橋梁調坡頂升施工技術應用

楊國章

[上海浦東路橋（集團）有限公司，上海市 200135]

0 引 言

在現代老橋改建等項目中，橋梁頂升比橋梁拆除重建具有明顯的優勢。在老橋相關數據滿足生產工作條件的前提下，頂升施工工藝是一種效率高、周期短、資源利用率高且環境污染低的新型工藝。該工藝充分體現了“綠色建造、快速施工”的理念[1]。

橋梁頂升施工使用千斤頂、PLC 變頻同步頂升系統、鋼支撐等能重復使用的設備，設備周轉率高。施工作業中采用腳手架環繞作業，能夠較好地減少揚塵等污染，給施工人員提供安全的作業環境。

課題組現以濟陽路（盧浦大橋—閔行區界）快速化改建工程1 標段的楊思路跨線橋頂升為研究對象，并根據相關標準要求，討論介紹調坡頂升施工工藝。

1 工程概況

楊思路跨線橋為現有東、西兩幅分離式地面跨線橋，西幅跨線橋上部結構為空心板梁，下部結構為倒T 蓋梁、方形立柱、承臺，基礎為鉆孔灌注樁基礎。JYLW76# 墩為跨線橋中間區域，頂升高度最小為2.342 m。JYLW72# 墩和JYL80#墩為跨線橋起點和終點區域，頂升高度分別為5.226 m 和5.158 m，起點（終點）與跨中頂升的高差為2.884（2.816）m。在頂升過程中，對高差2.888（2.816）m 的調整即調坡頂升。頂升高度和頂升跨數見表1。

表1 頂升高度和頂升跨數 單位：m

2 橋梁調坡頂升方案比選

對于簡支板梁調坡頂升，本項目采用安裝分配梁的方式進行蓋梁和板梁同步頂升。對于各墩頂升至設計高度的順序有兩種方案可供選擇。

2.1 方案一：各墩按照比例同步頂升，同時到達設計高度

同一施工段內各墩頂升速度比按照各墩頂升高度比進行設定，各墩整體同步頂升、同步到達設計高度。

該方案的優點為：（1）各墩按照比例同步頂升，在頂升初步階段就可以通過監測頂升速率最大的墩柱的誤差，同時控制其他墩柱的頂升誤差。（2）在頂升過程中，同比例頂升有利于減小線型改變而引起的各項應力。但由于各墩千斤頂的行程是相同的，而各墩頂升速度是不同的，各墩千斤頂完成一個行程的時間是不同的，所以該方案各墩支撐墊塊的時間是不同的。

由以上分析可知，該方案施工效率較低、頂升用時長、勞動力利用率低。

2.2 方案二：各墩同步頂升、分步到達設計高度

第一步：同一施工段內所有橋墩進行整體同步頂升，直至設計頂升值最小的橋墩頂升至設計高度，然后該橋墩退出頂升。

第二步：其余橋墩進行整體同步頂升，直至設計頂升值次小的橋墩頂升至設計高度，然后該橋墩退出頂升。

第n 步：按照以上步驟進行頂升，直至設計頂升值最大的橋墩頂升至設計高度，完成頂升施工。

采用該方案進行頂升時，僅將頂升到位的橋墩與其相鄰的已經到位的橋墩之間的這一跨梁板處于調坡狀態，其他正在頂升的橋跨處于整體同步頂升狀態，其他頂升完成的橋跨處于靜止狀態。

該方案的優點是：（1）只有單跨橋梁處于調坡狀態，對監控比較有利。（2）逐步有橋墩及相應的工人退出頂升施工，進入橋墩改造等后續工序施工，對工期和提高勞動效率有利。（3）有利于各跨梁板由于坡度變化引起的投影長度變化在跨內由支座剪切變形吸收。

經過對以上兩方案的比較，方案二在頂升控制難度、工期、效率等方面，均具有明顯的優勢。因此，跨線橋簡支板梁調坡頂升采用“方案二”。

3 橋梁調坡頂升主要施工方案

第一步：既有橋梁檢測；橋梁現場檢查復核。

第二步：橋梁基礎頂升工作坑土方開挖。

第三步：安裝各項設備（梁底分配梁安裝；頂升鋼支撐；千斤頂及液壓設備；縱橫向限位結構）。

第四步：液壓系統調試；預頂升。

第五步：切斷橋墩。

第六步：交替式頂升到位。

第七步：墩柱接高。

第八步：鋼支撐拆除；道路修復。

4 調坡頂升控制指標

按照施工圖設計及《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1—2017）[2]、《橋梁頂升移位改造技術規范》（GB/T 51256—2017）[3]、《城市橋梁工程施工與質量驗收規范》（CJJ 2—2008）[4]的要求，調坡頂升施工的最終目標是：橋梁頂升施工完成后的線型與設計線型在各測點的誤差均控制在規范規定和設計要求的范圍之內。施工前，制定了如下控制標準：

（1）頂升施工總目標是成橋后橋面高程與設計值誤差控制在+10 mm 以內。

（2）成橋后，縱橫偏位與設計值誤差控制在±20 mm 以內。

（3）成橋后，墩柱垂直度不大于0.3%H 且不大于20 mm。

5 調坡頂升指標控制措施

5.1 縱向限位

調坡頂升過程中，梁體的水平投影會變長。同時，混凝土梁的熱脹冷縮導致梁體長度發生改變，會對頂升設備和梁體本身結構產生不利影響。為了防止該不利影響的產生，需要保證伸縮縫部位的寬度大小，同時保證橋梁不能無限制地縱向位移。在伸縮縫部位安裝推拉裝置，保證伸縮縫的寬度，同時也起到一部分橫向限位作用。

頂升前縱向限位裝置立面圖和實景見圖1、圖2。

圖1 頂升前縱向限位裝置立面圖（單位：mm）

圖2 縱向限位照片

5.2 橫向限位

簡支梁橋和墩柱頂升高度較大，頂升過程中上部結構易出現水平位移偏差。利用鋼支撐在橋墩周圍焊接14 號槽鋼限位裝置（限位裝置四周距離橋墩表面5 mm），限制橋墩位移，確保橋墩連接對位準確。即在每個墩柱做格構柱限位裝置，在墩柱四周的承臺上安裝格構式鋼結構限位，切割后的上端墩柱卡在該格構柱內上升，起到限位效果。

橫向限位平面設置和立面設置見圖3、圖4。

圖3 橫向限位平面設置

圖4 橫向限位立面設置（單位：mm）

5.3 梁端切割

板梁調坡頂升時，板梁端面與倒T 蓋梁之間的縫隙會發生變化，各條縫隙的變化值應在頂升前完成計算。當板梁與蓋梁可能發生碰撞時，應事先對板梁端部進行切割。不會發生碰撞時，可在頂升完成后再進行切割。切割以不傷害梁體主筋和預應力筋為宜。

5.4 施工監測

施工監測指頂升過程中為保證橋梁的變化情況在可控范圍內所進行的測量控制，包括沉降、位移、壓力等，貫穿于頂升全過程中。本監測措施應與第三方監測獨立進行，以便相互驗證分析。

5.4.1 監測點布置

監測點布置以能有效反映橋梁頂升過程中各部位的變化情況為宜。控制區域設置位移傳感器控制位移的同步性，精度控制在3 mm。位移傳感器與頂升控制室連接形成位移的循環控制進而實現頂升過程中位移的精準把控[5]。

位移傳感器固定于切割斷面以上的墩柱側面上，頂升時，記錄梁體頂升高度并控制梁體的位移和姿態[5]。

板梁頂升監測點布置見圖5。

圖5 板梁頂升監測點的布置圖

5.4.2 頂升監測內容及部位

PLC 頂升控制系統上配置的位移傳感器和壓力傳感器（見圖6、圖7），屬于實時監測。其他包括承臺沉降、橋面標高、水平位移偏差、縱向位移偏差、墩柱偏移等監測，屬于動態監測（見表2）。監測數據及時發送到頂升控制室，為后續頂升施工控制提供依據。

表2 施工監測點位和監測內容

圖6 應力傳感器

圖7 位移傳感器

（1）承臺沉降觀測。頂升前，在墩柱兩側的承臺上布置沉降觀測點。頂升時，測量承臺沉降值，如超出預警值，及時分析原因，采取相應的補救措施。

（2）頂升過程位移及同步性監測。采用位移傳感器進行頂升過程的位移和同步性監控，位移傳感器對應于千斤頂分組，對稱布置于橋墩切割面兩側。橋面高程觀測用來推算每個橋墩的實際頂升高度。測點設在橋面上，在每個墩柱位置的橋面兩側設置2個測點，每跨共設4 個高程監測點。

（3）橫向位移偏差。每一跨橋面中線布置2 個點，用全站儀測量橋面橫向（軸向）偏移量。

（4）縱向位移觀測。頂升過程中，梁體縱向位移和立柱垂直度采用以下方法控制：在橋梁縱向的立柱側面從上到下彈出一整條墨線，并保證墨線在墩柱切割面以下，在墨線上方蓋梁處懸掛垂球。通過垂球線與墨線的相對關系確定梁體的縱向位移，并與計算值進行比較[5]。

（5）液壓壓力監測。采用壓力傳感器進行千斤頂液壓壓力的監控，壓力傳感器內置于液壓泵站內，每組液壓千斤頂對應安裝一只液壓傳感器，每個墩柱取4 個點計算。

（6）墩柱偏移。用經緯儀測墩柱垂直度，儀器架設夾角為90°方向，每個墩柱取2 個點計算。

5.4.3 監測過程控制

頂升施工前，由頂升技術人員和操作人員共同測量初始值。頂升施工開始后，每隔2 個小時對位移傳感器、縱向位移偏差、橫向位移偏差、千斤頂液壓壓力，以及各橋面高程變化情況做一次全面測量并記錄數據。通過數據分析，將實測值與預先設定的目標值進行比較。若在目標值范圍內，則可進行后續頂升。若超出目標值，應立即停止頂升作業，分析產生偏差的原因，找到應對措施并及時進行偏差調整。調整后的數據均滿足目標值的要求后，方可繼續頂升。

5.4.4 第三方監測

為保證頂升過程中各項位移和應力值在設計范圍內，并確保頂升過程中的施工安全，在施工中應全過程、全方位配置第三方監測。 第三方監測應由有資質能力的單位負責實施。 施工前監測主要是對各監測點取得各項監測參數的初值，主要包括縱向位移、橫向位移、橋面高程、墩柱垂直度、千斤頂（鋼支撐）應力、局部裂縫、溫度等。

在施工現場，監測單位與施工單位在同一個地點進行頂升控制和頂升監測，及時溝通，對每一個頂升行程均應進行數據的相互比較，保證橋梁頂升可控。

6 調坡頂升實施效果

通過以上橫向限位、縱向限位、施工監測和第三方監測，能有力地保證橋梁在頂升期間和頂升后滿足標準規范的要求。現以楊思路西幅跨線橋頂升前與頂升完成后的實測數據（見表3）來說明。由表3 的數據分析可知：

表3 各項偏差 單位：mm

（1）橋梁頂升后的高程與設計高程差值范圍在+3～+9 mm 之間，滿足規范+10 mm 的要求。

（2）橫向偏移與設計值偏差在-11～+17 mm 之間，滿足規范要求的±20 mm 的要求。

（3）縱向偏移與設計值偏差在-15～+15mm 之間，滿足規范要求的±20 mm 的要求。

（4）墩柱垂直度與設計值偏差在1～6 mm 之間，滿足規范要求（按最小頂上高度2.342m 計算）的7 mm的要求。

橋梁頂升過程是一個動態過程，除了頂升施工的監測系統外，引進獨立的第三方監測單位對施工進行全過程、全面、全方位實時監控很有必要。通過實測的回歸分析數據對結構計算參數進行識別和修正，并預報下一階段工作狀態，以便及時進行調整，使橋梁頂升移位改造始終處于安全控制之中[3]。

7 結 語

橋梁調坡頂升規模大、專業性強、頂升高度和難度均較大，如何保證施工質量是工程重點、難點之一。為確保頂升過程中梁體位移軌跡始終在允許誤差范圍內，施工前方案設計中應加強縱向限位和橫向限位設計，并確保裝置具有足夠的剛度，滿足縱向限位、橫向限位的要求。