橋梁頂升利用施工技術研究

祝克棟

摘要：京哈高速公路四平至長春段改擴建工程利用橋梁頂升施工是長平高速全線順利通車的重要節點，無論是主線橋梁還是上跨主線橋梁的施工工期和施工質量均決定著長平高速公路能否順利恢復通車。特別是上跨主線橋梁是當地居民出行的必經之路，相關部門批復的施工周期極短，施工難度大，任務重。本工程利用橋梁主梁多為預應力混凝土空心板梁，該橋具有梁板跨度較小、梁板數量大等特點，并且頂升施工橋梁多、施工周期短等諸多限制問題。在本工程施工中，基于上述橋梁存在的特點及問題，尋找一種適合高速公路改擴建橋梁頂升施工的施工方法，實現費用低、工期短、設備簡單易于組織的完成橋梁頂升施工。

Abstract： The reconstruction and expansion project by using bridge jacking construction of the Siping to Changchun section of the Jingha Expressway is an important node for the smooth opening of the Changping Expressway. The construction period and construction quality of the main line bridge and the upper main line bridge determine whether Changping Expressway can be successfully restored to traffic. In particular， the upper cross-mainline bridge is the only way for local residents to travel， the construction period approved by the relevant departments is extremely short， the construction is difficult and the task is heavy. The main beam of the bridge is mostly prestressed concrete hollow slab beam. The bridge has the characteristics of small span and large number of beams and slabs， and has many restrictions， such as， many jacking construction bridge and short construction period， and so on. In the construction of this project， based on the characteristics and problems of the above-mentioned bridges， this paper finds out a construction method suitable for the reconstruction and expansion bridge jacking construction of expressway， to complete bridge jacking construction with low cost， short construction period， simple equipment and easy organization.

關鍵詞：橋梁頂升;施工技術;技術方案

Key words： bridge jacking;construction technology;technical solution

中圖分類號：U445.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）13-0134-03

0 ?引言

近些年來，高速公路網已較為發達，隨著交通量的增長以及超載車輛造成道路損壞等原因，一些高速公路已經不能滿足行車安全的需要，改擴建工程施工日益增多。其中存在相當一部分橋梁使用時間較短，各項技術指標均能滿足使用安全的要求，因而橋梁頂升利用施工技術逐漸興起。在以往的頂升施工中，多采用PLC液壓同步系統實現橋梁整體同步頂升施工。該方法費用高，并且液壓終端數量存在局限性，因此有必要開展對橋梁頂升施工技術的研究和總結，尋求更為經濟、適用的頂升施工方法，為類似工程高效、優質、安全的施工提供經驗，推動橋梁頂升施工技術的發展。

1 ?工程簡介

京哈高速公路是國家高速公路網規劃的“放射線一”（G1），四平至長春段是其中的一段，位于吉林省境內，是吉林省乃至黑龍江省出關達海的重要通道，始建于1994年，1996年9月正式通車，已運行17年。自京哈高速公路四平至長春段（簡稱長平高速）通車以來，交通量增長較快、車輛超載嚴重，舊路15cm厚路面已不能滿足行車安全的要求。改擴建施工將原高速公路由雙向四車道增加至雙向八車道，路面結構厚度增加至25cm。

本工程頂升橋梁橋梁共計5座，其中主線橋梁中橋2座，上跨主線橋汽車天橋2座、分離式立交1座。長平高速改擴建路面加高后，保證上跨主線橋梁橋下凈空，橋梁設計采用上部結構整體頂升利用，墩臺蓋梁加高的方案施工。

長平高速里程樁號K60+766.366公果分離式立交橋，為上跨高速公路橋梁，是連接公主嶺市和果樹農場的交通要道，來往車輛頻繁，交通量大。該橋上部結構形式為2×30m預應力混凝土簡支小箱梁，單片梁板重量為81.27t，設計頂升高度為80cm;

K61+539.55八里河中橋為長平高速公路主線橋梁，上跨八里河。該橋上部結構形式為3×20m預應力混凝土空心板簡支梁，單片梁板重量為24.37t，頂升高度為55cm;

K63+837.5火炬村汽車天橋，為上跨長平高速公路橋梁，是吉林省升級示范村火炬村出入的必經之路。該橋上部結構形式為2×30m預應力混凝土簡支小箱梁，單片梁板重量為76.44t，設計頂升高度為45cm;

K66+710.4魏家嶺汽車天橋為上跨長平高速橋梁，是施家村、石頭哨村、樂園村及田園子村出行的必經之路。該橋上部結構形式為預應力混凝土簡支小箱梁，單片梁板重量為76.44t，頂升高度55cm;

K69+517.4雙龍河下甸子中橋為長平高速主線橋梁，上跨雙龍河。該橋上部結構形式為4×16m預應力混凝土空心板簡支梁，單片梁板重量為17.52t，頂升高度52cm。

2 ?頂升利用橋梁施工的工序和技術方案

2.1 橋梁頂升施工工序

本工程橋梁頂升采用上部構造整體同步頂升施工的方法進行，施工步驟如下：①鑿鑿除橋面，解除約束，安裝限位裝置，設置頂升檢測點;②安放千斤頂，連接頂升設備;③橋梁試頂升、稱重，確定頂升參數;④正式頂升、循環頂升;⑤安放鋼支撐，澆筑蓋梁加高混凝土;⑥更更換支座，落梁，拆除頂升設備，頂升完成。

2.2 橋梁頂升施工

2.2.1 橋梁頂升施工方案比選

橋梁頂升施工多采用PLC液壓同步控制系統頂升施工，其通過計算系統調節控制各千斤頂頂進進程，各千斤頂間頂程誤差小，頂升同步效果好。但經過對長平高速公路改擴建工程橋梁頂升施工環境的調查研究以及道路封閉審批手續情況發現，頂升利用橋梁多為跨越主線橋梁，且均是當地居民出行的必經之路，相關部門批復的封路時間較短，三座天橋幾乎同時進行頂升;主線橋梁上部結構為預應力混凝土空心板簡支梁，梁板數量大，頂升千斤頂數量多。對此，我們對橋梁頂升施工的施工方案重新進行了比選。PLC液壓同步控制系統因其液壓終端數量的限制，難以對梁板數量較多的主線橋梁進行整體頂升控制。同時，跨越主線橋梁的天橋施工，相關部門批復的封閉道路時間較短，且三座天橋施工的時間段相同，如按期完成橋梁頂升施工，則需要至少三套PLC液壓同步控制系統進行頂升施工，費用過高，不經濟。針對本工程的特點及社會環境的因素，我們采用百分表配合低高度串聯油泵千斤頂完成橋梁同步頂升，采用一通四或一通八的截止分配閥保證油泵不間斷均勻的為千斤頂供壓，實現橋梁整體同步頂升。如果千斤頂數量較多，可以在一通多截止分配閥上繼續加接一通八截止分配閥，滿足主線橋梁頂升施工。對于天橋同時頂升，可相應增加泵站及管路，薄千斤頂在前一座橋梁更換下后即可進行下座橋梁頂升施工，實現三座天橋階梯開始，同時進行頂升施工，費用較之PLC液壓同步控制系統更加經濟合理。

2.2.2 頂升千斤頂選擇及布置

本工程橋梁頂升千斤頂以橋蓋梁為反力基礎，因蓋梁與梁底空隙較小，所以采用超薄千斤頂進行頂升，空間足夠安置較大千斤頂時則更換較大千斤頂，提高頂升效率。選擇如下四種千斤頂：第一種：千斤頂高30cm，底座直徑130mm，行程為10mm，頂力為50t液壓千斤頂;第二種：千斤頂高50mm，底座直徑130mm，行程為15mm，頂力為100t液壓千斤頂;第三種：千斤頂高84mm，底座直徑130mm，行程為25mm，頂力為100t液壓千斤頂;第四種：千斤頂高185mm，底座直徑160mm，行程為65mm，頂力為150t液壓千斤頂。

每種千斤頂選用同一廠家、同一型號的千斤頂，以減小千斤頂之間頂程的差異。千斤頂均配有液壓鎖，可防止系統及管路失壓問題，從而保證負載有效支撐。在千斤頂頂升過程中，由同一泵站分流閥控制頂升，各個千斤頂頂升行程、頂升壓力保持一致。

以京哈高速公路四平至長春段改擴建工程里程樁號K61+539.55八里河中橋為研究對象，千斤頂布置形式如圖1。

千斤頂安裝穩固、豎直，使用鋼板支墊，不平整處使用細砂找平，上鋪鋼板，必須保證千斤頂安防豎直，確保梁板頂升平穩，避免因頂升力而產生橫向力。

2.2.3 初始油壓計算、橋梁稱重及試頂

根據設計資料調查，該橋上部構造為預應力混凝土空心板簡支梁，單片梁板中梁為24.37t。根據千斤頂布置形式，每片梁板下對稱布置四個千斤頂，千斤頂布置位置距支座中心線30cm。理論計算得每個千斤頂承受荷載為：

24.37×9.8/4=59.7kN

計算得理論初始油壓為：

59.7kN/（π×65mm2）=4.5MPa

試頂時，初始值按50%理論荷載加壓，按10%的荷載逐級加壓，檢查油泵、油管、千斤頂連接是否緊密，千斤頂頂進是否同步。持續加壓，直至梁板產生位移時，停止加壓，保持油泵壓力。根據各頂升點產生的實際位移量，來確定出各頂升點的荷載是否分布均勻，對個別千斤頂的截止閥進行調節，使各千斤頂均勻同步頂進。當整個橋梁的頂升高度在3～5mm時，即整個橋梁處于懸浮狀態，就證明各頂升點處的荷載與該千斤頂的負載值相一致。計算橋梁的實際重量：

G橋=∑σ×S/9.8

σ：千斤頂油壓值（MPa）;S：千斤頂油缸的截面面積（mm2）。如油壓加載至理論荷載的100%后，梁板未產生位移，則立即停止并逐級減壓至理論荷載壓力的50%，檢查梁板約束是否完全解除，確保梁板處于自由狀態。

橋梁的實際重量計算出后，此數據作為更換千斤頂頂升荷載的計算依據。稱重完成后，繼續頂升至1cm，檢查泵站、有關、千斤頂等的工作狀態，連接接口有無異常，確認無誤后進入正式頂升。

2.2.4 循環頂升

橋梁試頂結束后，根據稱重確定的頂升油壓持續穩定加壓，以3mm為一個階段，每一階段結束后即停止供壓。監測各頂升點的實際位移，并根據監測數據利用截止閥對每一千斤頂進行調整，調整至同步后繼續頂升。

千斤頂頂升至最大頂程或接近最大頂程時，使用專用鋼墊塊對梁板進行臨時支撐，鋼墊塊安放必須豎直，豎向間連接牢固，千斤頂加墊后繼續進行頂升。梁板頂升高度足夠安裝較大千斤頂時，更換大千斤頂已提高頂升效率，循環頂升至梁板設計頂升高度。

通過采用百分表配合低高度串聯油泵千斤頂完成橋梁同步頂升，采用一通四或一通八的截止分配閥保證油泵不間斷均勻的為千斤頂供壓，實現橋梁整體同步頂升。如果千斤頂數量較多，可以在一通多截止分配閥上繼續加接一通八截止分配閥，滿足主線橋梁頂升施工。對于天橋同時頂升，可相應增加泵站及管路，薄千斤頂在前一座橋梁更換下后即可進行下座橋梁頂升施工，實現三座天橋階梯開始，同時進行頂升施工，費用較之PLC液壓同步控制系統更加經濟合理，也為以后類似工程提供了寶貴的經驗。

2.3 頂升監測

2.3.1頂升檢測測點布置

梁板頂升監測主要包括豎向位移監測和橫向位移監測。豎向位移監測控制梁板頂升同步性和設計頂升位置的準確性;橫向位移監測為確保梁板頂升的穩定和安全。

豎向位移監測點布置：梁頂每孔布置6處，分別位于梁板兩段及跨中位置左右兩側，使用電子水準儀測量，主要控制梁板頂升設計位置，輔助梁板頂升同步性監測;梁底部每一頂升點位置布置一處，使用百分表監測，控制梁板頂升的同步性，為各頂升點的調節提供數據。

橫向位移監測點布置：每孔梁板設置4處，分別位于梁板兩端支點處左右兩側，監測梁板頂升過程中的橫向位移，確保頂升過程中梁板的穩定和安全。

2.3.2 階段頂升高度確定

根據梁板各頂升點受力最不利狀態建立計算模型，以梁板薄弱位置受力極限狀態計算梁板最大位移（變形），確定階段頂升高度。

通過計算得出確保舊橋質量和結構的前提下，同步頂升允許的最大差異，設定每階段頂升高度，確保頂升施工的質量。該檢測方法與串聯油泵千斤頂頂升施工方法配套使用，為橋梁頂升施工提供了一種新的思路，且費用低，易于組織，應用前景廣泛。

2.4 限位裝置

限位裝置是為保證梁板頂升過程中防止梁板產生縱橫向位移，避免發生梁板傾覆等安全質量事故。利用原橋墩和橋臺兩側的擋塊作為限位基礎，在其上部通過膨脹螺栓將2cm厚鋼板固定，然后在鋼板上焊接高100cm 直徑10cm壁厚4mm的鍍鋅管作為橫向限位裝置，每孔梁板設置4處。以梁板頂升過程中，每一頂升階段最不利狀態產生橫向力進行計算，每一頂升階段高度為3mm，梁板橫向寬度12m，每孔梁板總重：

G=24.37×9.8×12=2865.9kN

頂升階段產生梁板最大傾斜角度：

θ=arctan（0.003/6）=0.028°

梁板產生橫向力

P=sin（0.028°）×2865.9=1.43kN

直徑10cm，壁厚4mm無縫鋼管參數如下：

慣性矩Ix=139.2cm-4，抗彎截面系數W=27.84cm-3，彈性模量E=2.05×105MPa，容許應力[σ]=180MPa。

①鋼管強度檢算。

Mmax=PL=1.43kN×1m=1.43kN·m

安全系數取K=2.0

σ=KMmax/W=2.0×1.43 kN·m/27.84cm-3

=1.02MPa<[σ]=180MPa

限位鋼管強度滿足要求。

②鋼管橫向變形檢算。

Fx=PL3/（3EI）=1.43kN×1m3/（3×2.05×105MPa×139.2cm-4）=0.000167m

B點處支點受力計算：由P1×0.25=P/2×1得：

P1=1.43kN/2×1m/0.25m=2.86kN

根據錨入膨脹螺栓抗拉試驗得出，單個錨入膨脹螺栓抗拉拔力為1.96kN，每處限位錨入膨脹螺栓數量不少于4個，則安全系數為：1.96×4/2.86=2.74>2，滿足要求。

橫向限位裝置作為防止頂升過程中，梁板因受力不同步發生梁板橫向位移，防止梁板產生傾覆，是保證施工安全的最后一道關卡，是做為頂升施工的輔助手段。施工中應以同步頂升監測和調整為主，不能過分的依賴限位裝置，應避免橋梁橫向位移的發生。

2.5 蓋梁加高施工

梁體頂升到位后，根據設計圖紙要求進行橋墩、臺蓋梁接高施工。

頂升到位后，先將預制好的鋼墊塊安裝在支座位置處，安裝前應將蓋梁頂面清理干凈，并進行整平處理，將多余混凝土鑿除掉。

為了保證橋梁頂升后長期使用的整體穩定及減少維護費用，蓋梁在加高時采用在原蓋梁上種植鋼筋、綁扎鋼筋及澆筑混凝土的方式，因蓋梁與梁底空間較小，受現場很多因素影響，混凝土澆筑密實難度很大，因此混凝土應采用大流動度混凝土，要求坍落度不小于14cm。

①新舊混凝土接觸面處理：鑿毛過程中應盡量用小錘輕擊，不能用力過大，以免損傷需要保留的混凝土。為保證新澆筑混凝土與原結構混凝土結合良好并共同受力，鑿除面應保持毛面;鑿除混凝土時宜從鑿除區表面中間開鑿，鑿除區內原結構的構造鋼筋不得剪除，澆筑混凝土時應按原樣予以連接恢復。鑿毛面和鑿除面應清刷干凈。

②鋼筋施工：根據設計圖紙要求，進行鋼筋布置。

③模板施工：模板采用木模板按照相關規范要求施工。

④混凝土澆筑：混凝土采用補償收縮混凝土，澆筑過程使用地泵或者泵車。在混凝土澆筑過程中應緩慢放料，并分層使用振搗棒澆搗密實，每隔30cm左右為一層，確保所澆搗的每層砼的密實性。

⑤混凝土養護：加高混凝土拆除模板后，用塑料薄膜或土工布將新澆筑的混凝土包裹嚴密，澆水養護。

⑥待蓋梁加高混凝土強度設計強度的90%且齡期7d后，頂升梁體，拆除臨時墊塊，安裝支座，將全橋千斤頂進行卸載，將梁體放在支座上，對于支座脫空的部分應采用1～20mm鋼板將脫空支座部位墊實。

3 ?結語

通過對本工程橋梁頂升施工的研究，克服了PLC液壓同步頂升施工方法費用高、液壓終端數量限制及難以進行多個橋梁同時頂升施工的難題。在工期、質量、環境等諸多因素影響下，按期、保質的完成長平高速公路橋梁頂升施工，既減少了對當地居民的出行的影響，又確保了高速公路恢復通車的工期，圓滿的完成了施工任務。同時為以后的類似工程提供了一種新的施工方法和寶貴的施工經驗。

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