成都市二環路羊西立交頂升調坡改造關鍵技術

古 銳 ，蔣建軍 ，田 波 ，鄭華奇 ，李 軍

（1.四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院，四川 成都 610041；2.上海先為土木工程有限公司，上海市 200333；3.成都興城投資集團有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

為適應社會發展需要，滿足城市交通快速通暢，順利實現成都市中心城區緩堵保暢目的，二環路全線將全部建成立體式交通網絡，全線建成高架橋。本著“資源節約型、環境友好型”的目標，以最大限度地利用已有橋梁，經綜合研究后，采取對羊西立交引橋簡支梁部分實施頂升利用，使舊橋利用率達到85%以上，對成都已有道路的改擴建起了示范作用[1]。

1 工程概況

成都市二環路羊西立交橋梁結構全長372.8m，橋跨組成由清水河向火車北站方向依次為：（2×22+4×23）m預制預應力混凝土簡支空心板+（35+50+35）m預應力混凝土連續箱梁+5×23 m預制預應力混凝土簡支空心板，全橋縱向共計14跨。高架橋分為左右獨立的雙幅橋，中間留3 m的空隙。每幅橋寬13.75m，橋面組成為：2×0.5 m（花池）+2×0.5 m（防撞墻）+11.75 m（車道寬），于2010年底建成通車。引橋橋墩采用薄壁墩，墩頂采用倒“T”型蓋梁，見圖1所示。

圖1 羊西立交引橋標準橫斷面圖（單位：cm）

該項改造頂升羊西立交橋兩端引橋，與新建高架相連接。南側引橋為2×22 m+4×23 m的簡支梁橋，縱坡為+5%，頂升調整后為-2.436%，最大頂升高度 5.976 m；中間段主橋保持原樣，僅對邊跨局部進行鋪裝加鋪；北側引橋為5×23 m預應力混凝土簡支空心板梁，縱坡為-4.322%，頂升調整后為3.1%，最大頂升高度4.513 m，見圖2所示。

圖2 引橋頂升調坡縱斷面變化圖（單位：m）

根據縱坡總體設計，羊西立交引橋的各墩臺處高程調整值及方案見表1和表2所列。

表1 南引橋各墩臺處橋面高程調整值及方案一覽表（單位：m）

表2 北引橋各墩臺處橋面高程調整值及方案一覽表（單位：m）

2 既有橋梁利用改造的總體思路

根據羊西立交改造前后的特點和現有結構的檢測結果，經論證羊西立交跨線橋兩端引橋采用“斷骨增高”方式進行改造，即在支架上設置千斤頂，然后切斷橋墩，頂升蓋梁及上部梁板，達到標高后再接長橋墩。

3 關鍵技術

3.1 支架基礎加固

橋梁頂升時利用原承臺作為反力基礎，為防止對現有承臺結構造成破壞，需對現有承臺進行加寬加固處理。

1#～6#、9#～13#橋墩處頂升支架考慮在現有橋墩承臺上增設混凝土牛腿，牛腿寬度為70 cm，采用在現有承臺上植入鋼筋擴大承臺。對承臺擴大后在承臺上布置支撐鋼管，見圖3所示。

圖3 橋墩支架基礎加固圖(單位：cm)

0#、14#橋臺處原布置有3根1.5 m樁基，通過2.5 m高承臺支承橋臺前墻。該項技術改造在橋臺外側增加2根1.5 m樁基，樁長15 m,新增加樁基與原樁基通過增加的承臺形成2個三角形新承臺，見圖4所示。

圖4 橋臺支架基礎加固圖（單位：cm）

3.2 斷柱整體頂升

羊西立交用斷柱整體頂升的方法進行頂升，利用改造后的承臺作為頂升反力基礎，將頂升著力點設在蓋梁底面，切斷墩柱后，通過頂升蓋梁來抬高橋面。

斷柱整體頂升技術的主要流程見圖5所示。

圖5 頂升步驟流程圖

采用該頂升方法的主要優點有：頂升著力點設置于蓋梁中部底面增設的分配梁上，下部采用鋼管支架支撐，具有很好的整體穩定性；頂升蓋梁沒有改變橋面系的受力狀態，不會造成對橋面結構的損傷和破壞。

為了簡化頂升作業、節省工期，羊西立交采用了“同步頂升，逐級到位”的控制技術，除了即將到位的一跨橋梁外，其余各跨橋梁均平行向上頂升，使得每個行程各橋墩處頂升高度相同。

3.3 蓋梁加寬改造

墩柱切割后，頂升著力點設在蓋梁底面，為保證頂升過程中，蓋梁不產生變形，需在蓋梁底部設置有足夠的剛度、強度及穩定性的分配梁。該分配梁直接承擔上部梁體的重量，并將力轉移給千斤頂。

羊西立交橋分配梁采用混凝土澆筑于蓋梁側面和底部，分配梁與蓋梁用鑿毛和植筋連接。蓋梁分配梁橫橋向寬度為7 m，順橋向兩側各加厚0.2 m，蓋梁底部加厚0.15 m，如圖6所示。

圖6 蓋梁分配梁構造圖(單位：cm)

3.4 墩臺頂升支架與限位

頂升支架的主要作用是承擔上部結構橋梁及蓋梁和部分墩柱的重量，相當于“臨時墩柱”結構。支架系統由型鋼分配梁、支撐墩、加高鋼管及臨時墊塊，以及連系桿等組成。橋墩支架體系采用16根鋼管支撐，對于橋臺支架為10根鋼管支撐組成。鋼管支撐下部通過植入化學錨栓與承臺連接，上下兩節鋼管間通過法蘭連接；鋼管支撐間采用14a槽鋼作為聯系桿件進行連接，并在外側設置穩定鋼管支架形成三角形格構柱；整個鋼支撐體系通過槽鋼作為水平連系桿及剪刀撐及外部穩定支架連接成一個格構柱，形成穩定體系，確保頂升施工安全，見圖7所示。

圖7 橋墩頂升支架實景

由于橋梁反坡頂升過程中，橋梁可能會出現微小的位移。為保證頂升系統的安全及梁體的結構安全，需設置平面限位裝置，限制縱橫向可能發生的位移和保證結構的受力安全。

墩柱縱、橫向限位采用在橋墩上錨固卡槽，對應的支撐鋼管處，焊接方鋼形成滑槽，當千斤頂將橋梁頂升時，方鋼只能在卡槽中上升，從而限制頂升時橋墩的縱橫向變位，見圖8所示。

圖8 墩柱限位裝置實景

調坡頂升，板梁水平投影長度伸長，因此設置橋面牽拉式限位裝置來控制伸長量。角鋼之間通過對拉螺栓連接，這樣橋面系既可滿足調坡頂升板梁自由轉動的需要，又可在縱向位移變大時，通過擰緊螺栓起到縱向限位的作用，見圖9所示。

圖9 橋面牽拉式限位裝置實景

3.5 繩鋸切割

當頂升的土建工程完成以后，千斤頂及液壓系統安裝完畢后，頂升準備工作到位后，對橋墩進行切割。墩柱切割采用新型無震動直線切割設備，切割位置一般在承臺以上0.6 m處，如圖10所示。這種切割設備具有體積輕巧、切割能力強的特點。切割采用水冷卻，無粉塵噪音污染，切口平順。

圖10 墩柱切割中之實景

3.6 同步頂升PLC系統

PLC控制液壓同步系統由液壓系統（油泵、油缸等）、檢測傳感器、計算機控制系統等幾個部分組成。液壓系統由計算機控制，可以全自動完成同步移位，實現力和位移控制、操作閉鎖、過程顯示、故障報警等多種功能。PLC控制液壓同步頂升是一種力和位移綜合控制的頂升方法，這種力和位移綜合控制方法，建立在力和位移雙閉環的控制基礎上。整個操縱控制都通過操縱臺實現，操作臺全部采用計算機控制，工程的安全性和可靠性得到保證，施工的條件也大大改善。

3.7 施工監控

橋梁頂升過程是一個動態過程，隨著梁的頂升，梁的頂升高度、縱橫向偏差等會發生較大變化，梁的支承點的相對變化對梁受力狀態將會發生變化。為此，在羊西立交的頂升過程中對蓋梁控制截面的應力、變形、頂升位移，橋面的標高及水平位移，承臺控制點的沉降，鋼管支架的應力及偏位進行了實時監控，并要設定必要的預警值和極限值，以便將姿態數據反饋給施工加載過程。

空心板梁的鉸縫是薄弱環節，頂升過程中不允許發生扭轉變形，同時各千斤頂與分配梁之間為鉸接，因此該橋在頂升過程中的精度要求極其嚴格，見表3所列。

表3 頂升過程中的精度控制一覽表

3.8 墩柱接長與加固

墩柱接長分三大步驟進行：

（1）斷柱接頭部位人工鑿除30 cm左右高度的混凝土，使主筋出露，并將立柱新老混凝土結合部分進行表面鑿毛處理，以利于新老混凝土的連接。

（2）采用焊接或機械連接墩柱豎向受力筋，綁扎箍筋并立模，混凝土澆筑前用高壓水槍對結合面清洗干凈，采用自密實微膨脹混凝土澆筑，見圖11所示。

圖11 墩柱接長施工現場實景

（3）墩柱頂升時，受梁體水平投影長度變化影響，蓋梁和上半截墩柱會發生水平偏位與旋轉，造成上下鋼筋連接十分困難，為減小鋼筋連接質量對結構受力的影響，在墩柱接高施工完成后，對接高墩柱外包20 cm厚混凝土。

4 結語

羊西立交引橋調坡頂升改造工程，最大頂升高度5.976 m，南側6跨同步頂升，北側5跨同步頂升，且橋梁為簡支結構，頂升過程中整體性差，頂升改造具有極大的難度。頂升改造總工期為6個月。

頂升完成后，對該橋進行了全面綜合的檢測，經評定羊西立交現狀良好，各項檢測指標均滿足現行規范要求。

羊西立交引橋調坡頂升改造的順利完成，對既有道路的改擴建起到了示范作用。

[1]四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院.成都市中心城區緩堵保暢“兩快兩射兩環”項目二環路西段工程EPC3合同段羊西立交改造工程引橋頂升施工圖設計文件[R].成都：2012.