既有橋梁調(diào)坡頂升及改造綜合施工技術(shù)研究

李洪江

（中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司 山東濟(jì)寧 272100）

1 前言

由于國家交通建設(shè)及城市市政道路的快速發(fā)展，原規(guī)劃設(shè)計(jì)并投入運(yùn)營的橋梁在最新的規(guī)劃設(shè)計(jì)中已不能滿足現(xiàn)行條件的使用要求，越來越多的橋梁面臨改造。由于許多橋梁因投入使用時(shí)間還很短，直接拆除重建會造成大量的資源浪費(fèi)，通過采用頂升改造的方式，既能很好地解決設(shè)計(jì)規(guī)劃問題，又能完整保留既有橋梁，節(jié)約資源。

王曉峰等［1］提出了適合普通混凝土調(diào)平層的3種結(jié)構(gòu)形式，并通過算法進(jìn)行優(yōu)化達(dá)到減少調(diào)平層自重的目的。周華龍等［2］通過對大跨橋上線路調(diào)坡以及板式道床鋪設(shè)方法進(jìn)行研究，對大跨橋上的施工誤差處理以及提高軌道平順性有一定的指導(dǎo)意義。王海等［3］通過濟(jì)南段店立交連續(xù)梁橋調(diào)坡頂升工程，分析了縱、橫位移的原因并提出技術(shù)措施。萬瑞等［4］結(jié)合工程中使用的鉸式梁底調(diào)坡器，針對梁底縱坡施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。王欣等［5］基于橋梁同步頂升理論，提出頂升施工＋監(jiān)測全過程一體化控制體系，將監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論分析相佐證。王守強(qiáng)等［6］依托某高架橋改造項(xiàng)目，計(jì)算出頂升過程中的水平位移與千斤頂垂直度偏轉(zhuǎn)數(shù)值，同時(shí)針對頂升施工提出了一系列控制措施。劉國華等［7］對比分析不同頂升技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述了整體同步頂升技術(shù)具體步驟，為類似工程提供了技術(shù)支撐。李清江［8］依托某舊橋改造實(shí)例，采用頂升更換支座加高墩臺蓋梁施工技術(shù)，為類似橋梁施工提供經(jīng)驗(yàn)。高翔［9］依托香港某項(xiàng)目采用場外預(yù)制拼裝、整體頂升安裝的施工方法，確保了工程安全。封明明等［10］針對解決了傳統(tǒng)支座帶來一系列問題的新型支座系統(tǒng)進(jìn)行分析，表明合理的調(diào)坡范圍能從根本上解決支座脫空、偏位等問題。徐家棟［11］及李國峰［12］對調(diào)坡頂升改造關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，并對支撐系統(tǒng)的受力特征與穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算分析。

本文針對廣中江高速公路項(xiàng)目現(xiàn)澆梁調(diào)坡頂升及下部結(jié)構(gòu)綜合改造施工要求，結(jié)合施工現(xiàn)場條件，借助PLC同步頂升控制系統(tǒng)，提出了超高度大噸位既有橋梁調(diào)坡頂升及改造綜合施工質(zhì)量控制措施，確保了現(xiàn)澆梁調(diào)坡頂升及下部結(jié)構(gòu)綜合改造施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

2 工程概況

廣中江高速公路項(xiàng)目某既有橋梁為單箱三室變截面現(xiàn)澆連續(xù)箱梁（39＋60＋32）m，施工墩號為DZ42～DZ45。下部邊墩為圓柱墩＋蓋梁形式，中墩為方墩＋工字型承臺形式。現(xiàn)狀橋梁縱坡為－0.03%，變更設(shè)計(jì)后橋梁縱坡調(diào)整為1.32%，且橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)高需進(jìn)行提升調(diào)整，最小頂升高度為147.2 cm，最大頂升高度為323.9 cm。上部現(xiàn)澆梁頂升完成后，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變更的邊墩進(jìn)行拆除新建，對設(shè)計(jì)無變更的中墩、邊墩進(jìn)行頂升接高改造。頂升總面積為2 345.5 m2，頂升總重達(dá)64 813 kN。

既有橋梁調(diào)坡頂升及改造綜合施工工序：原承臺基礎(chǔ)改造（邊墩施工鉆孔灌注樁新澆承臺、中墩原承臺進(jìn)行擴(kuò)大處理）→在墩柱前后兩側(cè)箱梁底部安裝分配梁→在各墩柱布置千斤頂與頂升支撐→轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)受力至臨時(shí)鋼管支撐上→分階段同步頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高→中墩斷柱頂升、邊墩墩柱及蓋梁拆除→中墩及邊墩墩柱接高、邊墩新建墩柱及蓋梁→墊石施工、安裝支座→落梁就位→拆除頂升裝置與臨時(shí)支撐→邊墩承臺拆除。

3 既有橋梁調(diào)坡頂升及改造綜合施工

3.1 頂升支架基礎(chǔ)處理

依據(jù)現(xiàn)澆梁、下部結(jié)構(gòu)頂升施工荷載及頂升支架支撐體系設(shè)計(jì)，對頂升支架基礎(chǔ)進(jìn)行處理。

邊墩處實(shí)體設(shè)計(jì)為系梁＋圓柱墩＋蓋梁結(jié)構(gòu)，且橋梁頂升完成后需對原結(jié)構(gòu)拆除重建或頂升結(jié)構(gòu)，無法利用原結(jié)構(gòu)作為支架基礎(chǔ)。綜合各項(xiàng)因素對比分析，采用鉆孔灌注樁進(jìn)行軟基處理，上部施工現(xiàn)澆鋼筋混凝土承臺結(jié)構(gòu)的形式作為支架基礎(chǔ)。

中墩處實(shí)體設(shè)計(jì)為工字型承臺＋方墩結(jié)構(gòu)，變更設(shè)計(jì)僅對墩柱進(jìn)行頂升接高改造，頂升支架基礎(chǔ)可通過對實(shí)體承臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造后加以利用。

3.2 頂升支架設(shè)計(jì)安裝

支撐體系由鋼支撐、臨時(shí)墊塊、聯(lián)系桿件、分配梁、千斤頂?shù)冉M成。

頂升支架體系主體采用無縫鋼管作為支撐，鋼管支撐采用法蘭形式進(jìn)行連接，支撐底部采用地腳螺栓與基礎(chǔ)進(jìn)行連接固定；鋼支撐間通過型鋼加固成整體，在水平方向均勻間隔布置支撐且高度方向不超過2.5 m，上下水平支撐之間設(shè)剪刀撐。

考慮到實(shí)際工程中施工荷載以及工程要求的各墩頂升高度等因素，選取可轉(zhuǎn)動帶球頭的主動千斤頂，其中一臺液壓千斤頂噸位為200 t，高度為472 mm，行程為140 mm；另一臺液壓千斤頂噸位為300 t，高度為572 mm，行程為240 mm。由于頂部球頭轉(zhuǎn)角最大可達(dá)5°，因此可以解決在頂升過程中由于接觸面坡度不斷變化，底部的千斤頂與所頂升的上部結(jié)構(gòu)不在同一垂直線所造成的局部偏壓問題。

為避免施工過程中因液壓頂升系統(tǒng)失壓造成施工安全隱患，在頂升過程中采用同步跟隨的外部輔助系統(tǒng)，該輔助系統(tǒng)主要利用外部機(jī)械支撐無間隙地跟隨頂升過程，作為安全隱患發(fā)生時(shí)的保障系統(tǒng)。隨動千斤頂?shù)倪x型與主動千斤頂一致。

DZ42、DZ45邊墩處共有12根頂升支撐和6根穩(wěn)定支撐，通過型鋼將各支撐連接成一個整體。為保證有足夠的預(yù)留空間來進(jìn)行蓋梁、墩柱的拆除及新建，在支撐和墩柱蓋梁之間預(yù)留不小于50 cm的空隙，見圖1。

圖1 邊墩處頂升支架支撐體系

DZ43／DZ44墩處共布置32／40根頂升支撐和12根穩(wěn)定支撐，通過型鋼將各支撐連接成一個整體。為保證墩柱頂升改造有足夠的施工空間，支撐和墩柱蓋梁之間的預(yù)留空隙不小于40 cm，每排支撐兩相鄰墩柱之間的預(yù)留空隙為80 cm左右，見圖2、圖3。

圖2 DZ43中墩處頂升支架支撐體系

圖3 DZ44中墩處頂升支架支撐體系

3.3 試頂升

試頂升在正式頂升之前進(jìn)行，用于確定頂升系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否正常以及校準(zhǔn)稱重結(jié)果。根據(jù)試頂升情況確定頂升支撐體系、頂升及同步跟隨系統(tǒng)的工作狀態(tài)和梁體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。為了在正式頂升監(jiān)測過程中有對比參照的基準(zhǔn)，試頂升前須全面準(zhǔn)確地測量原有橋梁主體結(jié)構(gòu)線形分布。

試頂升時(shí)，首先將千斤頂加載至理論頂升力的80%，根據(jù)傳感器確定各點(diǎn)已經(jīng)分離后再頂升達(dá)到10 mm垂直位移，停止加載。10 min后檢查加載點(diǎn)是否存在局部受壓破壞情況以及橋梁各支頂部位和頂升支架是否變形。在試頂升工作確定正常后進(jìn)行正式頂升。

3.4 正式頂升

試頂升后，通過結(jié)構(gòu)監(jiān)測沒有發(fā)現(xiàn)異常后，進(jìn)行正式頂升。

采用PLC同步頂升系統(tǒng)，在施工過程中，由計(jì)算機(jī)控制液壓系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)全自動同步位移，精確控制頂升力和位移、位移誤差、行程等；同時(shí)具備錯誤操作自動保護(hù)機(jī)制、頂升過程同步顯示等輔助功能；系統(tǒng)中所采用的油缸液控單向閥可以防止系統(tǒng)紊亂及管路失壓等情況的發(fā)生，從而在頂升負(fù)載狀態(tài)下保證有效支撐以及施工安全。

橋梁頂升施工過程分解流程：

第一步，千斤頂、跟隨千斤頂安裝到位；

第二步，千斤頂、跟隨千斤頂共同頂升200 mm；

第三步，跟隨頂受力，頂升千斤頂收缸；

第四步，跟隨頂受力，頂升千斤頂油缸下加墊塊；

第五步，頂升千斤頂受力，跟隨頂收缸；

第六步，頂升千斤頂受力，跟隨頂油缸下加入墊塊；

第七步，循環(huán)第二步至第六步，直至頂升到位。

3.5 下部結(jié)構(gòu)改造

上部結(jié)構(gòu)頂升到位，支架支撐體系固定后，對結(jié)構(gòu)形式發(fā)生變化的DZ42墩進(jìn)行拆除新建，對結(jié)構(gòu)形式無變化的DZ43、DZ44、DZ45墩進(jìn)行頂升接高。

DZ42墩蓋梁、墩柱拆除采用靜力切割方式，根據(jù)選用吊裝機(jī)械起重量對蓋梁結(jié)構(gòu)按照荷載進(jìn)行分塊，打設(shè)吊裝孔，根據(jù)分塊逐塊進(jìn)行切割吊除。

因新建蓋梁結(jié)構(gòu)與頂升支架支撐體系間施工空間較小，無法采用傳統(tǒng)抱箍法施工蓋梁，為保證蓋梁施工過程中頂升支架安全，采取搭設(shè)盤扣支架的方式進(jìn)行蓋梁施工。

需接高中墩及邊墩處，首先進(jìn)行墩頂墊石砼鑿除施工，保留墊石預(yù)埋鋼筋，在墩間系梁、蓋梁下安裝頂升設(shè)備及鋼支撐用于墩柱切割后的頂升施工，利用頂升設(shè)備將橋梁主體頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高后復(fù)核墩柱、蓋梁頂面與現(xiàn)澆梁底的空間能否滿足新墊石和支座施工要求，最后進(jìn)行墩柱連接施工，見圖4～圖6。

圖4 DZ43中墩頂升處頂升支架

圖5 DZ44中墩頂升處頂升支架

圖6 DZ45邊墩墩頂升處頂升支架

3.6 支座安裝

因上部現(xiàn)澆梁整體頂升調(diào)整標(biāo)高，原梁底調(diào)平楔形塊角度隨頂升發(fā)生較大變化，造成楔形塊與支座上鋼板接觸面間存在縫隙，為了避免改造梁底楔形塊對梁體產(chǎn)生破壞，采用設(shè)計(jì)加工定型楔形塊對接觸面縫隙進(jìn)行補(bǔ)充。楔形鋼板根據(jù)橋梁標(biāo)高調(diào)整后梁底楔形塊與球形支座上鋼板接觸面四角高差，采用工廠模塊化定型銑刨制作，定制上部支座加長連接螺栓進(jìn)行固定。

3.7 落梁

落梁過程應(yīng)緩慢進(jìn)行，逐級卸載。由于本工程支座安裝完畢后與箱梁之間沒有預(yù)留空隙，因此落梁高度有限，一般不超過3 mm。

4 總結(jié)

經(jīng)借鑒類似工程的成功經(jīng)驗(yàn)以及施工前的精確計(jì)算與合理設(shè)計(jì)，廣中江高速公路項(xiàng)目既有橋梁頂升及改造綜合施工項(xiàng)目采用PLC同步頂升控制系統(tǒng)，并邀請專家組對施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地考察，結(jié)合實(shí)際工程狀況對施工技術(shù)進(jìn)行探討及改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)了既有橋梁頂升及改造施工安全、進(jìn)度及成本等各方面的有效把控，可為類似工程施工改造提供經(jīng)驗(yàn)。