关于桥梁整体顶升技术的分析

2015-02-22杨海忠徐建国

城市道桥与防洪 2015年6期

杨海忠，徐建国

（1.温州绕城高速公路西南线有限公司，浙江温州 325014；2.浙江交工路桥建设有限公司，浙江杭州 310051）

0 引言

现阶段，由于多种原因，很多公路桥梁建筑限界高度低于规范要求，所以对此类桥梁进行相关改造便显得尤为必要。在此背景下，桥梁整体顶升技术应运而生，为桥梁改造工程提供了更为宽阔的思路[1]。桥梁整体顶升技术能够在几乎不妨碍桥梁正常通行及结构安全的基础上，完成对桥梁净高的有效改善，另外，在减少工程投资和保证施工进度方面也具有较大的优势。正因如此，桥梁整体顶升技术在桥梁改造工程中得以广泛应用，并创造了较理想的经济效益和社会效益。

1 桥梁整体顶升原理和适用性分析

桥梁具有相对复杂的空间结构，就力学模型角度而言，上部桥跨结构借助与之匹配的支撑条件最终作用在基础之上[2]。就理论层面而言，结构的受力状态取决于支撑边界的各项约束条件，而和其对应的支撑高度没有关系或者关系不大。该特性为桥梁整体顶升技术的应用奠定了理论基础。以该原理为基础，若采用符合实际情况的临时支座支撑于桥梁的固有支座附近，在充分满足原桥梁受力状态要求的基础上，临时性地调整整个桥梁的结构体系，即支撑桥跨结构，使其上升到某种高度，紧接着按改造要求抬升既有支座的竖向高度，最终实现桥梁整体顶升的效果。

由桥梁结构受力状态分析和桥梁整体顶升技术特点能够知道，在桥梁整体顶升施工中，原桥梁的整体受力状态不允许有太明显的变化，如若不然，将会造成桥梁结构受到一定程度的损伤。由该原则可知，对于那些比较常见的桥梁结构，如梁式结构、钢架结构以及拱式结构等，如能保证支撑约束位置不承受较大的水平力，且解除约束之后桥梁结构整体受力状态不存在明显变化，那么均可在充分论证的基础上采用桥梁整体顶升技术以解决一些常见的桥梁问题，尤其是整体加高问题[3]。

2 工程概况

某大桥是一座跨径为30 m的简支T梁桥，由于服役时间较长，桥面高程有所降低，桥下净空不足，难以满足实际通航的要求。对该桥进行专业的现场质量评估，发现其主体结构尚属完善，能够继续使用。假若采用拆除老桥，再建新桥的处置方案，将会面临包括工期长和成本高在内的诸多问题。经过系统分析之后，最终决定采用同步顶升的处置方案，对该桥进行整体顶升[4]。

3 施工工艺

3.1 施工准备

3.1.1 施工平台搭设

对承重性桥台脚手架等进行搭设时，不仅要考虑脚手架所要承受的人体操作荷载，同时还应考虑千斤顶支垫钢板转移等因素带来的影响。进行系统的受力分析及计算后，最终决定使用承重性桥台钢管脚手架这一方式，竖杆间距控制为0.5 m，横向间距控制为0.5 m[5]。两处桥台均需要满搭脚手架，而脚手架上则需要满铺跳板，还应通过铁丝进行有效固定，架管周边设置安全网，并设置醒目的安全标志。

3.1.2 伸缩缝凿除

在正式顶升之前，应对桥梁伸缩缝予以切割分离。在施工过程中，先对桥面铺装切割两道缝，并保证凿除面切口足够平直。先通过风镐予以凿除，接下来通过人工钎子对存在于板梁端头以及台身之间的杂物予以彻底清理，实现梁板端头同台背有机分离，并借助电吹风等工具清除灰尘。与此同时，对桥台台帽进行排钻式凿毛处理，并对将要设置千斤顶的梁底表面的松散层进行有效凿除，具体的凿除高度则需要视千斤顶的安装高度而定。

3.1.3 观测点布置

在正式顶升之前，需要在梁桥面以及支座垫石上布置一定数量的标高及中线观测点，以便精确获得不同点位的标高值和桥梁的具体偏移情况，并认真记录，在满足设计要求的条件下，确定所有梁的具体顶升高度。

3.2 千斤顶的安装

对千斤顶进行安装时，应确认千斤顶的轴线保持垂直，防止由于千斤顶倾斜而导致顶升操作时出现水平分力。在所有加力点处，千斤顶同梁和台帽之间的实际接触面积均需要接受严格计算确定，以确保桥梁结构不会因此发生毁损为原则。将帽（盖）梁用作反力基础，找平处理帽梁顶面之后，便可将千斤顶安装在帽梁上，和台帽边缘之间的距离应控制在10 cm以上[6]，安装在彼此相邻的两片板的肋板部位，从而构成一个“帽梁—梁底的桥梁整体顶升托换体系”，在千斤顶以及梁板的下方安装钢垫板,找平处理板梁底部，然后设置钢分配垫板以构成有效的托架。

3.3 顶升系统的安装

对于顶升系统而言，其将位移以及顶升压力这两大参数作为顶升控制依据，外部数据采集则通过位移电子传感器来完成，另外，压力数据通过压力传感器来完成。正式顶升之前，应对各个控制系统进行必要调试以保证其良好的工作性能，避免在正式顶升过程中发生故障。

在顶升系统中，监测设备属于极为重要的配套设备。对位移传感器进行安装时，应将其设置在千斤顶周边的梁底，遵循最近距离控制原则以便能够精准反映顶升操作时的位移情况，同时还应设置百分表以发挥位移铺助控制的作用。在选用压力传感器时，应尽量选择配套类型的压力传感器，以便能够精准反映顶升操作时的压力数值。

3.4 预顶升

在桥梁整体顶升作业中，对千斤顶动作的同步性提出了较高要求。通常要求顶升高度差控制在2 mm以内，如若不然，千斤顶则会出现受力不均的问题，于梁体控制截面形成一定的应力，最终造成梁体结构受到不同程度的损伤。通过位移以及和压力双重控制的自动同步顶升方法，不同传感器采集相应的数据，并传输给数据软件加以分析，从而确保顶升作业的精度和安全。

3.5 正式顶升

按照预设荷载予以顶升，在顶升初始阶段，全部千斤顶均处于PLC系统精准的同步控制之下，同时辅以精加工制作的钢垫块，所以能够避免由于千斤顶行程过短而存在的多次托垫问题及其风险。顶升之后，梁体坡度有所变化，为防止桥梁在该过程中出现水平位移，有必要安装限位装置，既要考虑纵向限位，又要考虑横向限位。在限位装置方面，选用三角形牛腿形式，借助植筋法设置在台身正面和两边挡块处。整座桥需要保证同时顶升到位。在顶升过程中，受千斤顶行程上的制约，通常分若干次顶升才能最终到位，另外，最大顶升速度不可超过10 mm/min[7]。

3.6 同步实施监控

每一轮顶升结束之后，需对计算机显示的位移、压力等进行相应分析，一旦发现异常，应予以立即处理，待正常之后方允许进入后续环节。在顶升作业时，应重视和做好相关监控工作。

力的监控：对千斤顶实际承载力进行实时监测，如果同一台处千斤顶的实际、理论顶升力相差超过5%时，则需要暂停顶升，找出原因，排除影响之后方允许继续顶升。

位移监控：于台顶处安装位移传感器，在顶升作业时，安排专人对所有百分表予以密切监测，如果观察到两桥台处的位移差大于2 mm，则应该马上暂停顶升。对台顶处的竖向位移进行实时监控，参考各点处的位移对千斤顶做适宜调整，从而保障整个顶升工作能够顺利完成。与此同时，借助同步顶升系统所具有的位移监控功能，对不同千斤顶间的实际顶升位移进行实时监测，将位移差控制在2 mm以为。

桥面高程监控：在桥台以及跨中处安排高程测点，待完成一个顶升行程之后，通过精密水准仪对各点所对应的高程进行测量，将不同台顶间的竖向位移差控制在2 mm以内。

3.7 临时支撑垫块的放置

在每一次顶升完成之后，均需要立即塞入钢板以及预制垫块，落实临时支撑工作。经严密的局部承压计算以确定具体的临时支撑面积，同时要求其不可小于1.2倍的支座面积。在安装临时支撑的过程中，应使其下端和台帽充分固结，上端和梁体充分密贴，避免回落。对于临时支撑垫块而言，其以钢筋混凝土为原料，同时垫块两侧预留一定长度的钢筋，从而为相邻垫块之间的连接提供有利条件。对于放置位置，应结合新支座垫石的实际安装宽度而定。

3.8 落梁

桥梁整体顶升到位之后，还应该超顶5～10 cm之间，对支座垫石处进行必要凿除，然后铺设适宜厚度的水泥砂浆，安装垫石，通常每片梁对应着1～2块。落梁在程序上和顶升刚好相反，应认真落实其整个程序，将各项准备工作充分做好，包括确认全部临时支撑均拆除完毕，支座安放无误，各项顶升参数均正常。下落到支点承载之后应密切监测位移以及压力传感器提供的数据，观察各台减速以及位移变化是否协调，如果相差较大，应立即停止，待有效处理之后再重新落梁。