旧桥整体同步顶升及支座更换施工技术探讨

覃捷

摘要：桥梁顶升技术是在不影响桥梁的结构安全及基本不改变原桥梁整体形态的前提下，保证原高速公路快速施工快速撤离，高效快捷地将桥梁顶升至控制高度，进而达到满足桥梁设计标高及更换支座的施工目的。文章结合广西柳州（鹿寨）至南宁高速公路改扩建工程全线旧桥顶升及更换支座工程实例，介绍整体同步顶升及支座更换技术在高速公路改扩建中的应用工艺与施工注意事项，为类似工程施工提供参考。

关键词：同步顶升;支座更换;施工方法;监测技术

0 引言

当前，我国高速公路行车安全及舒适性已成为社会广泛关注的焦点，柳州至南宁高速公路改扩建工程为提高这一特性，设计要求双侧拼宽完成后全线对新旧路面进行统一沥青罩面处理，即加铺一层4 cm厚的SMA沥青混凝土。同时，考虑在不增加桥面荷载的情况下需对旧桥桥面标高进行抬升，即对旧桥进行同步顶升后根据设计标高，铣刨原桥面约4 cm厚沥青混凝土，再进行整段路面铺设一层SMA沥青混凝土，从而提高路面整体性和平整性。另外，随着现今交通荷载的不断增大以及使用年代久远，导致部分旧桥支座出现了剪切变形、老化、开裂以及支垫钢板锈蚀等现象，为保证桥梁使用寿命以及高速公路运行安全需更换支座。因此旧桥的整体顶升及支座更换是高速公路改扩建工程中必须完成的一个施工环节。

1 工程概况

柳州至南宁高速公路改扩建工程全长248.707 km，由原四车道扩建为八车道，全线扩建桥梁85座。桥梁改扩建方案中，除少量几座大桥采用单侧新建外，其余桥梁均为老桥利用、两侧拼宽，拼宽前需对原有桥涵病害进行维修加固处理。本项目主线原有大、中桥普遍采用了13 m、16 m、20 m、25 m预应力混凝土空心梁，均设有橡胶支座;小桥及桥式通道主要采用8 m、10 m空心梁板，大部分都未设置橡胶支座，仅在台帽（盖梁）上铺设油毛毡后直接安装梁板。

2 旧桥顶升施工方法选择

本项目由于原空心梁板为预制装配式桥梁结构，梁体之间横向连接为伸缩缝或者桥面连续的方式，纵向采用铰缝连接的方式。为避免梁体在顶升过程中不同步导致铰缝及桥面连续破坏而影响桥梁整体结构安全，梁体顶升以及落梁必须以一联为单位（一般两条伸缩缝之间桥跨为一联），采用单跨或多跨整体同步顶升。对于设置桥面连续的，需在盖梁两侧各安置一排千斤顶，将梁板同步顶升;对于设置伸缩缝的，顶升前需对梁端的伸缩缝进行解除约束，整体顶升至设计高度后，取出原有支座并更换新支座。根据施工条件的不同，同步顶升更换支座施工可采用直接顶升法、开槽顶升法、牛腿顶升法、U形背兜式托架顶升法等。本文结合柳南高速公路改扩建工程实际情况，分析介绍各方法的适用条件，并对施工技术进行分析探讨。

2.1 直接顶升法

梁底和盖梁（台帽）之间有足够空间时，空间高度至少可以安置两块2 cm钢板（千斤顶上下各安放一块）加上薄片式千斤顶，直接利用盖梁（台帽）顶面作为支撑平台安置千斤顶进行梁体顶升、落梁作业（见图1）。

2.2 开槽顶升法

梁底和盖梁（台帽）之间空间较小时，千斤顶无法安置作业，可在盖梁（台帽）顶面开设平面25 cm×15 cm的槽口，槽口高度根据操作空间要求确定，一般为4～6 cm，用环氧砂浆调平，调平厚度在1～3 mm，安置钢板与千斤顶进行顶升作业，完成后再用环氧砂浆对槽口进行修补（见图2）。

2.3 牛腿顶升法

本项目原小桥及桥式通道8 m、10 m空心梁板大部分都未设置橡胶支座，仅在盖梁（台帽）顶面铺设油毛毡后直接安装梁板，梁板与盖梁（台帽）接触处几乎没有间隙，顶升作业没有支撑点，可采用钢牛腿作为支撑体系进行顶升施工。此方法需要根据顶升梁体载荷进行牛腿专项受力计算和设计，钢牛腿采用Q235b钢板焊接而成，通过高强螺栓将牛腿锚固在盖梁（台帽）侧面作为支撑点（见图3）。牛腿顶升法解决了顶升空间不足的问题，但是其承载力有限，仅适用于中小跨径的板梁顶升。钢牛腿支撑布置效果图見图3。

在桥墩盖梁两侧均安装钢牛腿作为支撑体系，顶升时可消除偏心受力的情况，但桥台台帽处安放钢牛腿作为支撑体系，顶升时台帽存在偏心受力。经咨询设计院意见及查阅旧桥相关设计资料，旧桥普遍为重力式桥台，且8 m、10 m空心板梁自重较轻，台帽可以承受较大弯矩。根据梁体重量情况，可通过多增设牛腿支撑点，分散较大的集中应力，同时也可通过待顶升到一定高度后，将千斤顶转换到盖梁（台帽）顶再继续顶升，以减少偏心力对盖梁（台帽）的持续影响时间。

2.4 U形背兜式托架顶升法

梁底与台帽（盖梁）之间的空间较小，无法安放薄式千斤顶作业，而同时，本项目原13 m以上空心梁都设计有翼缘板，空心梁两侧有操作空间，可采用U型背兜式托架法完成施工。即在梁底与盖梁（台帽）顶面间的空隙中穿过一设计成U型的钢板将空心梁兜住，并在U型钢板两端设置牛腿，将千斤顶安置在盖梁（台帽）顶面，通过顶升U型钢板两端牛腿，达到顶升梁体的目的。此方法的优点是U型钢板托架与梁板底接触面大，顶升时不会出现应力集中现象;缺点是作业时使用的千斤顶数量是其他方法的两倍。施工示意图见图4。

3 施工工艺及流程

3.1 施工准备

施工前需详细对每座旧桥梁进行支座、垫石、钢板的病害调查，以及做好对桥梁伸缩缝、桥面连续工作状态的核查，并做好记录和拍照，测量出梁底与盖梁（台帽）顶面的空间高度，标识出更换支座的准确位置。在全面调查的基础上，拟定顶升及支座更换施工方法。同时根据设计要求准备好新支座，对盖梁（台帽）顶面以及桥面的标高进行复核，计算出顶升总高度以及支垫永久钢板的厚度，并对钢板进行防锈涂装处理。另外，还需准备好各种厚度的钢板、垫石，以备顶升时临时支撑使用。

3.2 搭设施工作业平台

旧桥桥下有陆地和河道两种情况，河道上采用轻型挂篮作为施工平台，陆地上采用门架式脚手架施工。施工平台搭设位置为桥墩（桥台）侧边，平台顶预留施工高度，平台宽度需满足设备、材料及工作人员操作的要求。施工挂篮或脚手架的搭设需满足安全规范要求，应结实稳固，便于施工操作。

3.3 解除梁体约束及设置顶升限位装置

顶升前对桥梁上部结构存在的约束构造进行拆除，解除伸缩缝之间的橡胶条和连接构件，使伸缩缝完全断开，同时对边梁与桥台处防撞护栏进行解固作业，保证梁体能够自由顶升。在盖梁（台帽）左右两侧设置侧向支撑，以防止梁体在顶升过程中产生横向位移。纵向限位可以使用与伸缩缝同等厚度的钢板塞入伸缩缝内，钢板要经过磨光和涂油处理，以减少与梁体间的摩擦力。

3.4 同步顶升系统安装

为达到梁体同步顶升的目的，本项目使用PLC多点同步顶升控制系统进行施工，其由液压系统（主要控制顶升力）、位移检测传感器、计算机控制系统等部分组成。顶升液压系统及传感器传输数据系统均由计算机系统控制，可以全自动完成同步顶升，实现顶升力和位移双重控制。

3.4.1 千斤顶的选择和安装

由于操作空间限制，本项目顶升采用薄片式千斤顶，根据现场施工条件以及原桥梁竣工图计算梁体自重情况，选择符合顶升要求的千斤顶，同时对千斤顶进行精度校核。按照已制定的施工方案，在现场放出千斤顶的摆放位置，用环氧砂浆找平支撑面（牛腿法直接在牛腿平台上安置千斤顶）。为避免千斤顶应力集中顶坏梁板，需在支撑找平面及千斤顶上各放一块不小于千斤顶直径1.5～2倍尺寸的Q235b钢垫板，钢板厚度约2 cm左右。同时将同一联跨的全部千斤顶并联起来，统一由顶升系统进行控制。

3.4.2 监测体系安装

同步顶升监测体系的数据主要通过位移传感器检测终端获取并传导至计算机控制系统，控制系统经过数据分析后统一调节顶升力，最终达到控制顶升位移的目的。位移传感器安装在主控点上，主要安装在每跨梁端底部的两侧边梁及中梁，主控点根据梁板数量而定，一般一侧梁端底部设置3～5处位移传感器。同时，为多点精确监控每片梁板的顶升高度，可根据需要在没有安设位移传感器的板梁下布设百分表，做到全方位监控梁体顶升的高度及位移量。另外，在梁板左右两侧安装一套百分表监测梁体横向位移变化，以确保施工安全。

3.4.3 顶升控制系统调试及试顶升

PLC多点同步顶升控制系统的调试主要包括液压系统、监测系统、控制系统的检查以及顶力的初值设定与读取等。调试完成后，为观察整个顶升系统的工作状态，在正式顶升前进行试顶升，试顶升高度为3 mm左右，通过试顶以消除支撑本身的非弹性变形。试顶升结束后，记录梁体位移情况，为正式顶升提供依据。

3.5 梁体同步顶升

试顶升后，观察若无问题便可进行正式顶升。顶升时应对梁体位移和千斤顶顶力进行双控，并以位移（设计高程）为最终控制。顶升时需分级加载，每到一个阶段暂停稳载一下，检查梁体和顶升设备以及数据无异常后继续顶升。顶升时速度控制在5 mm/min以内，使各千斤顶之间的力均衡增加，达到同步整体顶升。千斤顶顶升高度不宜超过其极限行程的80%，如千斤顶一次极限顶升未能达到设计高程，需将临时支撑设置到适当高度后落梁，控制系统统一使操作千斤顶回油，将千斤顶用钢垫板垫高后再进行下一步顶升操作，以此反复进行直至把梁体顶升至设计高程。顶升到位后应立即设置若干个临时支撑点以提高顶升系统的稳定性，确保更换支座施工安全。

顶升过程中位移传感器可以实时给顶升控制系统传送梁体竖向位移数据，同时顶升过程中安排专人负责记录百分表读数，作为位移传感器传送数据的复核和校验，控制每片梁板顶升最大高差在1 mm以内，若高差超过控制值时，必须进行适时调整后才能进入下一个顶升周期，达到同步顶升的目的。

3.6 更换支座

顶升至设计高程后，稳定1～2 min观察情况，确定梁体稳定后，设置好临时支撑，取出原有支座并清理盖梁（台帽）顶面，在已标识出的支座位置采用环氧砂浆找平，厚度为1～3 mm，并逐一安装支座下已进行防锈涂装处理的钢板，再安装新支座。如果存在横（纵）坡需用钢板楔块调平，根据设计高程控制好梁顶标高，同时确保新支座安放位置与原支座位置一致，确保支座顶面与梁板底面接触良好。如果接触面未能贴合，则需在支座底部钢板下增设一层环氧砂浆后再落梁，直至支座上下面全部密贴，以防桥梁在运营期间造成支座的偏压变形。

3.7 卸荷落梁

各支座逐一更换完成后即可开始卸荷落梁。卸载时与加载的顺序相反，并分级卸载，卸载落梁时需统一操作控制，以2 mm为一级，使梁体均匀缓慢下落，并逐步撤出临时支撑。落梁完毕后检查钢板和支座之间贴合是否紧密，复核各支座的中心安装位置及桥面标高是否满足设计及规范要求，否则需要重新顶升调整支座安装位置。检查合格后拆除千斤顶、临时支撑及其他顶升设备。

4 頂升施工注意事项

（1）为防止旧梁顶升时重载车通过，导致铰缝受力不均而开裂，顶升及更换支座施工作业期间，需采用封闭半幅高速公路，利用另外半幅双向通行的交通管制方案。

（2）由于边梁本身自重及桥面附属设施（如护栏等）的影响，与中梁顶升力存在差异，因此在顶升时需对边梁处进行重点观测，根据边梁的位移情况适时调整顶升力，避免由于顶升过程位移差异而造成桥面的剪切破坏。

（3）顶升施工过程中，需对整垮梁体四周以及梁板间铰缝的裂缝、台帽（盖梁）混凝土应变（如使用牛腿法时螺栓锚固处）进行重点监控，如有开裂等异常情况则必须马上中止顶升，找出原因，解决后方可重新进行顶升。

（4）由于设计要求顶升后梁体标高整体提高约4 cm，因此顶升及支座更换后梁体处桥面会整体抬高，导致与桥台处桥面存在台阶。根据设计要求需要对原桥面沥青混凝土进行约4 cm厚度的铣刨，桥面铣刨完成后与本路段路面统一进行一层4 cmSMA沥青混凝土罩面施工，再更换伸缩缝后方可开放交通。

5 结语

经过实践证明，本项目采用PLC同步顶升施工技术对梁体进行顶升及支座更换施工，该施工技术可运用于单跨、多跨连续桥梁。整体同步顶升能够最大可能地减小对梁体的扰动，梁体内力分配受干扰小，同时提高了桥梁整体顶升位移的精确度，又可通过对每个顶升点的位移和顶升力进行双重监控，使施工质量和安全得到有力保障。其施工时间较短，减少了对高速公路交通管制的影响时间，同时由于同步顶升辅助设备较少、人员投入较少，因此节约了资源，施工作业快捷高效，具有良好的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]泉州至南宁高速公路柳州（鹿寨）至南宁段改扩建工程原有桥涵维修加固两阶段施工图设计[R].中交第二公路勘察设计研究院有限公司，2016.

[2]袁 臻，朱文霞，肖 汉.PLC同步顶升系统在高速公路桥梁改造中的应用[J].中外公路，2013，33（5）：170-173.

[3]甘采博，李 明，郭云峰，等.同步顶升技术在桥梁支座更换施工中的应用[J].南华大学学报（自然科学版），2013，（4）：96-99.

[4]刘家顺.位移同步顶升与顶力同步顶升对桥梁影响的差异分析[J].公路交通技术，2014（5）：86-90.

作者简介：覃 捷（1987—），工程师，主要从事高速公路建设管理与道路桥梁工程技术研究工作。