同步顶升技术在桥梁工程中的研究与应用

聂金龙，李 广，刘兴峰

（中国电建市政建设集团有限公司，天津 300100）

随着我国交通建设工程迅速发展，每年都有部分道路进入大、中修期，桥梁支座老化损坏或桥梁净空不满足通行需求，需要更换或加高。对此，同步顶升技术可以起到较好的应用效果。潜江路长枫港桥在不破坏和不改变桥梁结构的情况条件下，通过PLC控制系统结合千斤顶和同步顶升设备对桥梁结构进行抬高或降低移位操作，顺利完成支座的更换，进一步证实该工艺既经济又快捷，且具有施工工期短、交通影响小、节约资源、保护环境等特点，在桥梁加高及支座更换等工程中有广泛的应用前景。

1 同步顶升的工艺原理

顶升的工艺原理即采用适当的临时结构支撑在原支座附近，临时改变桥梁结构体系，在不破坏桥梁结构的情况下，通过PLC控制系统结合千斤顶和同步顶升设备对桥梁结构采取抬高或降低移位操作，将桥跨结构支撑达到一定高度，以达到桥梁升高的目的，解决桥梁加高、橡胶支座更换及桥梁的调坡等问题。

PLC液压同步控制系统主要由液压系统（含检测传感器）、计算机自动控制系统两部分组成。通过计算机控制系统控制液压系统，可自动完成同步位移，实现位移的监控、位移误差的监控、顶升速度的监控、负载压力的监控、故障报警和紧急停止功能。同时，检测传感器监测整个顶升过程，将数据传输至计算机控制系统，计算机控制系统对数据进行进一步分析，并把分析处理后的数据传输给液压系统，由液压系统调节控制各千斤顶油压，从而保证整个顶升系统同步性。

2 施工工艺方法

为了保障现场施工的顺利进行，项目技术人员需事先编制相应的技术方案，确保实施过程中按照流程进行同步作业（见图1）。

图1 施工工艺流程

2.1 顶升前准备工作

（1）桥墩处支架搭设。在每个桥墩处分别搭设双排脚手架，并在盖梁下方采用钢管脚手架搭设施工平台，上面布置厚4cm脚手板作为施工平台或通道，同时捆绑固定。临边部位要挂设安全网，操作平台栏步距及层高应符合规范设计要求。

（2）支座更换顶升高度确定。根据施工经验，一般支点位置顶升8mm可满足支座更换的空间要求。考虑主梁结构受力要求，避免损坏桥面铺装或伸缩缝，顶升过程中应对相邻桥墩之间顶升高度进行监控，高差不大于2mm。

（3）千斤顶的选择。梁底与盖梁间的高度较小，选用100t超薄顶，Ф180mm×96mm规格，行程15mm，单个千斤顶最大顶升力100t，根据每座桥梁的情况选择。

2.2 顶升准备

（1）现场调查。对需要更换的支座位置及现场实际情况进行详细调查，将支座现状与检测报告中的描述进行对比，提出合理的处理建议。调查过程中应详细记录需更换支座的型号及其他数据作为编制施工方案的依据；施工前对设计施工图纸进行受力分析，确定荷载的大致分布，并复核验算，验算内容包括桥梁顶升过程主梁安全度计算、中下部结构受力验算、同一墩台临时支点高差影响等，以保证顶升实施过程的桥梁结构安全。

（2）临时支撑设施准备。顶升施工前，配备各种厚度钢垫板，截面尺寸为30cm×30cm，厚度分别为1mm、2mm、6mm、8mm、12mm、16mm、20mm，配备足量的钢垫盒作为临时支撑。

（3）楔形钢板、调平钢板的加工。根据现场支座缺陷复查结果，选择厂家根据测量尺寸精加工倾斜支座楔形钢板及脱空调平钢板。

（4）制作监测刻度标线。在桥台、盖梁上横向画一条通长刻度线，量测刻度线距梁板底高度作为顶升初始高度，每个盖梁取5个点，顶升过程中与量测对比初始高度，控制顶升高差。

（5）顶升位置处理。在进行支座更换前要对支座及盖梁顶进行实地考察，梁体顶升时需要在墩台上布置千斤顶，在布置位置凿除表面浮浆层并对表面进行打磨，保证其平整。在顶升前要对支座位置出现的病害进行修复，主要包括两个方面的内容：①对支座上方的预埋钢板进行除锈防腐处理，如果预埋不水平，需楔形钢板找平，更换新支座时使用。②对支座垫石混凝土缺陷（蜂窝、空洞等）主要采用环氧砂浆混凝土进行表面修复。

（6）控制系统调试。在顶升控制中主要通过位移及顶升作为主控，外部通过电子传感器传递位移数据，压力传感器传递压力数据；顶升之前要做好统筹安排调试控制系统工作，并确保在顶升过程中正常顶升。

（7）其他。安装千斤顶之前，相邻两箱梁间的高差使用环氧砂浆调平；若高差较大，则采用环氧砂浆结合楔入薄钢板垫平，确保顶升处相邻两片空心板梁在同一水平面上，保证铰缝两侧梁体同步受力。安装薄千斤顶，千斤顶上下面均垫10mm钢板，增大受力面积，保护桥台盖梁顶局部混凝土承压安全。

2.3 试顶升

千斤顶安装完毕后，即可开始试顶升。试顶升主要是为了检测同步顶升系统的运行情况及千斤顶可否同步，在主梁还没有正式顶起时即可停止，在一定时间内观察其无任何变化后方可开始整体顶升。

2.4 主梁同步正式顶升

（1）顶升方法。在确认试顶无问题后，正式顶升。千斤顶最大顶升速度为16mm/min，每次标准顶升速度为2mm/min，限制最大顶升速度不超过3mm/min。①在顶升实施过程中按照方案流程进行，并完善资料存档。进行预荷载加载及同步顶升操作；及时观察反馈各个观察点情况；做好在顶升过程中的各测点测量收集整理；将顶升数据及时反馈技术部校核，进行理论值与实际值差异的比较；通过实际值与理论值的分析比较，若是数据存在偏差，则由各方分析并及时进行调整；在确定并认可当前工作状态后，方可决策进行下一步操作。②顶升过程控制。在整个顶升实施过程同步误差应小于2mm，若超出规定值，立即关闭控制系统液控单向阀。每轮顶升完成后，应随时将数据整理，发现异常情况，应立即对此做出处理。在主梁顶升一个行程结束后，要及时测量各观测点的标高值，计算出观测点的顶升值，得出同步误差。③顶升注意事项。第一，同步顶升布置同一号梁墩横断面上（见图2），在顶升前将每个千斤顶置零，以千斤顶活塞伸出2mm为控制步长，停留2min/步，并密切观察顶升过程中每个千斤顶受力状况及活塞伸出情况，做好记录。如两者不同（千斤顶油压相同，活塞伸出量不同），必须查明原因，立即调整，直到可以同步顶升后方可下一步的顶升工作。第二，同步顶升的高度控制在8mm左右，能够满足垫块安装及支座更换的要求，不宜超出垫块厚度较多。第三，在结构顶升范围内不得有任何障碍物。

图2 PLC系统布置示意图

（2）同步顶升监控技术。①各千斤顶开始以力为主分级，顶升脱离支座后，以位移分级，控制各顶进油量，确保同步顶升。②同步精度，通过百分表、千分表，控制到±0.5mm或更高。③由于单顶受力不超过500kN，油压较小，需降低送油速度，提高精度。④预设液压油缸顶升位置控制精度，并可随时调整。

2.5 支座更换

（1）临时支撑、取出旧支座。梁体顶升到位后，将旧支座取出，对于梁底面不平及支座垫石缺陷部位采用环氧砂浆找平处理。

（2）调平钢板调整。主要是避免在更换支座后下部出现脱空现象，在将原支座取出后先对梁底进行调平处理，具体措施如下：①在梁底水平布设不锈钢钢板，钢板面与支座面密贴，不得出现缝隙及局部承压现象；②不锈钢板与梁底面间用结构胶填充密实不得有任何空隙，确保支座水平，避免局部承压；③在更换支座之前要提前测得各片主梁支座所在支座处梁底标高，支座更换并完成落梁工作后，测得支座梁底现标高与原标高误差控制在±1mm；④当支座更换施工完成后，经复核梁体中轴线与原设计中轴线一致后，即可进行落梁，支承在更换后的支座上。

（3）主梁落梁复位。调平钢板和支座完成后，开始落梁复位，各个千斤顶同步回油、落梁。保持梁体整体平衡，同步进行，直到梁体落实为止。落梁后，检查不锈钢板是否水平、钢板与支座是否密贴、支座四周是否有空隙，如果出现异常问题，重新调整，直至合格。

3 结束语

桥梁整体顶升技术在不破坏和不改变桥梁结构的条件下，将桥跨结构支撑起来并达到一定高度，临时性改变了桥梁的结构体系，抬高原有支座的竖向位移，达到桥梁升高的目的，成功解决了桥梁净高不足、橡胶支座更换及桥梁的顶升调坡等问题，质量更具可靠性。该技术在桥梁实际处理不仅缩短了工期，保证了质量，而且节省了成本，总体上达到了项目预期的成本和效益要求。