橋梁同步頂升技術(shù)的研究與展望

李志峰

1 概述

橋梁同步頂升技術(shù),是一項在不損壞橋梁結(jié)構(gòu)強度、降低使用功能的情況下,采取全橋整體同步頂升的方法,將已建橋梁標高調(diào)整到新設(shè)計標高,以滿足橋下通航凈空要求的新型實用橋梁改建技術(shù)。

該技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于公路、水運、市政、城建、鐵路等一系列工程建設(shè)改造中,甚至一些文物、古建筑的整體頂升移位中。橋型方面,該技術(shù)不僅適用于各類簡支梁橋、連續(xù)梁橋,同時也適用于內(nèi)力自平衡體系的桁架橋、系桿拱橋等,而且可以做到主橋引橋整體頂升,應(yīng)用范圍極為廣泛。

同時該技術(shù)操作要求多,控制精度高,需要較強的技術(shù)水平。本文以湖嘉申線航道屺風(fēng)大橋頂升為范例,對橋梁同步頂升技術(shù)在內(nèi)河航道改造中的應(yīng)用做一些介紹,并對實際操作中涉及到的設(shè)計、施工、管理等各方面的問題提出某些探討。

2 工程簡介

屺風(fēng)大橋為潯練公路上的一座橋,位于湖州市練市鎮(zhèn),2003年建成,設(shè)計荷載汽—20,掛—100。該橋主橋73 m跨桁架拱,引橋為7×13 m空心板,全橋長約255 m。主橋下部為鉆孔灌注樁+承臺+立柱接蓋梁,引橋為樁柱結(jié)構(gòu)。

該橋與湖嘉申線航道中心線交角為72.4°,通航凈寬為63.5 m,已經(jīng)滿足Ⅲ級限制性航道60 m通航凈寬要求,通航凈高為4.5 m,距離Ⅲ級航道7 m凈高相差2.5 m。主橋頂升重量約為1 500 t,引橋頂升重量約為200 t,12跨共計頂升重量約為2 400 t。

3 工程特點

1)頂升重量大,規(guī)模大。主橋引橋共需頂升14個蓋梁。2)頂升高度大,頂升高度為2.5 m。3)相鄰板梁縱向間鉸縫連接,在板梁整體頂升過程中要保證鉸縫混凝土不受損傷。4)頂升過程中,橋梁可能出現(xiàn)平動和轉(zhuǎn)動,必須采取措施,避免產(chǎn)生超限偏移。5)頂升過程中頂升液壓缸同步控制要求高。

4 施工要點

1)頂點布置、頂升力的計算。分析橋梁結(jié)構(gòu)受力特點,合理布置頂升受力點,計算各頂升點的頂升重量,確定千斤頂型號,使橋梁在整個頂升過程中處于整體穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)受力合理的狀態(tài)。

屺風(fēng)大橋主橋為內(nèi)部超靜定外部靜定結(jié)構(gòu),總重約1 500 t,每個立柱布置4臺200 t千斤頂,總頂力3 200 t;引橋每跨總重約400 t,每個蓋梁下對稱布置4臺200 t千斤頂,總頂力800 t;頂升力安全系數(shù)K≥2.0(K值一般取1.5～2.0)。

2)頂升基礎(chǔ)選用、原橋結(jié)構(gòu)加固。主橋下部采用樁基+承臺立柱結(jié)構(gòu)形式,承臺面積較大,可以有效的擱置千斤頂?shù)软斏O(shè)備,選用老橋承臺作為頂升基礎(chǔ)。引橋下部采用雙樁基+立柱蓋梁結(jié)構(gòu)形式,無千斤頂擱置空間,同時立柱斷開過程中,上部結(jié)構(gòu)將不再穩(wěn)定。在引橋原有系梁位置處澆筑下部抱柱梁結(jié)構(gòu),作為頂升基礎(chǔ),下部抱柱梁通過縱向澆筑系梁一個框架,保持頂升過程引橋的穩(wěn)定。

3)限位裝置。主橋限位設(shè)置在主橋蓋梁的兩側(cè)并通過植筋的方式與承臺連成一體,通過限位桿件對蓋梁底部的扁擔(dān)梁進行縱橫向限位,主橋限位共制作2套。引橋限位通過鋼構(gòu)件對立柱進行限位,限位裝置通過預(yù)埋件與下部抱柱梁連成一體,引橋限位共制作4套,分別安裝在每側(cè)引橋的第2,5兩個墩柱位置。

4)頂升設(shè)備的安裝及調(diào)試。頂升設(shè)備包括液壓千斤頂及頂下鋼支撐、臨時鋼支撐、液壓泵站及油管路、PLC液壓同步控制系統(tǒng)、頂升位移監(jiān)控系統(tǒng)等。安裝前應(yīng)對設(shè)備的狀況進行檢查、檢修,確保設(shè)備完好。安裝完成后進行設(shè)備調(diào)試,無誤后安裝鋼支撐。

5)保壓平衡。調(diào)試完成后,對頂升系統(tǒng)按每級10%逐級加載,預(yù)加計算荷載的99.9%時鎖定系統(tǒng),實現(xiàn)平衡保壓。

6)斷柱。一般采用接頭錯開斷開的方法。接頭不宜錯開時,依據(jù)JGJ 107-2003,J257-2003鋼筋機械連接通用技術(shù)規(guī)程4接頭的應(yīng)用4.0.3之1,2,3條規(guī)定,鋼筋在同一接頭斷開時,柱斷開部位宜在柱中部彎矩較小、無箍筋加密的區(qū)段,并采用Ⅰ級機械連接接頭可不受限制;有抗震要求或加高后柱不能滿足設(shè)計要求時,可采用環(huán)向外側(cè)植入補強鋼筋、柱外包鋼筋混凝土使鋼筋接頭錯開的方法。

墩柱切割采用金鋼鏈鋸無振動切割,切割時采取逐墩對稱切割。

7)試頂升、稱重。柱切割完成后,進行試頂升稱重,試頂升就是液壓同步控制系統(tǒng)先給出一個位移1 mm的位移指令,頂升系統(tǒng)在位移1 mm后持荷5 min,并將各液壓千斤頂及液壓泵站的荷載、泵壓、油壓值等數(shù)據(jù)反饋給液壓同步控制系統(tǒng),作為頂升控制依據(jù),實現(xiàn)位移、頂力雙控,進而實現(xiàn)整體同步頂升。

8)正式頂升。試頂升后觀察若無問題,便進行正式頂升,千斤頂最大行程為140 mm,每一頂升標準行程為100 mm,最大頂升速度為10 mm/min。正式頂升按照整體同步頂升、逐墩到位的方法完成全橋頂升。

9)立柱鋼筋接長及柱混凝土澆筑。本橋鋼筋接長采用擠壓套筒機械連接。混凝土澆筑前應(yīng)將柱內(nèi)清鑿干凈;采用整體鋼模、微膨脹混凝土澆筑完成確保柱混凝土密實、新舊混凝土粘結(jié)牢固、表面光潔。

10)拆除恢復(fù)。全部頂升完成、柱混凝土達到設(shè)計強度后,即可拆除橋梁限位裝置、頂升千斤頂及支撐系統(tǒng)、液壓泵站、液壓同步控制系統(tǒng),恢復(fù)橋面系完成橋梁改造。

5 橋梁同步頂升技術(shù)的優(yōu)點

1)經(jīng)過結(jié)構(gòu)檢算,對頂升可能造成的橋梁影響進行了結(jié)構(gòu)補強,確保頂升時橋梁結(jié)構(gòu)安全。2)采用金鋼鏈鋸無振動切割,在切割過程中對橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無任何影響。3)柱切割時液壓控制系統(tǒng)在保壓平衡狀態(tài)下進行的,使橋梁在穩(wěn)定的狀態(tài)下完成了力系轉(zhuǎn)換。4)整個頂升過程是在位移、頂力雙控狀態(tài)下完成的,同步精度高,為±2.0 mm。5)采用了專用的限位裝置,確保橋梁頂升完成后的線形、中線、水平、柱垂直度等確保達到設(shè)計及規(guī)范要求。6)橋梁頂升工期短。橋下頂升準備階段可以在不中斷陸上交通的條件下進行;整個頂升施工所需時間約90 d,陸上從正式頂升中斷交通到完成頂升恢復(fù)交通約60 d;水上交通在整個頂升過程中可不中斷。7)頂升節(jié)約費用效果顯著:如果采用拆除老橋重新建造的方案,新建主橋?qū)⒒ㄙM777萬元,引橋352萬元,征地借地25萬元,合計1 154萬元。而采用頂升的方案主橋頂升費用154.5萬元,引橋43萬元,合計197.5萬元,節(jié)省了約956.5萬元的資金。8)社會效益:由于施工工期短,對周邊環(huán)境的影響小,最大限度地節(jié)約了社會資源。

6 結(jié)語

通過橋梁同步頂升技術(shù)在屺風(fēng)大橋成功應(yīng)用,證明該技術(shù)成熟可靠,同時可以減少征地拆遷,節(jié)約建設(shè)費用與社會資源,縮短建設(shè)工期,消除橋梁拆建等重復(fù)建設(shè)引起的社會不良影響,是一項利國利民的好技術(shù),將在長三角航道“四改三”工程及其他建設(shè)工程中發(fā)揮重要作用。

[1] 郭繼業(yè),彭香紅.豈風(fēng)大橋整體頂升技術(shù)[J].山西建筑,2009,35(15):318-319.