多跨簡支梁橋調坡降落關鍵技術

彭勇平

上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336

1 工程概況

1.1 橋梁概況

某簡支梁橋為一座高架匝道橋，雙車道設計，橋面寬度9.55 m，標準跨徑20 m，全長716 m，上部結構為簡支空心板梁，下部結構橋墩均為方樁、承臺、立柱及蓋梁（圖1）。現狀匝道由南向北設置4%向下縱坡，在中部設5跨平坡（長度為100 m），再由南向北設置4%向下縱坡至匝道接地。

1.2 降落概況

根據總體交通規劃，匝道實施南移，需將該匝道的北側6跨進行拆除，南側8跨進行整體調坡降落，最大降落高度5.231 m，降落面積為1 528 m2（圖2）。

2 項目關鍵技術

2.1 交替降落控制系統

圖1 橋梁標準橫斷面

本工程首次采用PLC交替降落控制系統，該系統從PLC交替頂升控制系統演化而來[1]，即采用2組千斤頂交替式托換支撐橋梁上部結構，并分別實施帶壓收缸降落的施工工藝。PLC交替降落控制系統工藝流程如下：A組千斤頂伸缸頂升1～2 mm支撐上部結構，拆除B組千斤頂下側第1塊臨時墊塊→A組千斤頂帶壓收缸降落一個行程→拆除B組千斤頂下側第2塊臨時墊塊→B組千斤頂伸缸頂升1～2 mm支撐上部結構，拆除A組千斤頂下側第1塊臨時墊塊→B組千斤頂帶壓收缸降落→拆除A組千斤頂下側第2塊臨時墊塊。重復上述動作，反復交替降落，直至將橋梁結構降落至設計高度。

圖2 橋梁降落總立面示意

千斤頂帶壓收缸的安全性主要靠裝配的平衡閥，實現對油壓的實時監測，并且能在油管油路出現故障或者突然斷電情況下，對千斤頂油路進行鎖止，防止梁體因突然失壓而造成不均勻沉降。此外，由于第一次使用PLC交替降落控制系統，故在本工程實際施工過程中，當一組千斤頂支撐后準備降落前，在另一組千斤頂下側的臨時墊塊上加墊層疊鋼板（厚10 mm），當降落時，及時分層抽掉鋼板，防止液壓系統失效的情況發生。

交替降落控制系統的優勢類似于交替頂升控制系統。交替降落為2組千斤頂進行主動交替托換受力，能消除托換過程中千斤頂下側支撐結構產生的不均勻沉降，使交替降落過程的位移和受力關系完全可控；2組千斤頂交替支撐上部結構，不存在臨時支撐工況，可降低上部結構水平偏移的風險；此外，相對于單組千斤頂間歇式降落工藝，交替降落施工工期縮短40%以上。因此，交替降落工藝可以大大提高降落過程的安全性和施工效率[2]。

2.2 格構式支撐體系

本工程結構上采用斷柱式降落方式，即在承臺上側切割斷開墩柱，通過交替降落系統將上部墩柱、蓋梁和梁體一起整體托換下降。其中托換結構利用原承臺作為支撐基礎安裝臨時支撐體系，在蓋梁兩側安裝托架結構（鋼分配梁），千斤頂設備安裝在托架與鋼支撐之間實施降落。

本次降落支撐體系采用格構式鋼結構體系。考慮到降落過程中需逐步分層拆除支撐體系，所以主支撐構件采用稍短的標準長度鋼筒，長度有2.0、1.0、0.5 m共3種，千斤頂的單次降落行程（100 mm）通過支撐頂部的臨時鋼墊塊分層抽離實現。鋼筒每隔1 m采用單層型鋼（方鋼管）水平連接，每隔2.5 m采用鋼桁梁形式（方鋼管＋角鋼）進行水平連接（圖3）。

支撐體系建模分析時不僅要考慮其上部橋梁結構的豎向荷載，同時還需考慮降落過程中可能出現的水平力。水平力按以往橋梁頂升工程施工經驗，橫橋向水平力取豎向力的2%，順橋向水平力取豎向力的3% （圖4、圖5）。

最高支撐的建模驗算結果：最大應力155.8 MPa，最小穩定系數41.5，均滿足設計要求。

2.3 被動加主動組合式限位體系

圖3 支撐體系示意

圖4 支撐體系應力

圖5 支撐體系屈曲分析

橋梁調坡降落過程中，會因為千斤頂安裝不是絕對豎直、調坡過程中梁體的旋轉以及溫差效應等情況，導致水平偏位。本工程雖然采用了交替降落工藝，消除了因臨時墊塊抄墊誤差所產生的水平偏位[3]，但是限位措施依然重要，其主要從以下2個方面確保安全：

1）墩柱縱橫向限位。本工程采用墩柱后支撐蓋梁的降落方式，在墩柱處設置縱橫向限位是直接有效的。由于支撐體系在設計時已考慮能承受縱橫向的水平力作用，所以本工程縱橫向限位設計創新利用支撐體系本身作為限位被動受力構件。限位措施具體通過倒掛安裝在蓋梁托架（鋼分配梁）下側的鋼框架結構上，在降落過程中卡插在支撐體系所形成的矩形框內，從而實現縱橫向限位（圖6）。

圖6 墩柱縱橫向限位示意

2）橋面縱向限位。橋面縱向限位措施主要解決橋梁調坡降落過程中梁體投影長度變化的問題。本工程為多跨簡支梁調坡，采用整體同步降落、分步到位的降落方式，即從南到北，橋墩分步依次降落到位，每一步只有一跨梁體調坡，其他跨為同步降落。經模擬，單跨梁體最大投影長度變短值為29 mm，即該跨梁體支座處將發生29 mm的滑動距離。

以往簡支梁橋調坡頂升橋面限位裝置設計有2種形式，都是安裝在橋面對應墩柱位置的梁縫處。一種是采用梁縫兩側錨固角鋼和對拉螺栓連接在一起，通過調節螺母來對橋面產生牽引力和推力；另一種是采用手動千斤頂，一端固定在一側板梁上，另一端固定在另一側板梁上，通過調節手動千斤頂的位置來對調坡的橋面進行推拉 。上述橋面限位裝置在實際應用過程中存在以下問題：

1）第1種由于螺母較多，想通過人工操作調節螺母來實現牽引力和推力較難，所有螺母很難做到同時吃力。

2）第2種千斤頂調節方式可實現牽引力和推力效果，但是安裝在蓋梁上梁縫兩側的梁端上，在千斤頂推動作用下，無法確定哪一側的梁體支座處發生滑動位移，存在調節梁體投影長度變化的不可確定性，可能帶動墩柱偏移，存在安全隱患。

根據上述分析及實踐經驗，本工程采用2種限位裝置相結合的限位設計。第1種角鋼加對拉螺栓的限位裝置安裝在每一條梁縫處，作為被動縱向限位裝置。根據每一個降落行程確定梁縫處的變化值，提前將螺母調節至適當位置，適應梁縫的寬度變化，同時防止梁體發生較大位移的風險。第2種手動千斤頂推拉裝置按照降落流程分步安裝在需調坡的那一跨的下坡端梁縫處，作為主動縱向限位裝置。在降落過程中，通過千斤頂的頂推力調節適應該跨梁端下部因旋轉而導致投影長度變短的工況。為保證梁體與支座滑動的確定性和可靠性，先將按設計需滑動那側的原支座更換為四氟滑板支座加不銹鋼板的組合，形成摩擦因數較小的滑動面，確保梁體在該滑動面上滑移（圖7）。

圖7 橋面縱向限位示意

采用上述2種限位措施相結合的限位設計，既滿足了被動限位控制梁體失穩風險的要求，又保證了主動調節梁縫變化的可靠性。

3 結語

1）PLC交替降落工藝首次實踐成功，同步誤差小于2 mm，安全性高，可在橋梁及其他建筑物降落工程中推廣應用。此外，千斤頂下側的層疊保護鋼板在今后工藝成熟時可考慮取消。

2）采用格構式支撐體系可有效提高結構的安全穩定性，同時可作為墩柱限位結構的受力構件。此外，支撐分層設計便于降落施工過程中的分段拆除，提高施工效率。

3）墩柱處的縱橫向限位裝置用支撐體系本身作為限位受力結構，也可以起到有效的限位作用；橋面系采用的被動加主動2套限位裝置，可比以往措施更有效地控制和適應調坡過程中梁體的投影長度變化，同時排除了梁體失控的風險。

上述經驗為今后類似項目的實施提供了技術支持，具有一定的借鑒意義。