同步頂升技術在橋梁支座更換中的應用

袁 恒

（中鐵二十二局集團第四工程有限公司京冀區域指揮部，天津 301700）

0 引言

隨著我國基礎設施建設步伐的加快，市政、公路、鐵路橋梁建設項目數量快速增長。在橋梁修建和運維過程中，存在橋梁支座由于安裝錯誤或老化需要更換的情況。但是現在的橋梁普遍向高墩、大跨方向發展，橋面結構連續，重量很大，頂升過程中很容易發生受力和變形不平衡，造成梁體開裂，影響梁體質量和使用壽命。同步頂升技術從根本上解決了這一難題，在施工中被推廣使用。本文就同步頂升技術在橋梁支座更換中的應用情況進行介紹，總結其經驗，以資參考。

1 工程概況及工作原理

1.1 工程概況

中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司鐵路運輸部聯絡線中橋，舊橋橋長75.13m，上部構造為4～16m低高度鋼筋混凝土T梁單線橋（T梁采用1975年編制的標準圖紙“叁標橋1024”設計），單跨兩榀梁，中部采用現澆鋼筋混凝土濕接縫連接。單幅梁寬為1.95m。每榀設置兩個支座，支座類型為雙曲面鋼支座（SQMZ1500）[1]。該橋于1979年11月建成通車，橋梁建成運營多年，支座產生嚴重銹蝕及墊板翹曲等現象，影響使用，需對橋梁支座進行更換。

該橋橋下為平地，主跨公路通道，梁底距地面6m。受墩臺平面小的限制，為滿足操作空間的需要，采用多臺50T千斤頂同步頂升，頂升10mm，然后撤出舊支座，更換新支座。

1.2 同步頂升技術工作原理

同步頂升系統是通過分流器將一個泵站的流量分配給多個執行油缸，執行油缸根據位移控制點回饋的不同信號，調節控制千斤頂的頂推力和頂推速度，從而實現梁體的整體同步頂升。其設備主要由電動機、控制系統、高壓液壓泵、油箱、分流器、油管、千斤頂等組成，如圖1、圖2所示。同步頂升基于分式控制液壓系統頂升建筑物，能滿足集中操作、分散布置、同步升降、實時監控、智能管理的要求。

圖1 可編程邏輯控制器

圖2 PLC同步頂升系統

2 施工工藝

2.1 基本要求

（1）橋梁支座按圖紙設計要求進行調整；

（2）橋梁同步頂升法工藝，頂升高度≤10mm；

（3）具備工程相匹配的施工設備和人員。

2.2 施工的工藝和工序

（1）布置千斤頂：1#、2#墩處梁體總重力約110t（按支座最大承載力估算），設置千斤頂的頂力為橋梁重力的1.5倍。為保證梁體平穩頂升，每個墩頂布置8個50T千斤頂，每個千斤頂有效系數按0.7計算，富余頂升力約8×50×0.7-110=170 t，170/110≈1.55，其安全系數超過1.5，滿足頂升要求。千斤頂按縱向軸線方向支座兩側均勻分布的原則布置，千斤頂布置示意如圖3所示。

圖3 千斤頂布置示意

（2）解除鋼支座豎向約束，卸除鋼支座下座板套筒螺母的螺桿。

（3）在千斤頂上、下加鋪Ф220×10mm鋼板，增加與梁底、橋（墩）臺的接觸面積，確保混凝土局部受壓強度小于設計強度值，防止在頂升時混凝土梁體遭到破壞。

T梁混凝土設計標號為C50，混凝土軸心抗壓強度設計值fc＝23.1N/mm2，根據荷載分布分析，按T梁最大重力計算，梁體重為110t，1#、2#墩每個墩頂布置8個千斤頂，因此計算得出每個千斤頂所處位置為T梁局部承受荷載最大值，約為110/8=13.75t=137.5kN，受壓面積為3.14×(220mm/2)2=37994mm2，局 部 受 壓 強 度＝137.5×103N/37994mm2＝3.62N/mm2＜fc＝23.1N/mm2，滿足要求。

（4）同步頂升監控設備：放置2個豎向監測點，豎向控制墩臺兩側的頂升高度偏差小于1mm，防止梁體因受力不均或頂升不同步導致的豎向變形超過其設計撓度值。

（5）頂升時高壓油泵配置：同頂升力和同頂升值時1臺高壓油泵能滿足工程所有千斤頂工作，本工程需1臺高壓油泵。

（6）梁體在頂升時應力集中，局部受力變大，當應力釋放時梁體薄弱環節則會遭到破壞，故對頂升要分割成多級完成，同步頂升更換支座施工具體步驟如圖4所示。其頂升流程為：設備安裝調試→試頂→調試→正式頂升→安裝臨時支撐→頂升→頂升至要求高度。

圖4 同步頂升更換支座施工步驟

頂升前準備：清除墩臺表面混凝土，用磨光機打磨，細砂或素灰找平。將千斤頂、臨時支撐按照布置圖尺寸標定，使之與墩臺保持垂直受力。

臨時支撐：設在千斤頂外側，每個墩頂設8個。臨時支撐采用鋼管砂筒，鋼管砂筒選用直徑合適的鋼管，底部用鋼板焊死，側面底部留有泄砂孔，泄砂孔焊接螺絲封堵，砂筒內裝入適量的細砂，細砂頂部再放置一個木制或混凝土活塞，活塞直徑略小于砂筒，頂端高出砂筒3～5cm。通過泄砂孔放出筒內細砂，達到撤除更換支座的目的。

試頂升：將千斤頂、臨時支撐按圖布置，布置完成后檢查各設備、各部位接頭是否正常，確保正常后進行調試，試頂升。

正式頂升：采用分級法，根據梁的撓度限值計算各項參數，將參數輸入至頂升程序，通過監控點數據，利用同步油壓控制頂推力和頂升速度，每頂升1～2mm檢查數據偏差，確保梁體穩固性，避免因個別設備出現故障對梁體造成不利的影響，頂升過程依據百分表采集數據，調節油泵的液壓油輸出量來控制頂升速度和高度，保持橫向監測點一致，即線性同步提升一致，兩個縱向監測點線性同步提升偏差控制在±1mm。頂升過程全部由同步操作系統控制完成，循環同步頂升至設計高度[2]。

（7）頂升到要求高度后，放置臨時支撐。

（8）用專用裝置取出舊支座，然后把新支座按設計要求放置到指定位置后進行微調。注意在取出和安裝支座過程中不要觸碰臨時支撐。

（9）同步落梁并測量數據，調整到符合設計值后，撤出千斤頂和所有輔助設施。

3 施工人員與設備

3.1 人員安排

根據現場實際情況，安排施工作業人員11名，其中泵站操作人員2名，頂升設備操作人員5名，架子工3名，電焊工1名。施工過程中各班組根據實際情況進行適當調整。

3.2 施工設備

同步頂升更換支座施工主要設備如表1所示。

表1 主要施工設備表

4 施工注意事項及關鍵點

4.1 注意事項

（1）頂升前要根據橋梁結構和設計要求，充分考慮絕對重量系數和千斤頂的安全保險系數，計算其同步頂升的總重量，合理組合配置千斤頂。

（2）縱橫梁同步頂升至設計高度，做好臨時支撐，使千斤頂和臨時支撐全部受力。撤除舊支座，安裝新支座進行微調，同步落梁將支座調整至符合設計值，撤出千斤頂和所有輔助設施，恢復支座反力。

（3）整個頂升過程必須對梁體進行全面監控，確保梁體受力均勻，同步頂升。保障梁體不受損壞，確保施工人員和車輛通行的安全。

（4）頂升和回落要堅持“同步、均勻、緩慢”的原則，施工過程中要設專人指揮，專人負責觀察梁體有無變化。梁體板頂、橋面及負彎矩區段等一旦出現開裂，應立即停止施工，采取妥當措施處理。

4.2 施工關鍵點

同步頂升整體更換支座應根據橋梁結構和支座的構造計算出支座的位移量，滿足設計和現行規范的要求[3]。為保證同步頂升的安全，確保支座安裝符合設計值，施工前要確定：

（1）梁的縱橫向連接裝置是否需要解除以及解除位置[4]。

（2）千斤頂放置允許偏離支座的尺寸。

（3）支座在更換時氣溫條件下的安裝偏移量[5]。

（4）梁體在氣溫條件下發生的長度變化。

（5）頂升、回落梁的工序、批次以及高度。

根據以上條件對同步頂升數據以及支座安裝偏移量進行適當調整。

5 結束語

利用同步頂升技術進行更換橋梁支座，投入機械設備少，操作工藝簡單易行，人工和設備成本低，更換單個支座成本約2萬元，若橋梁維護中需要更換的支座數量較多，成本會更低，可廣泛應用于橋梁工程的維修保養。