舊橋改造加固旋轉頂升施工工藝

摘要：隨著交通荷載和車流量不斷增大，我國許多既有公路、橋梁設計承載力已經不能滿足日常交通通行的需求。文章以5座大橋為研究對象，采用旋轉頂升施工工藝對舊橋進行改造加固。結果表明，該工藝不僅可以保持舊橋結構的完整性和過程的同步性，還具有施工工期短、控制精度高、造價低等優點，可為同類舊橋加固項目提供參考。

關鍵詞：舊橋改造加固；旋轉頂升；荷載等級；控制精度

中圖分類號：U445.4A250842

0引言

隨著我國經濟和交通運輸事業的快速發展，車流量迅速增長，過去修建的公路越來越“不堪重負”，路線改造已迫在眉睫［1-2］。

貴州省都勻至新寨專線二級公路就是迫切需要改造的路線之一。根據交通的發展及國家公路網的規劃，該路據設計要求改為山區一級高速公路，荷載等級提高至公路一級，原二級公路改造后作為新路的左幅行車道，需要對原公路的舊橋進行改造加固，以滿足提高后的荷載等級、路基高程及橋面超高設計要求。因受高空作業影響較大（橋下凈空均＞15 m），結合橋梁上部荷載大和施工安全等原因，為了滿足新的橋面標高要求，實現橋面雙向橫坡變為單向橫坡及病害支座更換，經研究及測算，決定采用同步旋轉頂升（以下簡稱旋轉頂升）施工工藝對舊橋改造加固。

1旋轉頂升

1.1工藝原理

旋轉頂升是一項成熟的構件提升安裝施工工藝，廣泛應用于建筑施工中。但在橋梁頂升施工時，由于其對設備同步性和頂推力要求更高，目前應用較少。結合旋轉頂升技術適用于大噸位物體的旋轉、頂升和下放的特點，引入閉環控制理論，將梁體的頂升位移作為受控參數，從而形成位移閉環控制，再利用壓力閉環控制技術對液壓系統的收缸或出缸進行調節，最終實現梁體的同步旋轉、頂升和下放的目的［3-4］。

1.2工藝特點

（1）運用位移閉環控制理論結合液壓控制系統，以位移量作為控制對象，實現力位控制，技術先進。

（2）控制精度高，避免橋梁構件在頂升過程中發生變形，影響其初應力變化，不影響橋梁使用壽命，安全可靠。

（3）可長時間連續作業，施工工期短，有利于減輕由于封路施工帶來的交通壓力。

（4）人工、材料和機械數量需求少，工程綜合造價低。

1.3設備及材料配置

主要施工材料及機具設備如表1所示。

2工程實例

都勻至新寨二級專線公路改擴建為一級高速公路，需維修、加固的大、中橋梁共14座。經專家現場考察及評估，溝山大橋、大河口Ⅰ號大橋、大河口Ⅱ號大橋、大河口Ⅲ號大橋、文家寨大橋等5座大橋都需采用旋轉頂升工藝進行改造加固。

2.1施工工藝

2.1.1工藝流程

搭設施工平臺→解除橋面約束→鑿除舊橋面瀝青及混凝土鋪裝層→旋轉頂升系統安裝→梁體旋轉頂升→支座更換→橋面鋼筋混凝土面層補強。

2.1.2操作要點

2.1.2.1現場勘查、明確設計要求

（1）明確橋梁的頂升目的、頂升高度及頂升要求。

（2）根據橋梁原圖紙計算橋梁荷載分布。

（3）分析橋梁結構，計算橋梁破壞極限，確定頂升控制精度。

（4）根據橋梁結構形式，確定千斤頂分布。

（5）合理劃分控制區域。

2.1.2.2編制施工方案

（1）頂升基礎處理。

（2）頂升支撐的形式、布置方式。

（3）千斤頂安裝方法。

（4）臨時支撐的形式及安裝方法。

（5）限位的形式、布置方式。

（6）在橋梁頂升時，制定安全應急措施。

（7）保證工程質量措施。

2.1.2.3施工準備

（1）支撐基礎處理，滿足頂升荷載要求。

（2）千斤頂及臨時支撐位置處理。

（3）橫縱向限位的制作、安裝。

2.1.2.4設備安裝

（1）根據支點反力大小，千斤頂兩端應設置適宜尺寸的鋼墊板以分散受力。

（2）根據頂升高度及操作的難易程度，可倒置安裝千斤頂。

（3）為避免千斤頂傾斜導致頂升過程產生水平分力，應嚴格控制其軸線垂直度。

（4）千斤頂與梁體接觸面面積應進行受力計算，保證局部應力不超出接觸面混凝土強度。

2.1.2.5梁體旋轉頂升

（1）梁體稱重

①頂升前應依據設計圖紙確定頂升荷載，通過逐級加載進行梁體稱重，由于主梁的頂升是在未破除主梁整個跨度的情況下進行的，因此要保證頂升過程同步進行。

②橋梁頂升時，在T梁兩端各設置一臺100 t液壓千斤頂，為減少接觸面局部應力集中的現象，需在千斤頂頂部加設一塊厚1 cm的加寬鋼板，以防止接觸面混凝土局部破壞。

③為保證各頂升點受力和上構荷載基本一致，在5～10 mm的頂升高度內，反復調整千斤頂油壓，從而確定各頂升點油壓值。

④在頂升點位置（≤50 cm范圍）使用百分表配合稱重，對位移傳感器測得的位移進行校驗。計算頂升點實測值與理論值差異量并進行原因分析，確定其頂升的基準值。

（2）梁體試頂升

通過梁體試頂升檢驗上構整體頂升的安全性、旋轉頂升系統的可靠性和稱重結果的準確性。頂升高度應控制在5～20 mm，需加強頂升過程檢測，為后續正式頂升提供可靠數據。

（3）旋轉頂升

①千斤頂在力位閉環控制系統作用下，將梁體分級頂升至可滿足各支座墊石施工的垂直高度。

②梁體頂升過程由同步控制系統嚴格控制，保證各位移監測點同步精度誤差＜5 mm，且橋梁破壞極限大于同步誤差［5］。

（4）倒撐

用臨時支撐代替千斤頂作用，以便千斤頂收缸后，增加千斤頂下部支撐的墊塊。

2.1.2.6支座更換

（1）根據設計要求進行支座更換。

（2）支座更換包括支座墊石及支座的加高、改造及更換。

2.1.2.7落梁

（1）支座墊石處理完成、支座安裝后，收缸落梁。

（2）由旋轉頂升系統控制分級落梁，過程中各支點應緩慢勻速卸載，保證各位移監測點同步誤差小于橋梁破壞極限，且同步精度＜5 mm。

2.1.2.8橋面鋼筋混凝土面層補強

橋面鋼筋混凝土面層補強，采用C50防水混凝土進行澆筑，澆筑時主要滿足橋面超高及路線、路基高程。

通過頂升改造后的5座橋橋面高程與路基設計高程一致，在滿足橋梁橫坡的同時，最大限度地減輕了加鋪橋面鋪裝的厚度。由于該工藝兼具安全、高效的優點，全部頂升加固工作僅費時3個月。

2.2經濟效益

都勻至新寨公路改擴建工程第21-1、22-1合同段內文家寨大橋、大河口Ⅰ橋、大河口Ⅱ橋、大河口Ⅲ橋、溝山大橋加固過程中均采用了旋轉頂升施工工藝，該工藝操作簡單、實用，在不損壞現有橋梁結構的同時，質量控制良好，對交通影響小，搭建的施工平臺可同時進行橋梁病害的修復工作，施工緊湊，加快了工程施工進度，取得了良好的效益。

（1）從經濟效益來看，橋梁頂升費用通常是橋梁本身造價的10%～30%，項目5座橋梁的頂升改造總費用＜800萬元，而如果拆除并新建這5座大橋，其造價將＞1億元，這其中未包含節省時間所產生的效益。

（2）從施工工期來看，拆除舊橋梁、新建橋梁的建設工期一般需要一年，而橋梁提荷加固施工，包括前期準備工作及病害修復工作僅需2～3個月，投資小，見效快。

（3）若是采用在橋面加鋪輕質骨料混凝土來實現橋面高程及超高，與橋梁旋轉頂升相比，直接增加了橋梁的自重，加大了橋梁的二期荷載，未達到加固的目的；加鋪的輕質骨料混凝土，原材料較貴，造價較高；結合貴州省采用輕質骨料的高速公路運行情況來看，其承重較差，易破壞，運營期間路面修復成本較高，不適合重交通公路使用。

3結語

隨著交通荷載的不斷提高，舊橋改造加固勢在必行。同步旋轉頂升施工工藝操作簡單、實用，可以保證在不破壞橋梁結構的前提下，保質保量地完成加固工作，同時盡可能地減小對現有交通的影響，縮短施工工期，經濟效益顯著，為今后的舊橋改造及修復開辟了新的途徑。

參考文獻

［1］韓永軍. 橋梁頂升技術工程應用研究［D］. 西安：長安大學，2010.

［2］ 張勁泉，王文濤. 橋梁檢測與加固手冊［M］. 北京：人民交通出版社，2007.

［3］吳運宏，文熠. 小半徑平曲線橋同步旋轉頂升位移原理與施工技術［J］. 橋梁建設，2016，46（4）：109-113.

［4］陳舟，余曉琳，顏全勝，等. 北江大橋引橋整體頂升施工技術［J］. 橋梁建設，2014，44（1）：114-120.

［5］袁臻，朱文霞，肖漢. PLC同步頂升系統在高速公路橋梁改造中的應用［J］. 中外公路，2013（5）：170-173.

作者簡介：曾云峰（1983—），工程師，主要從事道路橋梁施工技術工作。