城市高架橋梁體頂升關鍵技術研究

范鵬 閔弘揚 李永泉

摘要 在役橋梁的改造升級在城市高架橋梁建設中意義重大，梁體頂升技術則在城市橋梁改造升級中起著關鍵性作用。文章基于某立交跨線橋頂升工程的實際工程案例，對城市高架橋梁體頂升技術所面臨的問題及解決措施進行了探討研究，該案例最大頂升行程達6.631 m。研究表明，交替式頂升方式對分段式高架橋頂升效果更佳，對橋梁頂升進行及時有效地監控，不僅可以排除施工過程中的不安全因素，而且可以豐富設計理論，對完善施工技術及保證施工質量提供可靠的技術保障。

關鍵詞 高架橋；梁體頂升；交替式；監控

中圖分類號 U445.6文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）06-0051-04

0 引言

隨著經濟的高速發展，城市交通流量的迅速增加，城市道路擁堵現象愈加明顯。而高架橋梁通過利用豎向空間，具有占地面積少、受地面交通干擾小的特點，大幅提高了道路通行能力，改善了城市交通擁堵狀況，因此許多城市正在大力建設高架橋梁。部分在役的橋梁為了適應高架橋梁建設的需要，需進行拆除重建或改造升級。如果在役橋梁在滿足結構承載能力的前提下，僅為了適應新建高架橋梁線形的需要而拆除重建，勢必造成資源浪費和工期延長。因此，對在役橋梁的改造升級意義重大，而梁體頂升技術在橋梁改造升級中起著關鍵性的作用。

1 目前面臨的問題

1.1 結構變形和應力分布

頂升過程中，高架橋梁結構可能會發生變形和承載力的變化。由于梁體大范圍的頂升，結構的變形和應力分布的變化可能導致橋梁的穩定性和安全性受到影響[1]。因此，如何準確預測和控制頂升過程中的結構變形和應力分布，是高架橋梁體頂升時的關鍵問題。

1.2 裝置選擇和施工限制

頂升裝置的選擇和施工限制是橋梁頂升修復的關鍵因素之一[2]。不同的橋梁結構和施工條件可能需要采用不同的頂升裝置，而現有的頂升裝置技術存在一定的局限性。同時，現場施工條件和周圍環境的限制也會對頂升裝置的選擇和操作提出一定的要求。因此，如何選擇適當的頂升裝置，并克服施工限制，是一個需要解決的重要問題。

1.3 安全風險控制

頂升過程中存在一定的安全風險，包括設備失效、結構破壞、人員傷亡等[3]。特別是大型、重要的城市高架橋梁，一旦發生事故，將對交通運行和城市安全產生嚴重影響。因此，如何評估和控制頂升過程中的安全風險，并采取有效的措施進行風險管理，是一個需要解決的緊迫問題。

2 城市高架橋梁體頂升關鍵技術研究

2.1 結構變形和應力分布問題解決措施

（1）結構監測與預測。通過安裝監測設備，實時監測橋梁在頂升過程中的變形和應力變化，以便及時發現問題并進行相應調整。同時，基于監測數據的分析和預測模型的建立，可以提前預測頂升過程中可能出現的結構變形和應力分布情況，從而進行合理的頂升設計和控制。

（2）結構加固。在頂升過程中，可以采用結構加固技術來增加橋梁的承載能力和穩定性，從而減少變形和應力的變化。加固措施包括增加梁板的加固支撐、加固橋墩和橋墩之間的連接等。通過合理的加固設計和施工，可以有效控制結構變形和應力分布，提高頂升過程的安全性和穩定性。

2.2 裝置選擇和施工限制解決措施

（1）優化頂升裝置設計。根據具體的橋梁結構和施工環境條件，優化頂升裝置的設計，提高其適應性和靈活性。可以針對不同類型的高架橋梁設計不同的頂升裝置，考慮高強度材料和先進的工藝技術，以提高頂升裝置的效率和安全性。同時，結合現代技術手段，如計算機模擬和虛擬現實技術，對頂升過程進行預先仿真和優化，以確保頂升裝置的有效運行。

（2）改進施工計劃。合理制訂頂升施工計劃，考慮施工隊伍、設備和材料的調度，以最大限度地減小施工對周圍環境的影響。可以采用夜間施工、交通管制、改道引導等措施，合理安排施工時間和路線，減少交通干擾和安全風險。

2.3 安全風險解決措施

在規避安全風險的主要策略中，首先需要建立健全安全管理體系，包括制定詳細的安全操作規程、加強安全培訓和監督等，確保施工人員具備必要的安全知識和技能。同時，要加強現場管理，落實安全防護措施，定期檢查和維護設備的安全性能，以避免設備失效和事故發生。

其次是完善風險評估制度和預防措施。在頂升施工前，進行全面的風險評估，識別潛在的危險因素，制定相應的預防措施。可以采用應急預案、臨時支撐措施、頻繁檢測和監測等手段，及時發現并消除潛在的安全風險。

3 高架橋梁體頂升技術的工程應用

以某立交跨線橋頂升施工為例，對城市高架橋梁體頂升技術的實際工程應用進行分析。

3.1 工程概況

某立交跨線橋為預應力混凝土現澆連續箱梁，橋跨組合為2×30+（30+40+30）+3×30 m，全橋共分三聯。橋臺為輕型橋臺，橋墩為門式墩身，鉆孔灌注樁基礎。

該工程通過整體調坡頂升工藝將梁體抬升至設計標高后，橋墩接高墩柱，0號橋臺拆除并新做交接墩，橋面與新建高架相接。

該工程頂升最大行程為6.631 m，該橋總頂升面積為5 750 m2，頂升總重量為13 950 t。總體頂升參數見表1。

3.2 頂升方式的選擇及過程控制

3.2.1 頂升方式的選擇

橋梁頂升工程中常用的頂升方式包括交替式頂升和隨動式頂升兩種。交替頂升方式與隨動頂升方式的優缺點對比見表2。

交替頂升方式原理是在每個支撐頂點安裝兩組可主動施加頂升力的千斤頂，并由控制臺控制液壓泵站驅動兩組千斤頂進行反復交替頂升。頂升過程中，先由第一組千斤頂進行梁體頂升的一個行程，同時在頂升過程中另一組千斤頂跟隨使用，以防止千斤頂失效時梁體突然墜落。一個行程過后，通過控制臺控制液壓泵站驅動第二組千斤頂進行頂升，同時控制第一組千斤頂收缸，并在收缸后的第一組千斤頂的活塞下墊設相應高度的鋼支撐墊塊，重復以上步驟，直至完成整個頂升過程。

3.2.2 關鍵施工技術

第一聯為兩跨2×30 m預應力混凝土箱梁，頂升重量為3 350 t，共配置67臺200 t千斤頂（分為A、B組），交替頂升。頂升總體步驟：第一聯先進行整體同步頂升，待2號橋墩處梁體頂升到設計標高后（頂升行程3.16 m），再整聯調坡頂升將0號橋臺處梁體頂升至設計標高（頂升行程6.631 m）。

第二聯為三跨30 m+40 m+30 m預應力混凝土箱梁。頂升總重量為5 600 t，共配置110臺200 t千斤頂（分為A、B組），交替頂升。頂升總體步驟：先通過調坡頂升將2號墩處梁體頂升到設計標高（頂升行程2.862 m），再通過反向調坡降落，將5號墩處梁體降落至設計標高（下降0.172 m）。

第三聯為三跨3×30 m預應力混凝土箱梁，頂升總重量為5 000 t，共配置49臺200 t千斤頂，總頂力9 800 t。第三聯整體豎向頂升0.090 m。

3.2.3 頂升過程監控

由于該工程頂升施工中牽涉到既有橋梁、新建臨時裝置和永久結構，加上控制系統反應不一，各種因素的直接或間接影響會導致頂升過程中產生施工誤差。如不對這些施工誤差加以控制或調整，則橋梁標高將偏離設計目標，并影響最終成橋內力及線形。

過程中的監控主要從以下方面進行：

（1）橋面坐標監測。該工程同步頂升工況復雜，在頂升過程中存在一定的誤差積累，最終效果需要通過實際施工過程中的坐標監測來控制。

坐標監測包括主梁軸線標高監測和水平位移監測。主梁軸線標高監測是為了控制橋梁頂升誤差，確保最終標高滿足設計要求；主梁軸線水平偏移監測是為了保證施工時主梁軸線順直達到設計軸線，監測時間與標高監測同步。

在具體實施頂升過程中，橋面橫、縱向偏移值見圖1，橋梁中線標高誤差見圖2。

圖1中，第一聯～第三聯橫向偏位分別為10±2 mm、?5±2 mm、±1 mm；縱向偏位分別為8±2 mm、3±1 mm、±1 mm，各測點縱向偏位值在伸縮縫限位裝置工作后無明顯增加；全橋標高誤差為5±3 mm。結果表明，各測點橫（縱）向水平位移均滿足±20 mm的精度要求；高程變化與頂升目標值基本一致，誤差滿足10 mm的精度控制要求。

圖2中，第一聯各橋中線處標高誤差分別為9 mm、8 mm、3 mm，第二聯各橋中線處標高誤差分別為8 mm、2 mm、4 mm、?1 mm，第三聯各橋中線處標高誤差分別為6 mm、4 mm、?1 mm、1 mm，全橋中線處標高誤差為4±5 mm。各測點均滿足連續梁橋墩相對于其他橋墩的豎向位移差限值：邊墩小于10 mm、次邊墩和中墩不大于10 mm。

（2）橋下位移監測。該工程采用的是連續頂升施工，為控制施工單位的施工速度，同時驗證實施頂升效果，采用位移傳感器監測對應的行程。重要測點頂升時程曲線如圖3所示。

由圖3可知，頂升過程平穩無異常，頂升過程中每個墩臺左右側位移傳感器實時位移量基本一致，時程曲線基本重合，表明在各頂升行程中實時修正上一行程誤差的控制方法效果良好，避免了誤差的積累，保證了最終的誤差控制。

（3）梁體應力應變監測。梁體在施工過程中將承受軸向壓力和變化彎矩的共同作用，連續梁主要控制截面為中墩頂部負彎矩區，重要測點應變時程曲線如圖4～5所示。

由圖4～5可知，未頂升前應變均在小范圍內波動，開始頂升后梁體從支座受力轉換成千斤頂受力，受力體系轉換后應變有明顯突變，千斤頂受力穩定后應變在一定的安全范圍內波動，應變值遠小于限值（正為拉應變100 με、負為壓應變2 000 με），頂升過程梁體受力狀況均在安全可控范圍內。

（4）鋼支撐應力應變監測。該項目頂升施工借助豎向支撐和支撐橫梁，將上部箱梁荷載向基礎轉換，在頂升期間，臨時支撐類似橋墩作用，支撐在自重和其他施工荷載作用下將發生力的轉換[4]。特別是受制于支撐柱間的連桿作用，加上支撐平臺基礎可能的沉降等因素影響，導致支撐受力與理想狀態存在差異，需要全程掌握其軸力狀態，也是對頂升過程中千斤頂傳力效果的校準[5]。

選取具有代表性的2個斷面監測，即頂升行程和重量最大的兩個墩臺（0號臺和3號墩）。監測結果如圖6～7所示。

由圖6～7可知，未頂升前應力均在小范圍內波動，開始頂升后從支座受力轉換成鋼支撐受力，受力體系轉換后應力產生突變，轉換到鋼支撐受力后應力又在一定的安全范圍內波動，應力均遠小于限值（所用609鋼支撐應力限值為215 MPa），頂升過程鋼支撐受力均在安全可控范圍。

4 結論

該文通過對城市高架橋梁體頂升方法進行研究，并結合實際案例進行應用分析得出如下結論：

（1）選擇合適的梁體頂升方法對于保證橋梁安全性和穩定性至關重要，該案例中選擇的交替式頂升方式，對分段式高架橋頂升效果更佳，各測點的位移誤差均滿足控制精度要求。現場采用多種監測措施，順利實現高達6.631 m的大行程梁體頂升。

（2）每個頂升行程對上一個行程的誤差進行及時修正的控制方法效果良好，避免了誤差的積累，保證了最終的誤差控制。

（3）對橋梁頂升進行及時有效的監控，不僅可以避免施工過程中的不安全因素，而且可以為豐富設計理論、完善施工技術及保證施工質量提供可靠的技術保障。

參考文獻

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