廈門(mén)仙岳路西段跨線橋頂升與加高技術(shù)研究

摘 要：通過(guò)對(duì)仙岳路西段跨線橋頂升與加高的施工方法和過(guò)程進(jìn)行研究，體現(xiàn)目前橋梁最新的頂升施工技術(shù)水準(zhǔn)，可供路橋工程同類(lèi)項(xiàng)目借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：橋梁頂升 施工難點(diǎn) 技術(shù)措施 工序 效果 廈門(mén)市

廈門(mén)仙岳路位于本島中部，西連海滄大橋，東接翔安隧道，全長(zhǎng)12公里，是東西走向的交通要道。由于近年交通量的激增，仙岳路西段改造工程勢(shì)在必行。仙岳路西段（疏港路～成功大道）長(zhǎng)5.7km，設(shè)疏港路立交、湖濱中路立交、成功大道立交，湖濱東路跨線橋、蓮岳路跨線橋、嘉禾路跨線橋3座跨線橋總長(zhǎng)約1.95 km。經(jīng)過(guò)方案論證比選，決定采取對(duì)既有三座跨線橋頂升加高利用，通過(guò)調(diào)整標(biāo)高和曲線與新建高架橋相接，力求最大程度上節(jié)約資金和工期，對(duì)道路交通和環(huán)境的影響降到最低。

一、橋梁概況

由于既有三座跨線橋的箱梁頂升工序類(lèi)同，在此選擇施工難度大且具代表性的湖濱東路跨線橋第一聯(lián)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁頂升（如圖1.1）作為研究對(duì)象，該橋起訖點(diǎn)樁號(hào)為K0+161.840～K0+846.840，共六聯(lián)，長(zhǎng)685m，首聯(lián)孔跨布置為4×35，140米。全橋除第五聯(lián)采用鋼箱梁外，其余各聯(lián)采用縱橫雙向體系等高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高2.0m，橋?qū)?5.0m，按整幅布置，采用扁平流線型箱梁截面（如圖1.2）。橋墩采用上端略為張開(kāi)的雙矩形門(mén)式墩身，樁柱對(duì)應(yīng)，樁徑2.0m。橋臺(tái)采用一字輕型橋臺(tái)，每個(gè)橋臺(tái)布置10根Φ1.5m鉆孔樁，橋面鋪裝采用4cm厚SMA-13改性瀝青混凝土與6cm厚AC-16I瀝青混凝土。

二、頂升施工難點(diǎn)與重點(diǎn)

（一）該跨線橋?qū)俪鞘兄鞲傻溃斏て诰o，橋下交通量大，頂升時(shí)橋下不封閉交通，要求采取同步措施確保橋下行車(chē)安全。

（二）頂升重量大，橋面較寬，第一聯(lián)H1～H3每跨頂升重量達(dá)21000KN，橋?qū)?5m，整個(gè)頂升體系的反力構(gòu)建難度大。

（三）頂升高度大，主干道全線最高頂升高度達(dá)6m，臨時(shí)支撐和油缸反力支撐高度較大，施工中需多次在支架上進(jìn)行托換頂升，對(duì)支架整體穩(wěn)定性要求較高。

（四）預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁重量較大、底板較薄，必須采取措施保證梁底板不受損壞，同時(shí)對(duì)分配梁的剛度要求較高。

（五）頂升過(guò)程中，相鄰兩聯(lián)的旋轉(zhuǎn)角度、頂升高度和坡度調(diào)整量均不同，對(duì)整個(gè)頂升系統(tǒng)的精確度和操控性要求較高。

（六）橋梁頂升后，墩、臺(tái)接高施工不同于常規(guī)施工，需解決作業(yè)空間狹小、鋼筋連接、原橋墩截?cái)嗾饎?dòng)、新老混凝土結(jié)合密實(shí)性等問(wèn)題。

（七）反坡頂升坡度大，梁體極易產(chǎn)生水平偏位和縱向滑脫，梁體在正常的縱向位移過(guò)程中，為保證原橋結(jié)構(gòu)的整體性、安全性以及保持伸縮縫間隙寬度，對(duì)限位措施要求較高。

（八）混凝土箱梁各支座點(diǎn)頂升高度不同，而且頂升施工時(shí)間在6-8月份，為本地區(qū)的臺(tái)風(fēng)多發(fā)季節(jié)，對(duì)整體支撐系統(tǒng)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求較高。

（九）橋梁在頂升施工時(shí)軸線偏差、橋墩傾斜度、伸縮縫間隙以及基礎(chǔ)沉降等都會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)常見(jiàn)發(fā)生水平偏位、扭曲、振動(dòng)、碰撞等，需嚴(yán)密監(jiān)測(cè)并實(shí)時(shí)收集整理數(shù)據(jù)指導(dǎo)和糾正施工，確保新結(jié)構(gòu)安全可靠程度不低于原結(jié)構(gòu)。

三、主要技術(shù)措施準(zhǔn)備

（一）受力面處理

1.承臺(tái)處理。湖濱東路跨線橋共計(jì)1個(gè)H0橋臺(tái)、H1～H4四個(gè)墩柱，因準(zhǔn)備利用原承臺(tái)基礎(chǔ)作為頂升支撐基礎(chǔ)，所以綜合考慮承臺(tái)受力面積、承臺(tái)樁基礎(chǔ)、鋼柱支撐位置、螺栓預(yù)埋位置、墩柱接高時(shí)模板安裝和施工空間等條件，本橋H2承臺(tái)尺寸為8.8×3.2×2.5m不能滿足頂升需要，故在H2承臺(tái)頂面植筋布設(shè)兩層φ16鋼筋網(wǎng)片，間距20cm，澆筑40cm厚混凝土，同時(shí)對(duì)承臺(tái)橫橋向兩側(cè)面進(jìn)行植筋澆筑各擴(kuò)寬30cm。H1、H3、H4承臺(tái)實(shí)際尺寸滿足需求，只加厚頂面，方法與H2相同，利用完畢后，將承臺(tái)埋入橋下綠化帶。

2.箱梁底面楔形處理。箱梁底部為傾斜面，縱橫都有坡度，而分配梁頂面水平，為使梁體承受豎直力，防止因梁底不平整造成頂升時(shí)傾斜失穩(wěn)，避免局部接觸產(chǎn)生過(guò)大局部應(yīng)力使梁體受損，施工時(shí)對(duì)梁體頂升部位底面進(jìn)行加楔塊抄墊平整。

3.臨時(shí)楔形塊制作安裝。橋梁頂升為比例調(diào)坡頂升，各墩處頂升高度不同，豎平面內(nèi)的任何轉(zhuǎn)動(dòng)都將造成鋼分配梁或墩臺(tái)臨時(shí)支撐偏壓，局部應(yīng)力變大，因此，根據(jù)每頂升1m各支點(diǎn)處的楔形變化，事先制作各種型號(hào)楔形塊，在頂升過(guò)程中按順序逐塊加入支撐中，以消除局部受力影響。

4.專用墊塊設(shè)置。專用墊塊用在千斤頂與鋼管支撐或支撐與承臺(tái)之間，采用Φ500×20mm鋼管，兩端焊接厚12mm法蘭，高度為100mm、200mm、500 mm等。每個(gè)臨時(shí)支撐點(diǎn)配置一組墊塊和薄厚不一的鋼板，以滿足不同頂升高度的需求。為避免支撐體系失穩(wěn)，墊塊間通過(guò)法蘭連接，當(dāng)加墊高度到達(dá)1.0m時(shí)增加一節(jié)鋼管支撐替換墊塊，以增強(qiáng)支撐整體性。

（二）鋼支撐托架體系安裝

鋼支撐托架體系由分配梁、支撐桿、專用墊塊和連系桿等組成，分配梁采用三根I36b鋼組焊而成，在箱梁底鉆孔植Φ20鋼筋，按照1m間距布置在分配梁兩側(cè)（注意避開(kāi)箱梁內(nèi)鋼筋）。每個(gè)墩柱支撐桿采用工具式Φ600×16mm螺旋鋼管，部分倒頂用臨時(shí)鋼支撐采用Φ500×20mm螺旋鋼管，兩端焊接厚12mm法蘭，下部通過(guò)植入M20錨栓與承臺(tái)連接，管節(jié)間通過(guò)螺栓連接（見(jiàn)圖3.1）。嚴(yán)格控制鋼支撐垂直度偏差不超0.5%，以防頂升時(shí)傾斜失穩(wěn)，支撐與原墩身間保留25cm空隙為后續(xù)施工需要。整個(gè)托架體系通過(guò)水平連系桿及剪刀撐形成水平穩(wěn)定體系。

（三）縱橫向限位施工

為防止頂升系統(tǒng)與梁板在施工中產(chǎn)生縱橫向相對(duì)滑移，設(shè)置平面限位裝置。本橋在高端H4墩伸縮縫處安裝縱向限位裝置，兩端為梯形鋼結(jié)構(gòu)錨固塊，橫向間距100cm，錨固塊與伸縮縫預(yù)埋鋼筋焊接牢固，利用未頂升段牽制H0～H4頂升段梁體。在低處端H0臺(tái)背上設(shè)置橫向限位裝置，鋼牛腿和豎向鋼管通過(guò)植筋與橋臺(tái)連接成整體，水平工鋼與梁體橋面植筋連接，并撐在兩豎向鋼管之間，利用水平工鋼限制梁體橫向移動(dòng)。

（四）引進(jìn)PLC同步頂升系統(tǒng)

1.系統(tǒng)組成與性能特點(diǎn)

傳統(tǒng)頂升設(shè)備不可避免地對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生較大附加應(yīng)力，具有極大的安全隱患。PLC同步頂升系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)（油泵、油缸等）、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等幾部分組成（如圖3.2），其主要參數(shù)見(jiàn)表3.1，能夠精確按照構(gòu)件的實(shí)際荷重平穩(wěn)頂舉，使附加應(yīng)力降至最低。液壓系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)力和位移控制、負(fù)載壓力控制、操作閉鎖、故障報(bào)警、緊急停止、誤操作自動(dòng)保護(hù)和過(guò)程信息顯示保存等，精確度和操控性極高且全部由計(jì)算機(jī)控制，全自動(dòng)完成同步移位，確保頂升同步性和結(jié)構(gòu)安全，從根本上解決了長(zhǎng)期困擾移位工程界的技術(shù)難題。

2.液壓系統(tǒng)布置

本次采用200T型千斤頂，頂身高395mm，底座Φ375mm，頂帽Φ258mm，行程140mm按照設(shè)計(jì)單位提供的數(shù)據(jù)，安全系數(shù)均按1.6考慮，每臺(tái)千斤頂配備液壓鎖和隨動(dòng)裝置，防止任何形式的失壓保證負(fù)載的有效支撐。根據(jù)頂升精度控制需要，各墩柱千斤頂分兩組，每組中心位置與梁底板間設(shè)置一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，每點(diǎn)設(shè)置一把精度0.01mm，量程為1200mm光柵尺進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同步精度控制在±2mm內(nèi)，位移傳感器與中央控制器相連形成位移閉環(huán)控制。

（五）箱梁應(yīng)力模擬分析

本橋第一聯(lián)頂升布置（如圖3.3），頂升將使梁體的受力點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)剛度、混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力索、氣候溫度等因素變化將使其變形和應(yīng)力變化更趨于復(fù)雜。為掌握橋梁頂升時(shí)的內(nèi)應(yīng)力變化，對(duì)相對(duì)位移差進(jìn)行量化控制，確保梁體產(chǎn)生的附加拉應(yīng)力不超限，本次利用ANSYS10.0有限元軟件對(duì)頂升梁體進(jìn)行模擬計(jì)算分析。全聯(lián)分六個(gè)工況進(jìn)行模擬計(jì)算：工況一：H0號(hào)橋臺(tái)施加1cm的豎向強(qiáng)迫位移；工況二：H1號(hào)橋墩施加1cm豎向強(qiáng)迫位移；工況三：H2號(hào)橋墩施加1cm的豎向強(qiáng)迫位移；工況四：H0號(hào)橋墩的內(nèi)側(cè)施加1cm豎向強(qiáng)迫位移、外側(cè)施加2cm豎向強(qiáng)迫位移；工況五：H1號(hào)橋墩的內(nèi)側(cè)施加1cm豎向強(qiáng)迫位移、外側(cè)施加2cm豎向強(qiáng)迫位移；工況六：H2號(hào)橋墩的內(nèi)側(cè)施加1cm豎向強(qiáng)迫位移、外側(cè)施加2cm豎向強(qiáng)迫位移。以下僅列出工況一、四分析結(jié)果（如圖3.4～圖3.12），其余工況模擬計(jì)算方法相同。

根據(jù)各工況建模加載計(jì)算分析結(jié)果，當(dāng)頂升時(shí)相鄰支座豎向位移差不超過(guò)10mm時(shí)，梁體拉應(yīng)力增量不超過(guò)1Mpa，箱梁結(jié)構(gòu)將在安全范圍內(nèi)。其中，H0號(hào)臺(tái)和H4號(hào)墩位箱梁局部主拉應(yīng)力將達(dá)到2.17MPa，所以H0號(hào)臺(tái)和H4號(hào)墩處梁底需加裝頂升橫梁以分散集中應(yīng)力，并且箱梁底面與橫梁必須保證充分相貼接觸。

（六）PLC頂升系統(tǒng)檢驗(yàn)與調(diào)試

系統(tǒng)頂升前進(jìn)行全面檢驗(yàn)與調(diào)試，主要檢驗(yàn)液壓系統(tǒng)在通過(guò)保壓試驗(yàn)后，再以31.5MPa滿載試驗(yàn)24小時(shí)后進(jìn)行0～31.5MPa循環(huán)試驗(yàn)其運(yùn)行是否正常，所有管路連接是否正確可靠，液壓油清潔度、油箱液面是否符合規(guī)定；PLC控制系統(tǒng)對(duì)力閉環(huán)和位置閉環(huán)設(shè)定的執(zhí)行靈敏度、穩(wěn)定性，所有接線是否正確；支撐體系、限位裝置安裝是否牢固正確，影響頂升的設(shè)施、連接結(jié)構(gòu)是否拆除；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備安裝、信號(hào)傳輸是否到位，主要為位移與應(yīng)變監(jiān)測(cè)兩方面，具體為：基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)、梁底面標(biāo)高監(jiān)測(cè)、梁位移監(jiān)測(cè)、梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)、支撐鋼管應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

（七）稱重與試頂升

頂升前測(cè)定各點(diǎn)的實(shí)際頂升荷載，稱重時(shí)依據(jù)理論計(jì)算的頂升荷載初設(shè)定一組頂升油壓值，采用逐級(jí)加載方法在1～10mm的頂升高度內(nèi)反復(fù)調(diào)整各組油壓，使每個(gè)頂點(diǎn)的頂升壓力與上部荷載基本平衡。將每點(diǎn)的實(shí)測(cè)值與理論值進(jìn)行比較，計(jì)算差異量，由液壓工程師和結(jié)構(gòu)工程師確定各點(diǎn)的頂升基準(zhǔn)值后緩慢加載至基準(zhǔn)值的80%直至各點(diǎn)分離達(dá)到10mm垂直位移，停機(jī)10分鐘檢查支撐托架有無(wú)變形、各支頂部位和加載點(diǎn)有無(wú)局部損壞，試頂升合格后進(jìn)行正式頂升。

四、正式頂升工序

（一）頂升工藝流程

對(duì)上部梁體、墩帽分兩步驟頂升實(shí)現(xiàn)抬高目的，各墩柱處頂升數(shù)據(jù)（見(jiàn)表4.1），工序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備、部分區(qū)域封閉→拆除伸縮縫等連接構(gòu)件→支撐系統(tǒng)基礎(chǔ)施工→安裝臨時(shí)支撐桿、分配梁→安裝頂升系統(tǒng)、系統(tǒng)調(diào)試→安裝限位裝置→安裝監(jiān)控系統(tǒng)→→各節(jié)段分別試頂升→循環(huán)接高千斤頂支撐鋼柱和臨時(shí)支撐→頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高→橋墩截?cái)囗斏罩摻钸B接及砼澆筑、養(yǎng)護(hù)→支座改造安裝→落梁完善橋面系統(tǒng)。

（二）頂升控制技術(shù)

1.梁體頂升

頂升施工實(shí)施同步頂升分步到位方案，每頂升標(biāo)準(zhǔn)行程設(shè)定為100mm，最大頂升速度5mm/min。首先將H0～H4墩頂箱梁全部同步頂起200mm，對(duì)H4墩頂施工處理后降低H4點(diǎn)，過(guò)程中H0～H3按比例同步頂升，保證各墩位千斤頂均勻受力直至H4到位，第二聯(lián)梁體在H4處始終固定于鋼管支撐上。全部頂升過(guò)程分45階段進(jìn)行：第1-2階段：梁體整體頂升2×100mm，各階段分五步，每步位移20mm；第3階段：梁體整體頂升39mm，分兩步，步長(zhǎng)分別為20mm、19mm；第4-41階段：以H4為軸旋轉(zhuǎn)梁體，H0處頂升37×100mm，各階段分五步，每步H0處位移20mm，其它各墩處同比例頂升；第41階段：以H4為軸旋轉(zhuǎn)梁體，H0處頂升57mm，分三步，步長(zhǎng)分別為20mm、20mm、17mm，其它各墩處同比例頂升；第42-44階段：整體落梁-3×100mm，各階段分五步，每步位移-20mm；第45階段：整體落梁，為使最后梁體高程達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，H0處位移比其他處位移多1mm，分四步，H0處步長(zhǎng)分別為3×20mm、11mm，其他四處均為3×20mm、10mm。

2.縱坡調(diào)整

橋梁頂升前縱坡為3.82%，調(diào)整后為1.15%。梁體在頂升的過(guò)程中產(chǎn)生水平位移和坡度變化致使千斤頂和支撐之間產(chǎn)生間隙，為防止偏心受力，千斤頂?shù)撞堪惭b可傾斜式鞍座，鞍座最大傾角為5°，直接減小了頂升過(guò)程中因梁體旋轉(zhuǎn)造成的角度變化。在千斤頂懸掛的鋼板上開(kāi)長(zhǎng)方形孔槽，長(zhǎng)度與水平位移長(zhǎng)度相同，寬度為螺栓直徑大小，每頂升兩個(gè)行程，對(duì)吊頂螺栓進(jìn)行一次調(diào)整，可滿足千斤頂中心與鋼支撐中心保持相對(duì)。

3.倒頂施工

本聯(lián)最高頂升高度3625mm，千斤頂最大行程為140mm，在實(shí)際施工過(guò)程中采用了倒頂施工法，行程控制在100mm內(nèi)，倒頂施工每步階以100mm為一個(gè)循環(huán)，每步長(zhǎng)5mm，每步長(zhǎng)完成后及時(shí)在臨時(shí)鋼管支撐處安放5mm厚鋼墊板以分散集中力保護(hù)結(jié)構(gòu)。有4個(gè)關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)：（1）千斤頂撐起梁體，專用墊塊支撐；（2）千斤頂頂升100mm+3mm后停止動(dòng)作，加墊高塊（100mm高）。（3）千斤頂回油下降，梁體荷載轉(zhuǎn)換至墊高塊及臨時(shí)鋼管支撐。（4）千斤頂回缸到底，加高頂升鋼管支撐處的墊塊。為確保安全，千斤頂和臨時(shí)支墩所受壓力不得超過(guò)設(shè)計(jì)壓力的10%。

4.墩柱施工

橋梁頂升到位后，采用新型無(wú)震動(dòng)線鋸對(duì)原橋墩距承臺(tái)頂面50cm處位進(jìn)行切割，在上部墩柱安裝鋼構(gòu)托盤(pán)進(jìn)行頂升，以梁底頂升高度為準(zhǔn)。頂升到位后，對(duì)上下截?cái)嗝娓麒彸?5cm左右高度的砼，使主筋露出6d長(zhǎng)度，加高段采用與原立柱同規(guī)格等數(shù)量的豎向主筋和箍筋，主筋采用套筒冷擠壓機(jī)械連接法，選用緩凝微膨脹混凝土以30cm分層澆筑，嚴(yán)格控制模板圓順度和拼縫嚴(yán)密性，確保墩柱成型外觀質(zhì)量。

5.支座安裝

在加高段墩柱砼養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，落梁之前進(jìn)行支座安裝，本工程采用新型CLRB矩形鉛芯隔震橡膠支座，由于梁體在頂升過(guò)程中產(chǎn)生了水平位移，支座安裝時(shí)上部預(yù)埋鋼板的螺栓孔與墩臺(tái)螺栓孔會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)孔的情況，且此處梁體內(nèi)有預(yù)應(yīng)力鋼筋存在，不宜使用鉆孔的方法進(jìn)行螺栓套筒重新預(yù)埋，采用根據(jù)最后實(shí)際坡度的大小加工楔形鋼板與梁底預(yù)埋鋼板進(jìn)行圍焊，采用間接性方法與支座頂板進(jìn)行塞焊連接，使上鋼板與梁底充分緊密接觸，避免了支座受力不均出現(xiàn)變形病害。

6.落梁

在支座安裝完成后進(jìn)行落梁，落梁前根據(jù)各油壓值，可計(jì)算得到各墩的實(shí)測(cè)支反力R/、實(shí)測(cè)梁重G/=∑R/，根據(jù)計(jì)算梁重G、設(shè)計(jì)支反力R、實(shí)測(cè)梁重G/，計(jì)算出各支點(diǎn)的理論支反力R//=R×G//G。通過(guò)R/與R//比較，在支反力偏小的支點(diǎn)下面墊鋼板調(diào)整其支反力。由于調(diào)整部分支點(diǎn)高程后，所有支點(diǎn)的反力值都將產(chǎn)生變化，所以需要重復(fù)進(jìn)行多次循環(huán)就位調(diào)整，直至各支點(diǎn)反力達(dá)到或接近理論支反力。落梁施工方法與頂升相同，但千斤頂油缸行程按相反順序進(jìn)行回縮。

五、效果總結(jié)

廈門(mén)仙岳路建成通車(chē)不久，對(duì)既有跨線橋進(jìn)行頂升加高利用，達(dá)到保護(hù)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)適用的要求。本次橋梁頂升工期緊、難度大、工序復(fù)雜、安全性要求高，既包括托換頂升、墩柱加高、橋臺(tái)改墩也包括縱坡調(diào)整、橋面調(diào)平、支座更換、落梁等，采取措施解決了箱梁結(jié)構(gòu)安全、橋梁水平偏位、扭曲、振動(dòng)、碰撞、縱向滑脫、伸縮縫破壞以及基礎(chǔ)沉降影響等常見(jiàn)技術(shù)難題，希望對(duì)今后類(lèi)似的橋梁頂升工程能夠起到借鑒和參考作用。

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作者簡(jiǎn)介：楊躍鑫，1981年10月，男，漢族，福建龍海市人，工程師，工程碩士，廈門(mén)市市政建設(shè)開(kāi)發(fā)總公司。