橋梁同步頂升施工方法探析

劉冬梅

摘要：橋梁頂升工程具有廣闊的發展前景，隨著交通運輸建設日新月異的發展，交通壓力與日俱增，橋梁頂升技術擁有經濟環保、施工工期短、交通干擾小、成本節約等多種優點，極具推廣應用價值。本文結合G105京澳線K1160+951、K1160+952處上下分離式雙幅梁橋同步頂升施工，分析通過PLC多點同步頂升變頻同步控制系統、無震動液壓鏈鋸切割系統、千斤頂及相關輔助設備，在不改變原橋梁形態情況下，不改變橋梁結構強度，采用整體同步頂升的新型實用技術，將橋梁安全頂起，并升高到所需高度。

關鍵詞：橋梁；同步頂升；施工

DOI：10.12433/zgkjtz.20231944

橋梁頂升是指采用液壓千斤頂將橋梁上部結構整體抬高的操作過程，是橋梁改造施工中較高效、經濟的一種施工方法，采用先切割橋墩，后整體頂升到位，再將到位后的橋墩和原橋墩重新連接澆筑混凝土并形成整體，實現抬高橋面高程目的。與橋梁拆除新建相比，采用頂升工藝施工，不僅能節約建設的經濟成本和時間成本，而且更環保，可降低對周邊環境和交通的影響。

一、 橋梁同步頂升準備

（一）現場調查

橋梁同步頂升施工前，先認真研究施工圖紙，明確荷載布置，然后分析受力，再詳細核驗相關數據，核驗包括橋梁同一墩臺臨時支點高差影響、頂升過程主梁安全度計算、中下部結構受力驗算等，確保實際施工過程的橋梁結構安全。例如，G105京澳線K1160+951、K1160+952處上下分離式雙幅梁橋，勘察基礎承載自上而下可分為三層：第一層：雜填土，雜色，稍濕，松散，本層土成分不均勻，極易變形，基礎施工時應挖除，高壓縮性，力學性質變化大。第二層：粉質黏土，灰—灰黑色，軟塑，稍有光澤，中等干強度，韌性一般，搖震反應無，屬中壓縮性土。承載力特征值：fak=100kPa。第三層：中風化泥質砂巖，棕褐色、紅棕色，泥質粉砂結構，屬軟巖，巖體基本質量等級Ⅳ級，巖石呈短柱狀，RQD為80%，裂隙不甚發育，巖石結構清晰，金剛石鉆進抖動較小，進尺較慢。承載力特征值：fak=1000kPa。

調查過程中，詳細了解要更換的支座位置及現場實際情況，將支座現狀與檢測報告中的描述進行比對，詳細記錄需更換支座的型號及其他數據，并作為制定施工方案的依據，提出合理的處理方案。

（二）準確制作監測刻度標準線

在蓋梁、橋臺上水平橫向制作一條通長刻度線，全線統一平差，確定頂升前初始高度，測量梁板底距刻度標準線的高，在每一個蓋梁上取5個點，當橋梁同步頂升時，測量其高度，同時與初始高度對比，準確控制頂升的高度差，在下一站防線時，和前一站對比，所放中樁點至少有兩個點復測。移動測站前，要校核使用的儀器，誤差值一定保留在限差之內，否則放點的位置就必須重新檢查并校正。

（三）臨時支撐設施準備

鋼管支架安裝應嚴格控制水平及豎直桿件精度，滿足公路橋涵施工技術要求，還應配備各種厚度鋼墊板，配備足量的鋼墊盒作為臨時支撐。

制作加工1mm、2mm、6mm、8mm、12mm、16mm、20mm等厚度鋼墊板。同時，依據現場支座的缺陷復查實際情況，選定廠家根據測量的尺寸對脫空調平鋼板及傾斜支座楔形鋼板進行精細加工。

（四）頂升位置處理

橋梁同步頂升之前一定要確保修復支座的位置不出現問題：首先，對支座墊石混凝土中的蜂窩及空洞采用環氧砂漿混凝土修復。其次，支座上面的預埋鋼板要做除銹防腐處理，如果出現預埋的鋼板不平衡，要及時找平楔形鋼板。更換新的支座時，要實地考察，實際聯測支座與蓋梁頂的距離。在梁體頂升時，把千斤頂布置在噸臺上，同時鑿除布置表面浮漿層的位置，并打磨表面，確保平整度符合工序要求。

安裝千斤頂前，使用環氧砂漿調平相鄰兩箱梁間的高差；高差較大時建議選擇環氧砂漿、楔入薄鋼板密實墊平，確保相鄰的頂升處兩片空心板梁保持同一水平面，保證兩側鉸縫的梁體受力均勻。

安裝薄千斤頂時，為增大受力面積，可以墊設10mm鋼板在千斤頂上下面，做到橋臺蓋梁頂局部混凝土安全承壓。

（五）控制系統調試

在橋梁同步頂升前，做好統籌安排調試控制系統工作，確保頂升時正常進行。一般情況下，同步頂升的系統由高壓液壓泵、分流器、千斤頂、油管、油箱以及操作控制系統、電動機等組成，主要通過位移和頂升進行控制，通過壓力傳感器傳遞外部壓力的數據、電子傳感器傳遞位移數據，依據每個測點信號，位移控制系統控制帶載頂升速度，整個梁體實現同步提升。

二、同步頂升橋梁的新技術、新工藝

（一）分級頂升液壓千斤頂

分級頂升液壓千斤頂突破本身行程限制，重型物體通過分級頂升達到很高的頂升高度時，配套使用同步頂升液壓系統，可以實現高精度分級同步頂升。標配5°球型鞍座以適應荷載表面不平整工況，同步精度可達1%，可選用高分子合成墊塊，重量輕、強度大，減少工人勞動強度。雙作用設計，選用頂升專用升降閥組可確保頂升和下降的安全。柱塞縮回，在底盤中央插入2根墊塊，以支撐下次頂升。再次頂升負載，在底盤下面再次插入2根墊塊。

（二）PLC 多點同步頂升變頻同步控制系統

PLC多點同步頂升液壓系統分為PLC計算機控制系統、液壓泵站、液壓終端、位移壓力檢測與人機界面操作系統五個部分。該系統將PLC信號處理、位移監控、液壓頂升與橋梁結構分析及施工技術進行集成，在集成系統上進行技術開發，根據橋梁特性設計計算機PLC信號處理與液壓系統，輸出液壓系統油量控制信息，輸入外部監控設施的位移信號，利用終端多組液壓千斤頂，實現平衡、安全與高效的橋梁頂升目標，頂升精度誤差不超過正負0.5mm。同步頂升系統可選用單作用或雙作用液壓千斤頂執行頂升和下降工作，適用大部分凱恩特標準液壓千斤頂，能實現多點同步升降的多點同步液壓頂升系統，促使多點協調一致地完成高精度同步升降。頂升時變頻、脈寬調速閉環控制、低速頂升、高速貼合，速度可以任意控制；均載閥的過載保護功能，可以避免多缸頂升時出現脹缸的事故；先進的進油調速與重載先鋒液壓回路，不只頂升時達到高精度同步，同時在帶載下降時同樣保證了高精度；擴展至32點或32點以上的多點同步，除保持多點位置的同步外，可按用戶的要求調節各支點的載荷分布。

（三）無震動液壓鏈鋸切割系統

對立柱切割采用的是新型無震動直線切割設備，該設備具有體積小、切割能力強的優點，在切割時采用水冷卻的方式，可以保持切割面平整，沒有粉塵和噪音的污染。在頂升土建完成時，要安裝千斤頂和液壓系統，所有的頂升工作都準備到位，即可使用橋墩采用無震動液壓鏈鋸切割系統切割立柱。

三、橋梁頂升施工要點

（一）千斤頂布置

根據施工圖圖紙及現場踏勘資料，計算G105京澳線K1160+951、K1160+952處大河廠左、右幅橋截斷橋墩后，一排墩柱及上部結構恒載為500t，考慮全橋整體頂升安全需求，千斤頂頂升力預留2.5倍安全度，嚴禁千斤頂滿載頂升，因此，在橋墩處的頂升支架P245X8鋼管上各布置一臺100t分級頂升液壓千斤頂，一處橋墩處共計18臺。

（二）頂升施工工序

大河廠左、右幅橋頂升施工期間，按照半幅施工半幅封閉的交通組織實施，主要施工順序如下：

第一，熟悉施工圖圖紙，現場踏勘復核，進行施工準備工作。

第二，開挖橋墩及橋臺處局部河床，進行墩臺基礎改造施工。

第三，對借橋跨河的供水管，電纜線等臨時遷改；進行道路半幅通行半幅封閉的交通組織導改布置。

第四，安裝半幅橋梁墩臺頂升支架系統、千斤頂頂升設備、施工監控設備以及限位裝置等。

第五，頂升設備調試，分級頂升液壓千斤頂，PLC多點同步頂升變頻同步控制系統等配套設施聯合調試，確保設備安全運行。

第六，采用無震動液壓鏈鋸切割系統對橋墩進行靜力切割，切割位置可選取在橋墩距離基礎頂面90cm處。

第七，墩柱截斷后試頂升，確定各千斤頂的同步性和實際受力情況，設定計算機控制中心對應的動作指令及調整各傳感器為零的狀態，確保后期頂升的同步性，并作為調整同步性及操作預演的重要環節。

試頂升高度可為1cm，可根據現場情況適當調整，觀察頂升系統及支撐系統的穩定性及各設備的協同性。試頂升前應做好充分的準備工作（人員、設備、安全防護、應急預案及初始測量等）。試頂升如有異常情況，要重新調試頂升設備，直至各設備協調無異常工作方可進行正式分級頂升。

第八，依據整體頂升高度2360mm，將頂升分12個大級實施，每個大級分5個小級。每個大級頂升高約200mm，每個小級頂升高約30～50mm。每頂升一個設計行程，配套分級液壓千斤頂油缸伸縮及時塞墊標準墊塊，墊塊塞墊應牢固、密貼，應設置防滑防偏位裝置確保安全。頂升至設計高程后，及時復核上部結構及蓋梁位置并糾偏。

第九，對立柱新老混凝土結合部分進行鑿毛處理，對上下截斷面各鑿除30cm左右高度的混凝土，使主筋出露便于鋼筋連接。采用Ⅰ級擠壓套筒機械連接豎向主筋，焊接環向箍筋，澆筑微膨脹混凝土。

第十，鑿除重力式橋臺頂臺帽，及時接高擋墻，新建臺帽及擋塊、墊石等構造和安裝支座。

第十一，混凝土強度形成后，及時卸載頂升千斤頂，將上部荷載轉移至橋梁墩臺。

第十二，交通組織導改，開放該半幅交通，轉移支架及和設備至另半幅施工。

（三）墩臺切割及接高施工方法

1.橋墩切割

當頂升準備工作到位，千斤頂及液壓系統安裝完畢，實施橋墩切割。采用無震動液壓鏈鋸切割設備切割立柱，柱切割位置一般在承臺以上0.9m處附近。

柱切割注意事項：

第一，通過水準測量、傳感器等檢查橋梁形態狀況。

第二，對立柱按切割位置及順序進行切割。

第三，千斤頂安裝時，活塞允許伸出的長度不得大于5mm，確保切割時橋梁絕對安全，避免千斤頂失壓，改變橋梁姿態。

第四，將千斤頂加壓至計算荷載的70%。

2.橋墩接高

在立柱實施切割后，應在上下截斷面各鑿除30cm左右高度的混凝土，使主筋出露，立柱加高部分要利用同規格等數量的豎向主筋和箍筋，豎向受力主筋用擠壓套筒機械連接（必須達到Ⅰ級接頭的標準），并與立柱兩端露出部分的主筋連接，采用焊接連接箍筋。

為更有利于新老混凝土的連接，將立柱新老結合部分的表面鑿毛處理，連接立柱的混凝土使用微膨脹混凝土，澆筑前用高壓水清洗干凈結合面。澆筑過程中應緩緩放料，并及時分層振搗密實，通過澆筑混凝土總用量，推算澆筑混凝土高度，每隔30cm為一層，確保所澆搗的每層混凝土的密實性符合要求。

3.橋臺鑿除及接高

當千斤頂及液壓系統安裝完畢后，頂升準備工作到位后，將千斤頂加壓至計算荷載的70%，使支架及頂升系統和梁板緊密貼合，鑿除橋臺混凝土臺帽，并及時綁扎鋼筋澆筑混凝土。

（四）橋梁同步頂升施工監控參數

根據橋梁頂升過程可能出現狀況，制定六類監控參數：

第一，混凝土梁體頂升橋面的標高及水平位移。

第二，混凝土梁體蓋梁處的頂升實時位移。

第三，混凝土蓋梁處控制截面的實時應力。

第四，混凝土蓋梁頂升著力處局部變形和應力。

第五，混凝土基礎各控制點的沉降。

第六，鋼管支撐體系各控制點的應力及偏位。

實時位移監控為頂升施工過程中全過程監管橋梁結構位移的情況，采用高精度的位移傳感器及與其配套的測試儀進行監測，監控各點頂升高差，確保頂升高度偏差控制在許可范圍內。實時位移監控點可各墩頂橋面處及兩側橋臺處左右側各布置一處，共計10個測點。

為便于控制橋梁的頂升位移、形態及同步性，千斤頂的同步誤差應滿足以下兩點：第一，相鄰墩頂升點同步差不應超過5mm；第二，同一橋墩相鄰頂升點同步差不應超過0.5mm。

蓋梁應力監測可通過實時監測，采用精度達到0.1με的靜態應變傳感器、傳感器的截面端數據收發器以及電腦端數據收發器監控。

同步頂升著力處的監測是對混凝土頂升點處的全過程持續性跟蹤觀察。通過監控觀測點的局部是否變形，判斷頂升著力處混凝土是否處于安全范圍內，實現控制局部變形的目標。

橋梁整體頂升施工監控參數量檢測及控制可委托具有資質的單位進行施工全過程監控，及時獲取施工數據，快速調整糾偏，確保施工過程各工藝措施安全可控。

（五）危險性較大的分部分項工程施工

本項目部分分項工程屬于危險性較大的分部分項工程范圍，包括頂升過程使用的鋼管支架系統、千斤頂頂升系統及橋梁墩臺接高等，應按《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》要求施工，施工單位專項施工前，應遵守相關管理規定，編制專項施工方案，保障工程周邊環境安全和工程施工安全。同時，危險性較大的分部分項工程需經技術負責人、監理工程師簽字同意后方可實施，專職安全生產管理員進行現場跟蹤監督。

對于復雜的分項工程而言，應組織專家進行論證、審查。施工前，辨識危險源，并應按《公路工程施工安全技術規范》要求對橋梁等工程進行施工安全風險評估，并在現場監控。施工前，施工單位要逐級進行安全技術交底，包括應急處置措施、風險狀況、安全技術要求等內容。

四、結語

我國橋梁目前保有量較多，隨著交通行業的快速發展，車輛、船舶、泄洪等所需的橋梁高度不斷提高，交通壓力與日俱增，要將已建橋梁標高調整到所需標高，確保滿足橋下通航凈空要求，橋梁整體頂升技術具有節約成本、縮短施工工期、交通干擾小、四節一環保等多方優點，有極大的推廣價值及應用價值和發展前景，可以為企業帶來更大的經濟效益。

參考文獻：

[1]徐宏，郭敏.既有簡支梁橋整體同步頂升施工技術[J].世界橋梁，2016，44（02）：82-86.

[2]王輝.同步頂升技術在擴建橋梁施工中的應用[J].交通世界（中旬刊），2021（03）：131-132.