桥梁同步顶升技术要点分析

林细花

(福建省万兴达工程检测有限公司，莆田 351100)

1 工程概况

根据道路提升改造需要， 某中桥需要在原有基础上进行1.75 m 抬高。 改造前，该桥上部结构为预应力混凝土空心板梁，全长53 m，全宽60 m，质量约7700 t。 桥梁共计3 跨，单跨长度16 m，按长度划分，该桥梁类型为中桥。桥梁横断面上，左右辅道各1 幅，中间主车道2 幅，共计4 幅车道。单幅辅道宽度为12.5 m，单幅主车道宽度为16.5 m。 其中主车道分两期建设， 前期建设宽度为12.5 m，而后经拓宽增加4 m[1-2]。 桥梁各部分体积和质量如表1 所示。

表1 桥梁构件体积和质量

2 桥梁顶升方式的比选

以往的桥梁顶升施工普遍采用托换式顶升工艺。 在该方法中顶升的托架体系、支撑体系、箱梁底分配梁承重通过原有的灌注桩搭建组成。 为了实现梁体与支座或墩柱脱离，达到维修支座、置换支座和墩柱的目的，梁体部分采用液压同步控制系统装置(PLC)整体微顶升。 梁体在顶升过程中是往往处于被动受力状态， 对于整体性差的桥梁不适应[3]。

该桥为空心板梁结构，整体性不强。考虑顶升过程中结构的安全性，本工程采用交替式顶升。 顶升过程中，应确保梁体各处位移不能超过容许值， 同时确保桥梁支撑体系的压缩量、梁体内力变化不明显[1]。 顶升过程中适时监控每个千斤顶所受压力， 从而保证整个桥梁顶升系统处于安全可控状态中。

交替式顶升中， 可采用单幅单跨顶升或者单幅整体同步顶升。 其中单幅桥梁整体顶升技术对应的施工工期短，顶升过程中梁体结构整体应力分布保持不变，可以防止墩柱中出现偏心荷载，从而保证桥梁整体性与安全性。该方法的缺点在于设备投入较多， 施工管理存在较大难度。 单跨顶升技术施工相对简单，投入的设备少，但是施工工期长，交界墩处易出现偏心受压，从而对墩柱质量安全造成一定影响。

结合该桥整体技术状况及工期要求， 同时为了方便控制顶升过程中桥梁整体姿态，经综合分析，本项目采用单幅整体交替式顶升施工方法。

3 桥梁单幅整体顶升施工要点分析

3.1 千斤顶的设置

施工中采用断柱顶升，千斤顶的布置如图1 所示。分别将4 台千斤顶布置在各墩柱两侧盖梁底部位置。 计算得到中间墩桩柱最大荷载为2660 kN。 为确保施工安全，安全系数(最不利情况)取1.5，单墩中放置的千斤顶能产生的最大顶升力为2000 kN。为实现整体顶升1.75 m 高，各墩主车道和辅道顶升参数详见表2。

图1 千斤顶布置方式

表2 顶升参数设置

3.2 反力牛腿的设置

顶升完成后，需进行墩柱连接。为确保有足够的空间开展连接，千斤顶与墩柱之间必须有足够的间距。对于放置在盖梁斜面的支撑装置， 需找平斜面从而确保千斤顶能平稳放置[2]。

抱柱牛腿位于盖梁下方，二者高度差为1.5 m。 为确保抱柱牛腿和桩柱形成一个受力整体， 需对桩柱进行钻孔植筋。植筋前先对桩柱进行凿毛，凿毛主要针对抱柱位置进行。植筋采用φ25 钢筋，桩柱植筋立面布置和平面布置如图2 所示。立面中新植入5 层钢筋；平面中新植入钢筋为8 根，采用均匀布置方式。 在钢筋长度方面，桥墩位置植入钢筋深度和外露钢筋长度均为350 mm，而桥台位置均为300 mm。

图2 植筋布置图

3.3 支撑体系的设置

支撑体系采用钢支撑形式， 安装过程中先将钢支撑垂直度调整至符合设计要求， 支撑与抱柱牛腿通过预埋螺栓连接。 钢支撑与抱柱牛腿之间剩余的空隙须填充密实[4]。 填充材料采用高强砂浆，通过干拌法施工。

钢支撑采用Φ500×1000 mm 和Φ500×500 mm 组成。支撑高度每达到1 m，相邻支撑间加入法兰钢板。 采用长100 mm、 宽6 mm 方钢将同一抱柱牛腿的钢支撑焊接到同一层的法兰钢板上，使各道钢支撑得到横向加固。此外采用L75×8 mm 角钢作为相邻两层的方钢之间的斜撑，进而增强系统的整体稳定性，提高系统抗剪能力。中间墩抱柱基础支撑正立面图如图3 所示。

图3 中间墩抱柱基础支撑正立面图

3.4 限位系统选择

热胀冷缩等外界因素可造成梁体产生不均匀变形，并可能导致附加应力的产生， 从而造成梁板与顶升系统出现相对滑动。为避免上述情况的出现，需设立可以限制纵横向位移的限位系统[5]。

限位系统采用Q235 钢材， 限位支架高度按照4 m考虑(图4)，横向竖杆间距按2.35×2.7 m 设计，限位装置总高4 m。 钢支撑竖杆构件采用150×8 方钢、其余所有构件均采用L75×8 角钢。 利用MIDAS 建模得出：

图4 限位系统

根据顶升设计， 中间墩对应单墩荷载最大，为5320 kN。中间墩单墩安装2 个限位，按1%考虑横向作用力，即为26.6 kN。 为简便计算，按30 kN 进行受力分析。计算得出系统中对应的最大拉应力为9.1 MPa，最大压应力为25.6 MPa。在最不利的情况下，限位钢结构最大形变量仅为1.17 mm，各构件压应力均小于188.5 MPa。

4 支撑体系受力分析

在顶升过程中，支撑体系逐渐加高。 支撑体系越高，对稳定性要求越高。 因此计算中按最不利工况下支撑系统的稳定性能否达到要求展开计算。 考虑初始钢支撑与顶升高度，计算时支撑高度取4000 mm。

根据钢结构设计规范，按照φ500 钢支撑进行计算，钢支撑承载力为3855 kN，设计支撑最大承载力1325 kN，安全系数2.91，满足设计施工要求。

单根钢支撑最大荷载按1350 kN 计算， 根据施工要求及以往施工经验， 取水平力为最大荷载的1%计算，则最大水平力为13.5 kN。 设计施工采用钢管φ500 mm，φ500 钢支撑，法兰φ600 mm，固定螺栓位置φ550 mm。

支撑高度取3.5 m，则单根支撑螺栓最大弯矩为最大拉力41.2 kN 与支撑高度的乘积。

支撑预埋螺栓规格为8.8 级φ18 mm， 抗拉强度400 MPa。 螺栓拉力101.7 kN，大于设计值41.2 kN，满足设计施工要求。

5 施工实时监控

施工过程中采用PLC 顶升控制系统进行实时监控，监测系统需配备位移传感器、压力传感器。监测内容包括承台相对标高变化、桥面标高变化、桥梁中线偏离情况、梁体端头纵向位移、支撑体系压力等。各监测内容对应的测点布设位置如图5 所示，测点数量及警戒值见表3。 施工过程中一旦监测内容超过警戒值，需及时中止施工，查找原因，并采取合理的补救措施。 监测结果表明，施工过程中各监测点对应的最大值均未超过警戒值， 桥梁顺利实现整体顶升1.75 m 高，效果良好。

表3 施工监测布设及监测结果

图5 监控点布置图

6 结语

由于受现场条件限制，经综合分析，桥梁采用整体同步顶升技术，顺利实现整体顶升1.75 m 高。 顶升过程中邀请第三方公司对钢支撑应力、 梁体位移和应力等参数进行实时监测， 结果表明顶升过程中梁体的应变值均小于设计预警值。项目通过相关部门验收、通车运营后继续监控观测，未发现其他质量问题。 结论表明，本项目所采用的施工技术方案是可行的。