柱式墩钢筋混凝土连续箱梁桥顶升施工方法

姜永娟

(浙江公路水运工程监理有限公司，浙江杭州 310004)

我国内河流域上的大跨径钢筋混凝土连续箱梁桥多始建于二十世纪八九十年代，这些桥梁的普遍特点是通航设计等级较低，桥梁整体质量状况良好。但随着我国经济的发展，特别是近十年突飞猛进的发展，内河流域的通航能力已无法适应经济发展的需要，因此，对我国内河流域的疏浚与拓宽，以及对内河上的千万座桥梁的改造已迫在眉睫。然而，旧有桥梁大多数仍在经济服务期，通行状况良好，对其报废重建，无疑会造成社会资源的极大浪费，同时也不符合当前政府极力主张的环保、低碳、可持续性经济发展战略。对旧有桥梁通航净空的改善，最佳方法就是不破坏原有桥梁，对其进行整体顶升，既环保低碳，又节约大量资源。

1 柱式墩钢筋混凝土连续箱梁桥型概述

柱式墩连续箱梁是我国20世纪最常见的桥型，该类型桥梁的桥跨布置基本是边跨+主跨+边跨，主跨径通常60 m～150 m，边跨径通常为主跨的0.5倍～0.7倍，桥梁宽度在8 m～20 m，主要是考虑地方车辆及人员跨航道的需要。桥梁上部构造通常采用单箱双室或三室、双箱单室或双室结构，下部构造大多数是由桩基础+承台+立柱+盖梁(系梁)组成。这种桥型的特点是轻便、整体稳定性好，且施工技术成熟方便，因此被广泛采用(典型桥型见图1，图2)。

2 钢筋混凝土连续箱梁桥顶升施工特点

2.1 顶升重量大

桥面宽8 m～20 m 3跨连续箱梁重量将达3 000 t～7 000 t，这对顶升千斤顶的布置与选型增加了难度。

2.2 顶升面积大

一般3跨～4跨1联同步顶升的面积将达2 000 m2～2 500 m2，在这么大范围内实现同步顶升，要求桥面不裂、不倾斜，同步控制设备的精度与监控要求较高。

图1 连续箱梁主桥0号墩

图2 连续箱梁边跨1号桥墩台

2.3 顶升高度较大

对于旧桥的通航净空改善，顶升高度至少在2 m以上，否则顶升经济效益不佳。较大的顶升高度，要求顶升循环次数多，临时垫块使用多，这对支撑体系的强度、刚度及稳定性的要求较高。

2.4 顶升的同步性控制要求高

在顶升过程中，要求整个1联的箱梁同步顶升抬高，且梁体纵向、横向位移必须控制在一定范围内，同时垂直倾斜度不得大于0.5%，否则因顶升的支点变化、梁体的倾斜，以及不同步性顶升将对箱梁产生次生应力损伤，严重影响桥梁工后使用安全与承载能力。

3 柱式墩钢筋混凝土连续箱梁顶升方案的选择

3.1 主桥0号墩柱顶升方案的选择

由于顶升的梁体重量较大，且柱式墩顶能够放置千斤顶的位置有限，同时连续箱梁支座部位与箱梁底空间高度有限，通常不会超过20 cm，因此难以在墩顶有限的空间内布置数量多、顶升重量大、顶升行程大的千斤顶。如果将千斤顶布置在墩纵向两侧，由于箱梁一般在纵横向是变截面的，且一般0号块梁肋处面积较小，能承受着力点位置有限，因此选择断柱顶升方案，即把立柱割断，将立柱上端连同盖梁、支座、梁体整体顶升到设计高度后接柱(见图3，图 4)。

图3 主桥0号墩千斤顶布置立面图

图4 Ⅰ—Ⅰ 剖面图

在千斤顶着力点的选择时，为避免千斤顶直接作用在盖梁底，而造成集中应力对盖梁的损伤，可采用抱柱梁转移千斤顶上着力点，这种方案也为多顶同时作业提供足够的空间与平面位置。

柱底承台面积有限，且经常性处于水下一定深度，为解决千斤顶下着力点，以及为较多的千斤顶提供同时作业空间与平面位置，可采用下抱柱梁方案予以解决。

3.2 主桥边跨墩顶升方案的选择

连续箱梁端部1号墩支座部位空间高度较小，且墩顶面积较小，难以在墩顶位置狭小空间内布置大吨位、数量多的千斤顶，同0号墩位处顶升方案一样采用断柱顶升的办法。

考虑边跨1号墩处承台面积较大，且一般处于岸边绿地上，千斤顶下部承力基础可考虑承台，如果承台承载力不够，也便于对绿地承台进行加固处理。千斤顶上部承力可参考主桥0号墩布置方案，采用上抱柱梁，即将1号墩立柱割断，千斤顶将立柱上端与盖梁、支座、箱梁体一同顶升到设计高度，主要原因是直接作用在盖梁底，面积空间有限，且不宜将千斤顶直接作用在盖梁底，避免集中应力造成盖梁受损。

4 柱式墩连续箱梁顶升施工程序

顶升施工程序见图5。

5 柱式墩连续箱梁顶升施工注意事项

5.1 施工场地清理及前期工作准备

在顶升作业前，最重要的是技术准备与设备准备，具体包括:

1)顶升方案必须经过专家组评审，且经过监理批准。

2)顶升施工前必须先行办好水上、水下施工许可，封闭或限制通航，封闭或限制通航的方案必须得到航道主管部门批准，特别是限制通航的交通维护方案要经过专家论证，绝对避免施工过程中发生来往船只碰撞顶升支撑体系构件。

3)顶升设备的选择至关重要，要根据顶升的最大重量、高度，以及着力点空间位置等选择适合的千斤顶，一般要考虑千斤顶的最大行程、基座面积、顶升高度、最大顶升能力等参数。

4)顶升过程的监控设备选择，监控内容含顶升过程中梁体各关键部位的应力监控、顶升过程中梁体前后左右位移监控、倾斜监控，以及上下抱柱梁或承台、支撑格构杆件的关键部位的位移及应力变化，同时还要注意梁体顶升同步监控。

5.2 凿毛立柱

图5 顶升施工程序

在立柱周围清理完毕后，要对原立柱的质量进行初步评定与探伤，以确定是否留用，以及确定上下抱柱梁距离(不能使用的部位在上下抱柱梁之间可以凿除重新接桩)。

在确定上下抱柱梁位置后，要对抱柱梁接触的立柱周围进行尽量深的凿毛处理，要求石子外露，表面粗糙，必要时贯穿立柱植筋，以增加抱柱梁与立柱的联结力，提高抱柱梁与立柱的整体承载力。上下抱柱梁的高度、平面几何尺寸以及拟布置千斤顶数量要经过严格的受力验算确定。

5.3 植筋并浇筑抱柱梁

植筋数量及密度、规格、深度要经过验算确定，植筋施工要严格按相应的规范进行，特别是植筋孔的清理必须彻底，植筋孔的大小要与所植钢筋的直径相匹配，所用植筋胶要有检验合格证。

混凝土的浇筑与养生同一般混凝土，混凝土的强度要达到受力计算确定的强度标准。

5.4 安装桥梁顶升支撑体系

支撑体系由分配梁、千斤顶支撑、支座处支撑以及联系杆件等组成。

1)千斤顶下部的临时支撑可采用钢管，钢管的直径、厚度要经过计算确定，同时要用法兰连接于下抱柱梁上。钢管的侧面焊有连接用型钢。在顶升过程中，可能因顶升高度的不同，需要对钢管、钢板进行调控、置换，即当顶升一个行程后使用钢板进行密贴垫高，当钢板达一定高度后，可置换成下垫钢管。钢垫块的高度要准备多种不同的厚度，钢管的高度最好采用统一高度，目的是为了钢管侧面连接构件位置的统一，以方便纵横向整体支撑系统构件的形成。2)分配梁设置在上抱柱梁底部，千斤顶通过螺栓悬吊于分配梁上，在顶升过程中随着抱柱梁的上升而上升。

5.5 安装桥梁限位架

为避免顶升过程中桥梁产生横、纵向偏移，设立限位装置，限位装置包括箱梁限位装置和墩柱处的纵横向限位钢柱。

结构限位能够确保水平偏移量控制在允许的范围内，以保证顶升的安全及顶升着力点的位移。

5.6 顶升设备安装

为便于顶升操作，所有千斤顶均按向下方向安装，即千斤顶底座固定在上抱柱梁下方。千斤顶安装时应保证千斤顶的轴线垂直，以免因千斤顶安装倾斜在顶升过程中产生水平分力。

千斤顶的上下均设置钢垫板以分散集中力，保证结构不受损坏，千斤顶吊顶钢板与抱柱梁底间用楔形钢板垫实，每个监控点均可采用光栅尺监测墩柱位移量。

5.7 墩柱切割

当各种顶升设备、稳固支撑安装完成并调试后，将对桥梁立柱进行切割，切割宜采用新型无震动切割设备对立柱进行切割。

5.8 试顶升、设备调试

在正式顶升之前，要对千斤顶的顶升同步性、预设顶升力与顶升行程的对应误差，以及整个支撑体系的稳固性等进行试顶升与调试，为正式顶升提供可靠数据。

顶升设备调试过程中，要提供整体监控仪器输出数据，并与现场观测数据进行比较，为正式顶升提供依据。

5.9 正式顶升

试顶升后，经过监控数据分析及现场观察，达到预设控制指标，再进行正式顶升:

1)顶升同步性控制:这是顶升成败的关键，顶升过程中的次生应力产生、纵横向位移、梁体的倾斜等基本上是由顶升的不同步性产生的，因此，在顶升过程中，要密切关注监控数据稳定性观察，以及现场位移、顶升高度的测量。2)每次循环顶升高度与速度:不宜超过千斤顶最大行程的80%，最大顶升速度控制在10 mm/min以内，一旦监控设备输出的数据稳定性差，或历次观测数据误差加大，要立即暂停作业，分析监控数据，查明原因后方可继续作业。3)每次顶升的高度要稍高于垫块厚度，且在每次顶升循环中其稍高厚度尽量保持一致，一是方便临时托换操作，二可避免千斤顶回油梁体落差较大，产生过大的集中下冲应力，损伤梁体。4)整个顶升过程应保持光栅尺的位置同步误差小于2 mm，一旦位置误差大于2 mm或任何一缸的压力误差大于5%，控制系统立即关闭液控单向阀，以确保梁体安全。5)每一级顶升完成后，要对千斤顶的位移、压力、梁体及抱柱梁各监测点应力变化情况、支撑体系的位移、梁体纵横向位移等监控数据及时整理分析，如有异常，及时处理。

5.10 接长立柱

待顶升完成之后，对立柱上下截断面各凿除25 cm～30 cm左右高度的混凝土，保留芯柱，露出主筋。混凝土凿除面须用清水清洗干净，刷界面剂。通过接长原桥墩钢筋并在墩侧四周加设箍筋，立模，浇筑桥墩混凝土，养生，达到设计强度后拆模。

6 顶升过程中监测

在整个顶升过程中要进行全程监控，包括梁体、支撑体系、千斤顶、抱柱梁等结构的位移、应力变化和倾斜的监控。监控的基本原理是对顶升过程中应力、位移、倾斜等数据的采集、放大与计算机处理，任何部位的监控数据具有同等作用，不得重视梁体应力与千斤顶数据的采集与监控，忽视支撑体系与抱柱梁安全监控数据的采集，同时要足够重视立柱偏移数据的采集与监控，实践证明，立柱偏位超标是顶升过程中最易也最难纠正的问题。

6.1 监测目的

整个顶升过程的监控是一个动态过程。监控的目的:1)保证工后梁体的应力状态符合设计要求，保证通车货载安全系数;2)确保顶升过程安全操作，及时消除顶升支撑系统的失稳风险。

6.2 监测部位及内容

1)承台沉降观测:在进行边跨墩柱顶升时，如果千斤顶或临时支墩设置在承台上，在顶升过程中要在承台的不同部位设置沉降观测点，沉降数值要经过物理放大(杠杆千分尺放大或沉降—压强—压敏电阻—电流原理进行放大)，并要求对这些数据动态采集到电脑进行动态分析。2)立柱、盖梁水平位移和垂直偏差监控:为确保顶升过程中立柱、盖梁纵横向水平位移控制在允许误差范围，可在外立柱垂直两个方向外侧面的切割线上下，在切割前使用经纬仪或全站仪标注出两条垂直投影线，在顶升过程中密切观测立柱两个方向垂直线的倾斜与水平位移。3)箱梁的水平位移监控:梁体横向位移与倾斜监控可在边跨顶端位置设置横向水平、垂直位移或倾斜观测基准点，方法是在边跨箱梁顶端固定一定垂直高度的观测牌，在观测牌上标注一个观测点，在顶升过程中使用经纬仪或全站仪密切监控观测点的漂移情况。纵向位移监控:可在边跨箱梁顶端侧面设立一个观测基准点，使用经纬仪或全站仪观测箱梁纵向位移。4)梁体、抱柱梁关键部位的应力变化监控:采用应力贴片不够精确，可在关键部位预埋压敏电阻，来进行应力变化监控，具体可委托专业监控单位进行。5)支撑体系的观测:这是监控的关键，但是支撑杆件的轴力变化在顶升过程中变化复杂。支撑杆件是连接千斤顶下垫钢管和临时支撑钢管的杆件，呈现格构受力体系，因此任何一个钢管的倾斜与位移均能造成支撑任一杆件的轴力变化，可委托专业监控单位对部分杆件进行应力监控，控制杆件的轴力上限值，避免杆件的疲劳变形，致使整体支撑系统失稳。6)千斤顶的顶升力与行程及顶升的同步性的监控:可采用上海某建筑物移位工程有限公司开发的PLC控制液压同步顶升系统，对顶升力、顶升行程及顶升的同步性进行实时准确的监控。

7 结语

钢筋混凝土连续梁桥整体顶升施工具有广泛的应用前景，但目前国内还没有很实用的行业施工技术规范来指导施工，因此相关主管部门组织人员对近些年施工经验进行总结，形成成熟的施工工法，并在我国内河流域桥梁顶升施工中加以应用，以便尽快形成行业施工技术规范，指导或规范桥梁整体顶升作业是很有必要的。本文只是对连续箱梁整体顶升作业进行简单的探讨，更为重要的细节，比如顶升过程中监控量测的内容、方法、技术，以及桥梁整体顶升的经济效益决策方法与模型等探讨的深度还远远不够，希望能引起同行业人士的关注、补充、完善。

［1］JTG J23-2008，公路桥涵加固施工技术规范［S］.

［2］GB 50367-2006，混凝土结构加固设计规范［S］.

［3］JTG 041-2000，公路桥涵施工技术规范［S］.