越高，對穩定性要求越高。 因此計算中按最不利工況下支撐系統的穩定性能否達到要求展開計算。 考慮初始鋼支撐與頂升高度，計算時支撐高度取4000 mm。

根據鋼結構設計規范，按照φ500 鋼支撐進行計算，鋼支撐承載力為3855 kN，設計支撐最大承載力1325 kN，安全系數2.91，滿足設計施工要求。

單根鋼支撐最大荷載按1350 kN 計算， 根據施工要求及以往施工經驗， 取水平力為最大荷載的1%計算，則最大水平力為13.5 kN。 設計施工采用鋼管φ500 mm，φ500 鋼支撐，法蘭φ600 mm，固定螺栓位置φ550 mm。

支撐高度取3.5 m，則單根支撐螺栓最大彎矩為最大拉力41.2 kN 與支撐高度的乘積。

支撐預埋螺栓規格為8.8 級φ18 mm， 抗拉強度400 MPa。 螺栓拉力101.7 kN，大于設計值41.2 kN，滿足設計施工要求。

5 施工實時監控

施工過程中采用PLC 頂升控制系統進行實時監控，監測系統需配備位移傳感器、壓力傳感器。監測內容包括承臺相對標高變化、橋面標高變化、橋梁中線偏離情況、梁體端頭縱向位移、支撐體系壓力等。各監測內容對應的測點布設位置如圖5 所示，測點數量及警戒值見表3。 施工過程中一旦監測內容超過警戒值，需及時中止施工，查找原因，并采取合理的補救措施。 監測結果表明，施工過程中各監測點對應的最大值均未超過警戒值， 橋梁順利實現整體頂升1.75 m 高，效果良好。

表3 施工監測布設及監測結果

圖5 監控點布置圖

6 結語

由于受現場條件限制，經綜合分析，橋梁采用整體同步頂升技術，順利實現整體頂升1.75 m 高。 頂升過程中邀請第三方公司對鋼支撐應力、 梁體位移和應力等參數進行實時監測， 結果表明頂升過程中梁體的應變值均小于設計預警值。項目通過相關部門驗收、通車運營后繼續監控觀測，未發現其他質量問題。 結論表明，本項目所采用的施工技術方案是可行的。