某互通橋梁頂升工程施工關鍵技術探究

■蔣光煒

（三明市高遠公路建設開發有限責任公司，三明 365000）

0 前言

在河道、鐵路、公路改造、城市建設改造中，橋梁的凈空及現有橋梁線形與新建橋梁線形銜接等問題是改造中的難點問題[1]。橋梁頂升施工工藝因其能夠不改變既有橋梁形態和結構性能的前提下，能夠有效地解決：1）有效地調整橋梁高度從而滿足設計要求；2）有效地減少因施工引起的交通斷行時間；3）有效地降低施工時間和施工成本。頂升施工以最短的施工工期、最少的工程造價完成對既有橋梁的改造的優點，近幾年在河道、高速公路改造、城市改造中得到廣泛運用。

目前常用的頂升方法主要是PLC液壓整體同步控制技術。該技術所采用的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，通過稱重的方法由液壓千斤頂精確地按照橋梁的實際荷重平穩地頂舉橋梁，使頂升過程中橋梁受到的附加應力下降至最低。

1 工程概況

某互通分離式中橋為國家高速公路改造路段中的一段。本橋為高速公路上跨橋，橋下有一村道穿過，原設計在該村道位置設置一通道箱涵K6+678，后考慮交通需要，將K6+678改為本橋，橋下第五跨穿過村道。橋梁上部結構為6跨13m預應力空心板，橋面寬12.5m，由12片梁組成。全橋左右分兩幅。下部結構采用柱式墩配樁基礎，蓋梁寬12.5m，高1.3m，厚1.2m。橋臺采用肋臺加樁基礎，寬 12.5m，高 0.85m，厚 1.2m。

根據國家高速改造需要，該互通分離式中橋需要根據設計改造后標高重新調整橋面高度，設計各粱端部頂升高度440mm～549mm。本工程分2次頂升，每單幅頂升一次。單幅單跨同步頂升至設計高度+1.5cm，進行鋼管混凝土墊石安裝和支座更換，然后緩慢落梁至設計高度。

圖1 橋梁現狀圖

2 頂升施工簡介

2.1 頂升工程施工內容

本工程頂升主要包括施工準備、頂升前準備工作施工、頂升施工、墩臺處理及設備拆除五部分組成，施工流程圖如圖2所示。

圖2 施工流程圖

2.2 頂升工程施工步序及簡介

第一步：①既有橋梁檢測；②刨除橋面瀝青層，解除伸縮縫，拆除防撞護欄；③反力牛腿安裝，施工頂升支架以及圍擋設施。

第二步：①安裝各墩臺處頂升設施、設備，②調試電腦液壓同步頂升系統。

第三步：①所有千斤頂進行預頂，檢查各設備運行情況；②橋梁梁整體比例同步托換頂升0.497m；③單跨微調頂升到位。

第四步：①蓋梁及墊石加高；②蓋梁墊石養護；③支座安裝；④電腦同步頂升系統順序落梁。

第五步：①擋塊及耳墻臺背改造；②拆除電腦同步頂升系統，拆除頂升支架，恢復橋臺護坡。

3 頂升施工關鍵點

3.1 千斤頂噸位配置計算

本工程頂升橋梁為預制預應力簡支板梁進行拼裝而成，梁體整體性較差，同步性要求高，施工難度較大。查閱該分離式中橋原設計圖紙，單幅單跨總頂升理論重量計算：

表1 頂升詳細參數

單幅鉸縫理論重量：8.69×2.5=21.725t；

橋面鋪裝（瀝青+混凝土）理論重量：0.18×13×11×2.5=64.35t；

單片中梁理論重量：0.45+4.12×2.5=10.75t，中梁共計：10.75×10=107.5t；

單片邊梁理論重量：0.45+4.49×2.5=11.68t，邊梁共計：11.68×2=23.35t；

單個護欄理論重量：3.8×2.5+0.35=9.85t，護欄共計：19.7t；

單幅單跨總頂升理論重量：236.6t。

各支座理論支反力的最大值按照梁體恒載（自重+鋪裝）來計算，計算結果應考慮一定的富余度，應不小于計算值的1.5倍用于配置千斤頂噸位[2]。

設計采用反力牛腿頂升，單幅每墩每側 （橋臺為單側）配置200T千斤頂13臺。單幅橋梁整體頂升需要200T千斤頂160臺（備用4臺）。單跨頂升作用力的安全系數10.0以上。千斤頂行程為60mm。千斤頂均配有液壓鎖，可防止任何形式的系統及管路失壓，從而保證負載的有效支撐。頂升施工詳細參數見表1。

3.2 頂升施工方式選取

本次施工橋梁為簡支板梁結構，施工時不能全封閉施工，只能采取單幅施工方式。單幅頂升施工可采用單跨依次頂升到位和單幅一次性頂升到位。單跨頂升與單幅頂升優劣各有優缺點，比較內容見表2。

表2 頂升施工方式比選

從單跨頂升與單幅頂升方式進行比較，考慮項目整體施工要求與工期，同時為了易于控制橋梁整體姿態，確定采用單幅整體頂升施工方式。

3.3 反力基礎——牛腿頂升改造設計

根據現場實際情況，橋下橋臺（0#、6#）位置有護坡，為防止護坡損壞以及土壓對橋臺墩柱影響，設計采用牛腿植筋安裝千斤頂頂升方式。1#、2#墩柱之間有水渠，地基濕軟，同時不利于開挖。3#、4#、5#墩柱橋下有建筑設施，破壞后不利于恢復，設計全橋采用牛腿植筋安裝千斤頂頂升方式。

在蓋梁位置梁底，梁板鉸縫位置和兩側邊梁外側設置頂升牛腿，牛腿采用螺栓植筋方式，采用螺帽進行固定。每個牛腿植12根Φ18高強螺栓，植入深度27cm，外露10cm。牛腿安裝完成后，即可進行千斤頂的安裝。

本工程單個牛腿反力為236.6/26=9.1t，經驗算，本次采用18mm直徑8.8級絲桿，設計單個牛腿提供最大反力為19.4t，安全系數2.1，滿足施工要求，鋼牛腿承受反力滿足要求。單個橋臺使用牛腿13個，單個墩柱使用牛腿26個，全橋使用牛腿156個。

安裝牛腿時，對安裝位置蓋梁進行保護層鑿除，然后按照蓋梁鋼筋位置間空隙進行放樣鉆孔植筋，為保證牛腿與蓋梁緊密貼合，蓋梁與牛腿間縫隙采用植筋膠進行填充密實。

牛腿安裝橫橋向位置與支座位置平行，縱橋向有偏移，在計算蓋梁受力時，與原橋一致。同時，梁體沒有任何受力改變，也沒有增加荷載。因此，不會對原蓋梁產生影響。橋臺屬于肋臺基礎，在原設計計算的時候已考慮了土壓水平力。在施工過程中，先進行橋臺搭板鑿除，后頂升，也不會對原橋臺產生影響。

圖3 頂升用牛腿大樣圖

圖4 橋臺頂升牛腿布置圖

圖5 橋墩頂升牛腿布置圖

圖6 頂升現場牛腿安裝圖

3.4 限位系統施工

由于橋梁因熱脹冷縮造成的梁體變化，則頂升系統與梁板會產生相對滑移，為保證此情況下頂升系統的安全及梁板的結構安全，需設置限位裝置，限位系統同時具有限制縱橫向可能發生的位移。限位裝置設置于橋端頭伸縮縫位置，由型鋼焊接而成，并固定于橋臺位置未頂升段一側，通過頂升側伸長型鋼桁架相限制。由于橋梁左右幅沒有同時施工，在單幅施工時，橋梁左右幅間聯系需要解除，同時給予頂升空間（保證左右幅最小間距5cm）。橋梁橋面限位安裝時，橋面通過型鋼將橋面連接成整體，防止單個片梁之間的相互位移。3#墩柱伸縮縫位置采用在伸縮縫兩側植入鋼筋并相互對連焊接一體使單幅整體連續。為防止伸縮縫壓縮，頂升前在3#伸縮縫位置塞入楔形墊塊控制伸縮縫壓縮。

圖7 橋梁限位示意圖

圖8 工程限位裝置照片

3.5 頂升過程控制關鍵點

3.5.1 頂升控制指標

按照施工圖設計文件，頂升施工的最終目標是：橋梁頂升施工完成后的線形與設計線形在各測點的誤差均控制在規范規定和設計要求的范圍之內。按《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2004）、《公路橋涵施工技術規范》（JTGTF 50-2011）、《城市橋梁工程施工與質量驗收規范》（CJJ 2-2008）要求，設計制定了如下的高程誤差及鋼管支撐應力控制水平：

（1）頂升施工總目標是成橋后橋面高程與設計值誤差控制在±5mm以內，橫向控制在±2mm以內[3]；

（2）在頂升過程中，墩柱之間的沉降差報警值為3.5mm[3]；

（3）頂升過程中，主梁附加應力處于合理范圍內，不出現新的裂縫，原有裂縫寬度無明顯增大，滿足相關規范要求[4]；

（4）頂升過程中，鋼管支撐軸向壓應力均應控制在滿足規范規定的材料強度和結構穩定范圍之內[4]。

3.5.2 控制點布置

控制點的劃分原則為頂升過程安全可靠，特別著重同步性和橋體的姿態控制。

控制區域設置拉線傳感器控制位移的同步性，根據橋梁的結構，位移同步精度控制在2mm。位移傳感器與中央控制器相連形成位移的閉環控制從而實現頂升過程中位移的精確控制。

位移傳感器固定于墩柱側面支座中心線上，與梁底相連，頂升梁體時，記錄梁體頂升高度并控制梁體的位移及姿態。

4 施工預警

頂升施工過程中如出現以下情況應立即發出警報響應，停止頂升作業，待查明原因后再繼續頂升作業；

（1）當出現超過計算頂升力，而梁體沒有出現明顯位移情況；

（2）當油泵千斤頂顯示壓力出現異常時則立即停止工作；

（3）頂升過程中，一般會出現梁體兩支點的頂升位移存在差異的狀況，若出現應立即停止頂升；

（4）頂升過程中加強對主梁進行監控，觀測裂縫有無異常變化，一旦出現異常應立即停止，查明原因后，制定出可靠的施工方案后再恢復施工。

5 結語

（1）橋梁整幅頂升作業能夠易于控制橋梁整體姿態，為改造工程節約大量的資金，縮短工程工期；

（2）橋梁頂升前對橋梁頂升方案選擇、千斤頂選型、牛腿安裝形式設計、限位系統的設置是關系著頂升施工能否安全、順利開展的技術關鍵點；

（3）做好頂升施工的防控預警點，若出現警告，應立即做好警告響應措施；

（4）通過監控合理評價頂升過程中結構內力變化的影響因素，以便及時、主動地采取措施降低或消除不利因素的影響，為確保橋梁結構的安全豎立一道保護屏障；

（5）本次頂升施工是橋梁改造中重點項目，因此對監控方案要求全面、周祥。該橋頂升過程中監測的數據結果能夠為該項目之后的其他橋梁頂升作業提供可靠的數據，今后對頂升監控方案進行深度優化，進一步提高施工效率，節約成本。

[1]蔣巖峰,藍戊已.橋梁整體頂升關鍵技術研究.建筑結構,2007,（7）.

[2]于心然.下草灣大橋同步頂升支座更換施工技術[J].公路,2015,（4）:118-122.

[3]JTG F80/1-2004,公路工程質量檢驗評定標準.

[4]JTGTF 50-2011,公路橋涵施工技術規范.