浅谈高速铁路现浇梁整体顶升施工技术

龚素娟

（中铁二十一局集团第五工程有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

新增天水南动车组存车线工程三十甸子大桥全长268m，孔跨布置为8×32m，全桥位于直线上。梁部采用双线现浇箱梁，箱梁采用螺线管立柱贝雷梁支架现浇法施工。梁体采用等高的双斜腹层单箱单室盒形断面结构，柱中线处墩高为2.7m，箱柱顶宽为10.58m，箱柱底板宽度为6.0m.箱柱中线处顶板厚度为45cm，底层厚度为30cm，腹层厚度为45cm，支坐处分别增加至65cm，60cm，100cm。箱梁腹层设有孔径10cm的泄水孔，底层设有孔径10cm的泄水孔，桥面顶部设有孔径为12.5cm的泄水孔。整孔梁体重量870t，采用C50高性能混凝土浇筑。梁体支座型号为TQGZ-JX-GD/DX/ZX/HX-5500-0.3g。受甲供料桥梁支座进场时间节点限制，无法保证现场正常施工进度要求，经研究采用先浇筑梁体混凝土后安装支座方式进行施工，提出了采用PLC控制系统，实现梁体同步顶升60cm，以期为相关工程施工提供参考[1]。

1 整体施工方案

本次顶升主要通过利用既有桥墩及桥梁螺旋管支架作为顶升的反力基础，使现浇梁整体抬高250+350=600mm。

1.1 反力基础

结合现浇梁支架施工方案以及桥墩、现浇梁设计情况，本次顶升施工利用既有桥墩及桥墩两侧螺旋管支架作为顶升反力基础。将原有的螺旋管支柱进行接长至桥墩顶帽位置，距梁底面1m，螺旋管顶部加设砂箱作为支撑垫块，为确保在顶升过程中对梁体混凝土质量造成影响，油顶顶升位置布置于现浇梁腹板中心，且在梁底加设2cm钢板进行防护。将桥墩垫石靠墩中心处两侧防震落梁挡块拆除，利用挡块预埋板并加设2cm钢板作为梁底面顶升垫板，桥墩顶面铺设厚度为2cm钢板作为墩顶顶升垫板，顶升过程中随顶升高度增加垫板，如图1所示。

图1 梁体结构

1.2 顶升千斤顶的选用

三十甸子大桥现浇梁重量870t，按照顶升重量的2倍考虑，选用8台500t千斤顶进行顶升施工。

1.3 千斤顶布置及分组

每孔梁共布置千斤顶8台，分别布置于桥墩两侧及螺旋管支柱位置，统一采用一套控制系统，集中控制千斤顶顶升油程，从而使梁体同步提升。

1.4 支撑体系

选用I22工字钢加工而成的井形支架，作为本次顶升施工的主支柱承力系统，并选用50cm×50cm×2cm钢管作为整个顶升系统过程的临时支承，根据顶升高度，分4次进行顶升施工，共需加设钢垫块40cm。

2 施工工艺流程

2.1 顶升基础设置

顶升基础设置在梁两端墩帽顶处，顶升位置布置在梁底对应防震落梁处，将防震落梁钢支座拆除，下设钢板作为垫板，以防护墩身和梁体混凝土质量[5]，如图2所示。

图2 梁体顶升装置位置

柱体的辅助支撑系统现浇梁支架均采用螺旋管柱支撑。混凝土条形基础上并预埋工作钢管与螺旋管柱连接，再用模板支立φ630螺旋管柱，在螺旋管柱支撑墩上捆扎双拼I56工字钢梁做分配柱。支承纵梁用贝雷片，根据柱宽相应调节数量，与腹板位置间隔40cm以加强空间布置。支承梁水平用I25工字钢，间隔75cm，纵向用I 10工字钢，间隔50cm，横向用10cm×10cm方木间隔布置，间距30cm，连续梁底模用竹胶板。

2.2 限位施工

因为螺旋千斤顶装置的垂直误差和在顶升系统过程中其他不良原因的直接影响，在顶升系统过程中或许会产生轻微的水平位移，为了防止此类情况，就需要在该桥上设有平面限位装置，以控制纵横方向可能会产生的水准移动。

限位支架应该有适当的刚性，且应与限位方向有适当的刚性。

2.3 控制系统

当应用于传统的顶升工艺时，常常因为负载的不同以及机械装置的限制，而无法完全抵消油缸不同期对顶升工程结构所产生的增加内部应力作用而导致工程结构损坏，从而产生了巨大的安全隐患问题。本工程项目中所应用的PLC液压驱动控制共同顶升工艺技术，从根本上克服了这一长期以来困惑着移位工程技术领域的科技困境，弥补了中国在该项领域上的空白，并已达到了国外领先技术水平。而PLC控制液压驱动共同顶升工程技术，是一种力和移动整体综合管理的顶升方式，而这个力和移动的整体综合管理方式，建立在压力和高度双向封闭运行的整体综合管理基础之上。由液压千斤顶，准确地根据桥的实际荷重，稳定地顶举桥面，从而将整个顶升系统过程中桥承受的附加内部应力降至最低点，并且将液压千斤顶按照分布情况分组，与相对的定位传感器形成定位闭环，从而调节桥顶升工程的移动速度与姿态，同步精确度约为±2.0mm，这就能够很好的保证整个顶升施工系统过程的协调一致，从而保证了顶升工程施工时桥墩、支梁结构安全[3]。

2.4 液压系统

本桥的顶升装置，使用了一套PLC操控室、2台液压泵站、8台250kg重液压的螺旋千斤顶；PLC控制室安装在大桥上，另外2台泵站建筑物则分别安装在大桥两头上。安装完毕后，将进行顶升控制系统的空载调试。

在两个桥墩处按照需要各布设了2台螺旋千斤顶，在各个高架桥墩柱的螺旋管支架上布设了2台螺旋千斤顶，这样该桥可以提供1000t的顶升施工能力，而每个该桥也可提供1000t级的顶升施工能力，以充分满足顶升需要。再加上备用螺旋千斤顶4台，全桥总共需要螺旋千斤顶12台。

基于液压系统的特性，为了方便对顶升系统精度的监控，在混凝土现浇桥两端分别布设了2个位移传感器，并且每个在该桥中间位置布设了1个位移传感器，从而最好的检测顶升系统姿态。通过压力和位置信息，由主控室的PLC监控着整体顶升流程。

顶升液压缸由排水泵站操作，利用放置于梁顶东西两端的位置感应器检测顶升工程姿态。通过压力和位置信息，由主控室的PLC监控着整体顶升流程。

2.5 专用垫块

采用500mm×500mm×20mm方形钢板垫片。

2.6 顶升准备

顶升前应做好了以下准备工作：①顶升系统可靠性检验。②成立顶升指挥系统。③顶升液压系统布置。④顶升系统测试。⑤确定观测点。⑥检查桥梁是否存在连接现象[2]。

（1）顶升设备使用计划。

本项工程工期较紧，因为合理使用了顶升装置，以提升施工效益；需要对设备的运用与周转进行严密的规划。

本项目拟投资顶升液压千斤顶8台，PLC控制器1套，液压泵站2台。

（2）顶升系统可靠性检验。

元器件的可靠性检测。元器件的质量是控制系统产品质量的重要基石，为了保证元器件可靠性，本项目使用的所有元器件均是美国Enerpac的优良生产以及国际品牌生产。在真正进行顶升之前，将以70%～90%的顶升工程力在现场保持5h，以再次证明密封的安全性。

液压油的清洁程度。液压油的清洁程度是系统可靠性的重要保障，因此本系统的工程设计与装配工序中，除严密地根据环境污染控制系统的设计规定与工艺条件实施以外，通过联接软管在车间实行严密清洗，并密封后移至现场上，在现场设备装配完成后实行10次空载操作，以便清除在现场设备装配过程中，不慎混入的污染物。

力闭环的稳定性。力闭环是在控制系统选择好相应的压力区域后，控制力的最大偏差在5%以内，当压力达到此区域后，控制系统自动调节至设计值的区域；压力闭环是本体系的基石，压力闭环的调试工作使用死点加压，在车间内逐台完成。

位置闭环的稳定性：所谓位置闭环，是在控制系统中给位移传感器设置好顶升系统高度之后，当顶升系统高度大于此高度时系统自动下降至此高度，当顶升系统高度小于此高度系统则自动升至此高度，以保证整个系统在顶升的稳定性和同步性。

（3）成立顶升工程现场领导组。

现场施工组设队长一名，全部从事现场施工指导作业，施工组内设4个工作职能组：依次为质量检测组、监控组、液压组和高空作业队，共同承担相应的技术管理工作，各工作职能组下设副班级组长一个人，和组长一起组成了现场施工指挥组。

（4）人员培训。

每个参加顶升的工地的技术人员都做好工作的严格分工，在进入现场之前做好全面的训练。

（5）顶升系统结构部分检查。

①千斤顶安装是否垂直牢固。②顶升支架安装是否牢固。③限位结构装配时有无紧固，以及限位值的设数值尺寸能否符合规定。④影响顶升的设备是否已全部拆卸。⑤在主体构造上，确已消除了与顶升无关的任何荷载。⑥建筑主体构件和其他结构之间的相互联系，是否已经全部消除。

（6）顶升系统调试。

调试的主要内容包括：①液压系统检查。油缸安装牢固正确；泵站和油缸之间的油管接头应当准确且安全；油箱液面，应达到规定高度；使用二桶液压油时，在加油前需要首先经过滤油机；液压控制系统工作状态是否正常，油路是否存在无堵塞或漏气的情况；液压油是否必须经过空载的运行时过滤清洗。②控制系统检查。系统安装就位并已调试完毕；各路供电，其接线数量和容量，及其可靠性均应符合规范要求；控制设备接线、设置应确保准确无误；应保证数据通信线路正确无误；PLC控制器工作状态是否正常，液压系统控制命令反映是否灵敏[4]；各传感器系统，是否保持信息能够准确传递；系统能否升降自如；位移传感器的工作情况；各种阀的工作状态是否正常，是否有必要转换。

（7）交验点的确定。

在所有该桥处的桥面上取了3个监视点，两点在桥面两侧，一个在中点上，分别用来监视顶升系统过程中桥面的高度变化和中点位置变动情况，并用作顶升工程结束后的交验点。顶升在施工前应测得高度点的初始值，便于在顶升施工完毕后予以检验。

（8）检查桥梁是否存在连接现象。

（9）保压试验及称重。

①保压试验：a.油缸、泵站建筑物作业台、燃料管、检测仪等配置齐全、检测无误。b.按计算负荷的70%～90%加压，并进行油缸的保压测试约5h。c.检查整个系统的工作情况和油路情况是否正常。②称重：a.为确保整个顶升过程能够同步进行，在顶升施工前应测量每顶升施工点处的实际负荷。b.为观测顶升处有无偏离，需用百分表测量其行程。c.将各点的实际数值和理论估算数值对比后，估计其存在的差异量，由液压工程师和结构工程师一起剖析具体原因，最后再由领导组判断各点实际数值，是否为顶升时的评标基准价。如差别很大，将作适当调节。

2.7 试顶升

为观测和考察对整体顶升建筑体系的工作状况和对称重结果的校核，在开始顶升以前，将进行测试整体顶升体系，试顶升建筑高度为20mm。

试顶升在施工完成后，提出了总体姿态、结构位移等具体状况，从而为后续正常顶升工作奠定了基础。

2.8 正式顶升

试顶升工程后，经考察如无明显问题，便完成了成功顶升，千斤顶的最高有效行程为200mm，而每一顶升最高标准有效行程则为100mm。

（1）正式顶升过程中，须按下列程序进行，在此过程中作好记录。①操作方式：按预先设定的荷载进行加载和顶升。②观察：各个观察点应及时反映实际测量情况。③计量：各个测量点须认真进行计量工作，准确反映计量数值。④校核：将数据分析汇交现场领导组，以对比实际数据分析和理论研究数据分析之间的区别。⑤分析：如有数据误差，相关当事人应予以仔细分析并适时做出调整。⑥决策：认识当前工作状况，从而决定下一个步骤[2]。

（2）顶升注意事项。①每次顶升工程的宽度宜略高于垫片厚度，能达到垫块安装的要求为止，不能超过垫片厚度较多，以减少负荷跌落的危险性。②顶升工程关系到梁体结构的安全，各方都要密切配合。③在整个顶升流程中，需仔细进行了记载工作。④在顶升过程中，应做好监视工作，并指派专员监视整体个系的工作状况。如有异常，直接告诉指挥中心。⑤在浇筑过程中，要严密观测构件的变化状况。⑥在顶升工作过程中，未获批准不能私自驶入工地。⑦顶升过程控制。

每一次顶升工作结束后，对电脑屏幕上显示的各油缸的位置以及千斤顶的压力状况，做到汇总数据分析，若有反常，及早解决。顶升并稳定高度完毕后，将测定各标准观察点的高度值，估算各观察点的抬升高程，以作为建筑竣工合格资料。

2.9 安装支座

在顶升到设计标高之后，就可采用钢支坐装配。支座在到场前要检测其尺寸特性。按照图样规定，选择好支座型式和尺寸。在安装前要对支座中心位置通过放线以确认支座的中央定位，检测高度、垫石水平度满足设计规范条件，从而确认好支座安装的中央水平度。在支座安装时，要考虑支座的形状尺寸和活动位置方向。

2.10 支撑体系和液压系统拆除

在支座安装完成，且满足设计强度后，便可以完成对液压系统与支撑体系统的拆除。

3 顶升检测方案

桥梁顶升流程是一种动态流程，由于盖梁的高度增加，盖梁的纵向偏移、立柱偏斜度、沉降裂缝处的板梁间隙等会变化，因此需要设置一个检测体系。

反力基础沉降监测：通过设置该反力基础沉降监测系统来反应承台实际的下沉情况，从而可以及时采取适当的保护措施。

桥面标高观测：桥面标高观察点用于计算各个桥墩的现实顶升施工高程精度。通过设有桥面标高观察点，使对各个桥墩的现实顶升施工高程精度判断更有根据，并使顶升施工到位后的路面标高得以合理调节。

桥底面高度的测定：它是对路面高度控制与测定的重要补充，为辅助的顶升提供了作业依据。

桥面纵贯水平移动的观察：用于对顶升工作流程中桥面纵贯水平移动与立柱下垂程度的观察，在柱子侧面用墨绳弹出垂直于投影线，墨绳须弹过剪断面下方，在垂直于墨绳的顶部挂上一铅球。利用垂球线和墨线的对比，来确定盖梁的纵向移动方向和盖梁是否偏斜等。

支承构件的观测：经过监测，可以准确了解支承结构的承载力与变形状况，及时采取措施限制支承结构的变形率，使工程建设在安全可控的环境下完成。

4 结语

本次顶升工程采用的已建成桥墩结构和两侧支撑基础均为相反受力基础，承载力设计符合结构的受力特点，且使用简便，施工周期短，且顶升部位布置于梁体防震落梁加密区域，能够较好的受力。