成都市二环路羊西立交顶升调坡改造关键技术

2013-08-07蒋建军郑华奇

城市道桥与防洪 2013年11期

古锐，蒋建军，田波，郑华奇，李军

（1.四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院，四川成都 610041；2.上海先为土木工程有限公司，上海市 200333；3.成都兴城投资集团有限公司，四川成都 610041）

0 引言

为适应社会发展需要，满足城市交通快速通畅，顺利实现成都市中心城区缓堵保畅目的，二环路全线将全部建成立体式交通网络，全线建成高架桥。本着“资源节约型、环境友好型”的目标，以最大限度地利用已有桥梁，经综合研究后，采取对羊西立交引桥简支梁部分实施顶升利用，使旧桥利用率达到85%以上，对成都已有道路的改扩建起了示范作用[1]。

1 工程概况

成都市二环路羊西立交桥梁结构全长372.8m，桥跨组成由清水河向火车北站方向依次为：（2×22+4×23）m预制预应力混凝土简支空心板+（35+50+35）m预应力混凝土连续箱梁+5×23 m预制预应力混凝土简支空心板，全桥纵向共计14跨。高架桥分为左右独立的双幅桥，中间留3 m的空隙。每幅桥宽13.75m，桥面组成为：2×0.5 m（花池）+2×0.5 m（防撞墙）+11.75 m（车道宽），于2010年底建成通车。引桥桥墩采用薄壁墩，墩顶采用倒“T”型盖梁，见图1所示。

图1 羊西立交引桥标准横断面图（单位：cm）

该项改造顶升羊西立交桥两端引桥，与新建高架相连接。南侧引桥为2×22 m+4×23 m的简支梁桥，纵坡为+5%，顶升调整后为-2.436%，最大顶升高度 5.976 m；中间段主桥保持原样，仅对边跨局部进行铺装加铺；北侧引桥为5×23 m预应力混凝土简支空心板梁，纵坡为-4.322%，顶升调整后为3.1%，最大顶升高度4.513 m，见图2所示。

图2 引桥顶升调坡纵断面变化图（单位：m）

根据纵坡总体设计，羊西立交引桥的各墩台处高程调整值及方案见表1和表2所列。

表1 南引桥各墩台处桥面高程调整值及方案一览表（单位：m）

表2 北引桥各墩台处桥面高程调整值及方案一览表（单位：m）

2 既有桥梁利用改造的总体思路

根据羊西立交改造前后的特点和现有结构的检测结果，经论证羊西立交跨线桥两端引桥采用“断骨增高”方式进行改造，即在支架上设置千斤顶，然后切断桥墩，顶升盖梁及上部梁板，达到标高后再接长桥墩。

3 关键技术

3.1 支架基础加固

桥梁顶升时利用原承台作为反力基础，为防止对现有承台结构造成破坏，需对现有承台进行加宽加固处理。

1#～6#、9#～13#桥墩处顶升支架考虑在现有桥墩承台上增设混凝土牛腿，牛腿宽度为70 cm，采用在现有承台上植入钢筋扩大承台。对承台扩大后在承台上布置支撑钢管，见图3所示。

图3 桥墩支架基础加固图(单位：cm)

0#、14#桥台处原布置有3根1.5 m桩基，通过2.5 m高承台支承桥台前墙。该项技术改造在桥台外侧增加2根1.5 m桩基，桩长15 m,新增加桩基与原桩基通过增加的承台形成2个三角形新承台，见图4所示。

图4 桥台支架基础加固图（单位：cm）

3.2 断柱整体顶升

羊西立交用断柱整体顶升的方法进行顶升，利用改造后的承台作为顶升反力基础，将顶升着力点设在盖梁底面，切断墩柱后，通过顶升盖梁来抬高桥面。

断柱整体顶升技术的主要流程见图5所示。

图5 顶升步骤流程图

采用该顶升方法的主要优点有：顶升着力点设置于盖梁中部底面增设的分配梁上，下部采用钢管支架支撑，具有很好的整体稳定性；顶升盖梁没有改变桥面系的受力状态，不会造成对桥面结构的损伤和破坏。

为了简化顶升作业、节省工期，羊西立交采用了“同步顶升，逐级到位”的控制技术，除了即将到位的一跨桥梁外，其余各跨桥梁均平行向上顶升，使得每个行程各桥墩处顶升高度相同。

3.3 盖梁加宽改造

墩柱切割后，顶升着力点设在盖梁底面，为保证顶升过程中，盖梁不产生变形，需在盖梁底部设置有足够的刚度、强度及稳定性的分配梁。该分配梁直接承担上部梁体的重量，并将力转移给千斤顶。

羊西立交桥分配梁采用混凝土浇筑于盖梁侧面和底部，分配梁与盖梁用凿毛和植筋连接。盖梁分配梁横桥向宽度为7 m，顺桥向两侧各加厚0.2 m，盖梁底部加厚0.15 m，如图6所示。

图6 盖梁分配梁构造图(单位：cm)

3.4 墩台顶升支架与限位

顶升支架的主要作用是承担上部结构桥梁及盖梁和部分墩柱的重量，相当于“临时墩柱”结构。支架系统由型钢分配梁、支撑墩、加高钢管及临时垫块，以及连系杆等组成。桥墩支架体系采用16根钢管支撑，对于桥台支架为10根钢管支撑组成。钢管支撑下部通过植入化学锚栓与承台连接，上下两节钢管间通过法兰连接；钢管支撑间采用14a槽钢作为联系杆件进行连接，并在外侧设置稳定钢管支架形成三角形格构柱；整个钢支撑体系通过槽钢作为水平连系杆及剪刀撑及外部稳定支架连接成一个格构柱，形成稳定体系，确保顶升施工安全，见图7所示。

图7 桥墩顶升支架实景

由于桥梁反坡顶升过程中，桥梁可能会出现微小的位移。为保证顶升系统的安全及梁体的结构安全，需设置平面限位装置，限制纵横向可能发生的位移和保证结构的受力安全。

墩柱纵、横向限位采用在桥墩上锚固卡槽，对应的支撑钢管处，焊接方钢形成滑槽，当千斤顶将桥梁顶升时，方钢只能在卡槽中上升，从而限制顶升时桥墩的纵横向变位，见图8所示。

图8 墩柱限位装置实景

调坡顶升，板梁水平投影长度伸长，因此设置桥面牵拉式限位装置来控制伸长量。角钢之间通过对拉螺栓连接，这样桥面系既可满足调坡顶升板梁自由转动的需要，又可在纵向位移变大时，通过拧紧螺栓起到纵向限位的作用，见图9所示。

图9 桥面牵拉式限位装置实景

3.5 绳锯切割

当顶升的土建工程完成以后，千斤顶及液压系统安装完毕后，顶升准备工作到位后，对桥墩进行切割。墩柱切割采用新型无震动直线切割设备，切割位置一般在承台以上0.6 m处，如图10所示。这种切割设备具有体积轻巧、切割能力强的特点。切割采用水冷却，无粉尘噪音污染，切口平顺。

图10 墩柱切割中之实景

3.6 同步顶升PLC系统

PLC控制液压同步系统由液压系统（油泵、油缸等）、检测传感器、计算机控制系统等几个部分组成。液压系统由计算机控制，可以全自动完成同步移位，实现力和位移控制、操作闭锁、过程显示、故障报警等多种功能。PLC控制液压同步顶升是一种力和位移综合控制的顶升方法，这种力和位移综合控制方法，建立在力和位移双闭环的控制基础上。整个操纵控制都通过操纵台实现，操作台全部采用计算机控制，工程的安全性和可靠性得到保证，施工的条件也大大改善。

3.7 施工监控

桥梁顶升过程是一个动态过程，随着梁的顶升，梁的顶升高度、纵横向偏差等会发生较大变化，梁的支承点的相对变化对梁受力状态将会发生变化。为此，在羊西立交的顶升过程中对盖梁控制截面的应力、变形、顶升位移，桥面的标高及水平位移，承台控制点的沉降，钢管支架的应力及偏位进行了实时监控，并要设定必要的预警值和极限值，以便将姿态数据反馈给施工加载过程。

空心板梁的铰缝是薄弱环节，顶升过程中不允许发生扭转变形，同时各千斤顶与分配梁之间为铰接，因此该桥在顶升过程中的精度要求极其严格，见表3所列。