減少橋梁整體頂升高程誤差的方法

趙罡頡，汪 洋＊

（中鐵二十局集團第一工程有限公司，江蘇蘇州 215153）

引言

橋梁頂升技術在橋梁改造過程中廣泛應用，但本次橋梁改造工程數國內首例最大跨徑鋼管砼系拱橋，社會關注度較高，且本次工程采取半幅通車半幅施工的作業方式，也為工程增加了難點。在橋梁頂升過程中主要靠PLC 同步頂升控制裝置操控液壓千斤頂進行作業，不可控因素較多，作業難度增加。所以通過對不同頂升施工工藝作業過程中實時數據的監測與分析，來控制減少誤差產生的幾率，從而控制整體施工質量[1]。也為后續類似頂升改造工程提供參考。

1 工程簡介

南河特大橋位于寧杭高速公路溧陽境內與蕪申線運河交叉處，于2003 年建成通車，該橋至今使用狀況良好。橋位改造段高速公路處于在8 500 m 半徑的圓曲線上，高速公路設計速度為120 km/h，雙向6 車道。北引橋主橋縱坡為1.57%的上坡、南引橋為1.57%下坡，橋梁處豎曲線半徑為20 000 m，路橋分界填土高度約6.5 m。橋梁步跨為：10×25 m 組合箱梁+130 m 鋼管混凝土系桿拱+4×25 m 組合箱梁+（2×20+18+14）m 現澆箱梁，總長659.44 m，橫向雙幅布置、路拱橫坡為2%，橋面全寬=15.75 m（單幅寬度）+4.5 m（中分帶）+15.75 m（單幅寬度）=36 m，單幅橋橫向布置為：0.5 m（護欄）+15.25 m（機動車道）+1 m（護欄）=16.75 m。橋位處水面寬50 m，橋梁通航孔凈寬滿足50 m，凈高5 m，通航凈空不滿足Ⅲ級航道要求。因航道的升級改造整治需對該橋梁進行整體頂升改造。

2 千斤頂安裝

引橋頂升施工過程中利用抱柱梁托換形式，提供千斤頂作業平臺，改造橋梁自帶2%的橫坡，直接安裝千斤頂會造成頂升過程中受力不均的情況，會導致橋梁產生縱、橫向位移，破壞橋梁擾度，誘發安全事故等，控制千斤頂安裝過程中千斤頂的水平高度及垂直受力程度，可以降低施工過程中高程誤差的產生，從而減少橋梁的縱、橫向位移，減少對橋梁應力的破壞，避免原有橋梁在施工中受損，從而影響使用質量。

本工程采用的帶有自鎖裝置的螺旋千斤頂，作業時通過螺旋上升方式進行工作，為了避免千斤頂自身作業方式帶來的誤差，在本次施工中全部采用帶有碗狀傳力頂托裝置的新型千斤頂且采用倒置安裝的方式。圖1 為橋墩千斤頂安裝圖。

圖1 橋墩千斤頂安裝

橋墩引橋頂升施工采用上、下抱柱梁托換形式，提供千斤頂反力基礎作業平臺，上、下抱柱梁為確保千斤頂軸線垂直、受力均勻，施工時要保證上、下抱柱梁水平放置，由于上、下抱柱梁采用鋼混結構，施工時收到混凝土收縮影響，造成抱柱梁成品受力面出現不完全水平現象，安裝千斤頂時會造成千斤頂底座安裝不實從而導致頂升過程中受力不均。

針對施工過程中抱柱梁受力面不水平時，在安裝千斤頂時采用倒置安裝方式，在千斤頂安裝與上抱柱梁時，先用膨脹螺絲在抱柱梁底面安裝一塊調平鋼板，在通過螺絲將千斤頂安裝于調平鋼板底面，保證千斤頂底座水平。千斤頂通過鋼支撐作用在下抱柱梁上，由于千斤頂直徑相對于鋼支撐直徑較小，為了使頂升力均勻傳遞，特采用新型碗狀傳力頂托裝置，千斤頂碗狀頂托裝置與千斤頂垂直面可自由活動，頂升過程中在限度范圍內可以自由旋轉調節，充分保證千斤頂的垂直受力，減少頂升過程中因受力不均產生的高程誤差。

3 橋梁整體頂升施工工藝

橋梁整體頂升主要是PLC 同步頂升控制系統操控液壓千斤頂在反力基礎作業平臺上，通過千斤頂的工作行程使橋梁產生可控的位移變化。當橋梁基礎設置承臺時，一般以承臺作為頂升反力基礎，當未設置承臺時一般依附于橋墩澆筑鋼筋混凝土抱柱梁作為頂升反力基礎；當橋梁下部結構設置有蓋梁時，可利用蓋梁作為頂升作業受力點，當蓋梁寬度范圍內不足以安裝千斤頂時，可澆筑鋼筋混凝土上抱柱梁作為頂升作業受力點。利用各種長度的鋼立柱作為頂升支撐，頂升完成后進行橋墩接高和連接[2-3]。

3.1 引橋整體頂升施工工藝

南河特大橋由于主、引橋結構形式不同，綜合考慮施工安全、經濟及工期條件等因素，根據橋梁上、下部結構形式不同，因此制宜，分別采取以下幾種頂升布置方法。

3.1.1 A～D 類橋墩頂升

A～D 類橋墩采用上下抱柱梁托換體系，利用斷柱頂升法進行頂升，傳力體系為：原橋基礎→下抱柱梁→上抱柱梁→頂升結構。在上下抱柱梁之間安裝液壓千斤頂和隨動千斤頂，在上下抱柱梁之間切斷橋墩進行頂升，見圖2。

3.1.2 E 類橋墩頂升

E 類橋墩頂升采用下抱柱梁作為頂升反力基礎，以梁底對應的橫隔梁實心部位作為頂升受力點，傳力體系為：原橋基礎→下抱柱梁→梁底。

3.1.3 F 類橋墩頂升

F 類橋墩頂升采用直接頂升法進行頂升，在梁底與承臺之間安裝千斤頂和鋼管支撐結構，傳力體系為：原橋基礎→承臺→梁底。頂升前需解除支座與梁底的連接。

3.1.4 橋臺和過渡墩引橋側頂升

（1） 橋臺和過渡墩引橋側處采用直接頂升法進行頂升，采用條形基礎- 分配梁的托換體系，以新作混凝土基礎作為反力平臺，在梁底安裝鋼分配梁作為頂升受力點，不改變上部橋梁體系，通過分配梁方式實現橋梁的抬高，頂升完成后改造橋臺，同時增設一排樁基。

橋臺處反力平臺為在肋板兩側澆筑鋼筋混凝土條形基礎，基地土夯實，上澆筑50 cm 厚碎石混凝土，再在其上澆筑50 cm 厚120 cm 寬的鋼筋混凝土條形基礎。過渡墩引橋側頂升平臺為在原橋臺側面植筋澆筑鋼筋混凝土平臺作為頂升基礎，在梁底鋼分配梁與新做頂升平臺之間安裝千斤頂與鋼管支撐進行頂升。

3.2 主橋整體頂升施工工藝

主橋為130 m 跨度下承式系桿拱結構體系，經查，端橫梁底與蓋梁頂之間凈空為33 cm。為了盡量減少頂升力對橋梁結構應力分布的影響，充分利用原蓋梁結構承載力，在支座周圍布置液壓千斤頂進行頂升[4]。由于主墩千斤頂安裝位置凈空的限制，分兩階段進行主橋頂升。

3.2.1 主橋第一階段頂升

由于280 t 千斤頂高度28 cm 加上找平砂漿層和鋼墊板總厚度約為41 cm，所以首先適當剔除過渡墩蓋梁頂面及拱腳底面的保護層混凝土，使拱肋底至蓋梁頂凈空達到44 cm 左右。以便安裝鋼墊板及280 t 液壓千斤頂進行第一階段頂升。

第一階段頂升完成，當拱腳底至蓋梁頂凈空達到65 cm 以后，擰緊保壓環鎖定液壓千斤頂。這一階段頂升過程無隨動頂保護，采用抄墊的方法保證安全，即在頂升過程中逐步向支座頂與梁底出現的縫隙內插入鋼板，單幅主跨系桿拱橋四只支座頂上插入鋼板一樣多，使各支座上累計厚度保持一致，防止液壓失效時梁體出現突然下落。

3.2.2 主橋第二階段頂升

當頂升至梁底凈空達到65 cm 時，用保壓環鎖死液壓千斤頂，形成液壓千斤頂保壓支撐，然后拆出原支座。將原支座位置蓋梁頂以灌漿料找平，安裝500 t隨動千斤頂，將上部荷載全部轉移至隨動千斤頂形成由隨動頂支撐橋梁上部結構。然后將280 t 液壓千斤頂更換為500 t 液壓千斤頂，繼續進行第二階段頂升。

這一階段的主橋頂升由隨動千斤頂跟隨保護，鋼管支撐墊塊和鋼箱混凝土支撐墊塊逐級加高，直至逐級頂升到設計標高。

4 頂升過程中的箱梁縱橫向位移監測

在實施頂升過程中，隨著上部結構的提升，箱梁會產生橫向的位移偏差，為有效的控制橫向位移，必須采用橫向位移監測。采用全站儀在頂升全階段進行跟蹤監測，利用坐標法計算箱梁的縱橫向位移。

坐標測量：可測量目標點的三維坐標（X，Y，H）。

測量原理：

若輸入：方位角αSB，測站坐標（Xs，Ys）；測得：水平角β 和平距Dst。則有：

方位角αSt=αsb+β，坐標Xt=Xs+Dst·cosαst，Yt=Ys+Dst·sinαst

若輸入：測站S 高程Hs，測得儀器高i，棱鏡高v，平距Dst，豎直角θst，則有：高程Ht=Hs+i+Dst·tanθst-v

由于箱梁在頂升過程中，處于運動的自由狀態，水平方向的約束僅受頂升處的摩阻力。在橫向風作用下是否會發生側移或側傾，需要對風力進行實時監測。采用在橋面上布置智能風壓測試儀，對頂升作業全過程進行風壓測試。風壓計算公式，換算成橋梁橫向風力值，有效地知道頂升施工作業。

水平力：H=k0k1k3WkAw

其中：k0為設計風速重現期換算系數，對于大跨橋梁取1.0；k1為風載阻力系數，取1.3；k3為地形，地理條件系數，取1.0；Wk為風壓值，參考《公路橋涵設計通用規范》和現場測試值（KN/m2）；Aw為橋梁橫向迎風面積（m2）。

鋼支撐應力監測見表1。

表1 頂升臨時鋼管支撐應力監測點統計

5 主橋頂升施工過程中易產生誤差的因素及處理方法

主橋頂升作業方式不同于引橋頂升施工，主橋頂升施工利用原橋臺與系桿拱的拱腳作為反力基礎，進行的頂升作業方式，且主橋頂升施工需要進行一次千斤頂跟換工作，控制好千斤頂的安裝與通過使用鋼箱墊塊加高工作空間的過程，可以有效的控制頂升施工質量，減少高程誤差以及安全隱患[5]。

6 結論

在航道水運改造工程中，現有橋梁成為制約工程發展的瓶頸，因此在航道整治工程中對現有橋梁的改造有著至關重要的意義，橋梁頂升施工在橋梁改造工程中有著時間短、成本低、污染少的優勢。而橋梁頂升施工，是一個動態作業過程，施工狀態下，只由同步控制系統下的千斤頂單一提供支撐，隨著梁體抬升高度的增加，在橋梁高程誤差因素的影響下縱橫向偏差也會發生較大變化。控制好高程誤差產生的因素，在源頭上消減誤差，可以更好地把控整體頂升施工質量，提高工作效率。