既有桥梁调坡顶升及改造综合施工技术研究

李洪江

（中铁十四局集团第五工程有限公司 山东济宁 272100）

1 前言

由于国家交通建设及城市市政道路的快速发展，原规划设计并投入运营的桥梁在最新的规划设计中已不能满足现行条件的使用要求，越来越多的桥梁面临改造。由于许多桥梁因投入使用时间还很短，直接拆除重建会造成大量的资源浪费，通过采用顶升改造的方式，既能很好地解决设计规划问题，又能完整保留既有桥梁，节约资源。

王晓峰等［1］提出了适合普通混凝土调平层的3种结构形式，并通过算法进行优化达到减少调平层自重的目的。周华龙等［2］通过对大跨桥上线路调坡以及板式道床铺设方法进行研究，对大跨桥上的施工误差处理以及提高轨道平顺性有一定的指导意义。王海等［3］通过济南段店立交连续梁桥调坡顶升工程，分析了纵、横位移的原因并提出技术措施。万瑞等［4］结合工程中使用的铰式梁底调坡器，针对梁底纵坡施工经验进行总结。王欣等［5］基于桥梁同步顶升理论，提出顶升施工＋监测全过程一体化控制体系，将监测数据与理论分析相佐证。王守强等［6］依托某高架桥改造项目，计算出顶升过程中的水平位移与千斤顶垂直度偏转数值，同时针对顶升施工提出了一系列控制措施。刘国华等［7］对比分析不同顶升技术的优缺点，阐述了整体同步顶升技术具体步骤，为类似工程提供了技术支撑。李清江［8］依托某旧桥改造实例，采用顶升更换支座加高墩台盖梁施工技术，为类似桥梁施工提供经验。高翔［9］依托香港某项目采用场外预制拼装、整体顶升安装的施工方法，确保了工程安全。封明明等［10］针对解决了传统支座带来一系列问题的新型支座系统进行分析，表明合理的调坡范围能从根本上解决支座脱空、偏位等问题。徐家栋［11］及李国峰［12］对调坡顶升改造关键技术进行总结，并对支撑系统的受力特征与稳定性进行了计算分析。

本文针对广中江高速公路项目现浇梁调坡顶升及下部结构综合改造施工要求，结合施工现场条件，借助PLC同步顶升控制系统，提出了超高度大吨位既有桥梁调坡顶升及改造综合施工质量控制措施，确保了现浇梁调坡顶升及下部结构综合改造施工质量满足设计要求。

2 工程概况

广中江高速公路项目某既有桥梁为单箱三室变截面现浇连续箱梁（39＋60＋32）m，施工墩号为DZ42～DZ45。下部边墩为圆柱墩＋盖梁形式，中墩为方墩＋工字型承台形式。现状桥梁纵坡为－0.03%，变更设计后桥梁纵坡调整为1.32%，且桥梁设计标高需进行提升调整，最小顶升高度为147.2 cm，最大顶升高度为323.9 cm。上部现浇梁顶升完成后，对结构设计变更的边墩进行拆除新建，对设计无变更的中墩、边墩进行顶升接高改造。顶升总面积为2 345.5 m2，顶升总重达64 813 kN。

既有桥梁调坡顶升及改造综合施工工序：原承台基础改造（边墩施工钻孔灌注桩新浇承台、中墩原承台进行扩大处理）→在墩柱前后两侧箱梁底部安装分配梁→在各墩柱布置千斤顶与顶升支撑→转移结构受力至临时钢管支撑上→分阶段同步顶升至设计标高→中墩断柱顶升、边墩墩柱及盖梁拆除→中墩及边墩墩柱接高、边墩新建墩柱及盖梁→垫石施工、安装支座→落梁就位→拆除顶升装置与临时支撑→边墩承台拆除。

3 既有桥梁调坡顶升及改造综合施工

3.1 顶升支架基础处理

依据现浇梁、下部结构顶升施工荷载及顶升支架支撑体系设计，对顶升支架基础进行处理。

边墩处实体设计为系梁＋圆柱墩＋盖梁结构，且桥梁顶升完成后需对原结构拆除重建或顶升结构，无法利用原结构作为支架基础。综合各项因素对比分析，采用钻孔灌注桩进行软基处理，上部施工现浇钢筋混凝土承台结构的形式作为支架基础。

中墩处实体设计为工字型承台＋方墩结构，变更设计仅对墩柱进行顶升接高改造，顶升支架基础可通过对实体承台结构进行改造后加以利用。

3.2 顶升支架设计安装

支撑体系由钢支撑、临时垫块、联系杆件、分配梁、千斤顶等组成。

顶升支架体系主体采用无缝钢管作为支撑，钢管支撑采用法兰形式进行连接，支撑底部采用地脚螺栓与基础进行连接固定；钢支撑间通过型钢加固成整体，在水平方向均匀间隔布置支撑且高度方向不超过2.5 m，上下水平支撑之间设剪刀撑。

考虑到实际工程中施工荷载以及工程要求的各墩顶升高度等因素，选取可转动带球头的主动千斤顶，其中一台液压千斤顶吨位为200 t，高度为472 mm，行程为140 mm；另一台液压千斤顶吨位为300 t，高度为572 mm，行程为240 mm。由于顶部球头转角最大可达5°，因此可以解决在顶升过程中由于接触面坡度不断变化，底部的千斤顶与所顶升的上部结构不在同一垂直线所造成的局部偏压问题。

为避免施工过程中因液压顶升系统失压造成施工安全隐患，在顶升过程中采用同步跟随的外部辅助系统，该辅助系统主要利用外部机械支撑无间隙地跟随顶升过程，作为安全隐患发生时的保障系统。随动千斤顶的选型与主动千斤顶一致。

DZ42、DZ45边墩处共有12根顶升支撑和6根稳定支撑，通过型钢将各支撑连接成一个整体。为保证有足够的预留空间来进行盖梁、墩柱的拆除及新建，在支撑和墩柱盖梁之间预留不小于50 cm的空隙，见图1。

图1 边墩处顶升支架支撑体系

DZ43／DZ44墩处共布置32／40根顶升支撑和12根稳定支撑，通过型钢将各支撑连接成一个整体。为保证墩柱顶升改造有足够的施工空间，支撑和墩柱盖梁之间的预留空隙不小于40 cm，每排支撑两相邻墩柱之间的预留空隙为80 cm左右，见图2、图3。

图2 DZ43中墩处顶升支架支撑体系

图3 DZ44中墩处顶升支架支撑体系

3.3 试顶升

试顶升在正式顶升之前进行，用于确定顶升系统的工作状态是否正常以及校准称重结果。根据试顶升情况确定顶升支撑体系、顶升及同步跟随系统的工作状态和梁体结构的反应。为了在正式顶升监测过程中有对比参照的基准，试顶升前须全面准确地测量原有桥梁主体结构线形分布。

试顶升时，首先将千斤顶加载至理论顶升力的80%，根据传感器确定各点已经分离后再顶升达到10 mm垂直位移，停止加载。10 min后检查加载点是否存在局部受压破坏情况以及桥梁各支顶部位和顶升支架是否变形。在试顶升工作确定正常后进行正式顶升。

3.4 正式顶升

试顶升后，通过结构监测没有发现异常后，进行正式顶升。

采用PLC同步顶升系统，在施工过程中，由计算机控制液压系统，可以实现全自动同步位移，精确控制顶升力和位移、位移误差、行程等；同时具备错误操作自动保护机制、顶升过程同步显示等辅助功能；系统中所采用的油缸液控单向阀可以防止系统紊乱及管路失压等情况的发生，从而在顶升负载状态下保证有效支撑以及施工安全。

桥梁顶升施工过程分解流程：

第一步，千斤顶、跟随千斤顶安装到位；

第二步，千斤顶、跟随千斤顶共同顶升200 mm；

第三步，跟随顶受力，顶升千斤顶收缸；

第四步，跟随顶受力，顶升千斤顶油缸下加垫块；

第五步，顶升千斤顶受力，跟随顶收缸；

第六步，顶升千斤顶受力，跟随顶油缸下加入垫块；

第七步，循环第二步至第六步，直至顶升到位。

3.5 下部结构改造

上部结构顶升到位，支架支撑体系固定后，对结构形式发生变化的DZ42墩进行拆除新建，对结构形式无变化的DZ43、DZ44、DZ45墩进行顶升接高。

DZ42墩盖梁、墩柱拆除采用静力切割方式，根据选用吊装机械起重量对盖梁结构按照荷载进行分块，打设吊装孔，根据分块逐块进行切割吊除。

因新建盖梁结构与顶升支架支撑体系间施工空间较小，无法采用传统抱箍法施工盖梁，为保证盖梁施工过程中顶升支架安全，采取搭设盘扣支架的方式进行盖梁施工。

需接高中墩及边墩处，首先进行墩顶垫石砼凿除施工，保留垫石预埋钢筋，在墩间系梁、盖梁下安装顶升设备及钢支撑用于墩柱切割后的顶升施工，利用顶升设备将桥梁主体顶升至设计标高后复核墩柱、盖梁顶面与现浇梁底的空间能否满足新垫石和支座施工要求，最后进行墩柱连接施工，见图4～图6。

图4 DZ43中墩顶升处顶升支架

图5 DZ44中墩顶升处顶升支架

图6 DZ45边墩墩顶升处顶升支架

3.6 支座安装

因上部现浇梁整体顶升调整标高，原梁底调平楔形块角度随顶升发生较大变化，造成楔形块与支座上钢板接触面间存在缝隙，为了避免改造梁底楔形块对梁体产生破坏，采用设计加工定型楔形块对接触面缝隙进行补充。楔形钢板根据桥梁标高调整后梁底楔形块与球形支座上钢板接触面四角高差，采用工厂模块化定型铣刨制作，定制上部支座加长连接螺栓进行固定。

3.7 落梁

落梁过程应缓慢进行，逐级卸载。由于本工程支座安装完毕后与箱梁之间没有预留空隙，因此落梁高度有限，一般不超过3 mm。

4 总结

经借鉴类似工程的成功经验以及施工前的精确计算与合理设计，广中江高速公路项目既有桥梁顶升及改造综合施工项目采用PLC同步顶升控制系统，并邀请专家组对施工现场进行实地考察，结合实际工程状况对施工技术进行探讨及改进，最终实现了既有桥梁顶升及改造施工安全、进度及成本等各方面的有效把控，可为类似工程施工改造提供经验。