桥梁调坡顶升施工技术应用

2022-06-25杨国章

城市道桥与防洪 2022年5期

关键词：坡顶墩柱限位

杨国章

[上海浦东路桥（集团）有限公司，上海市 200135]

0 引言

在现代老桥改建等项目中，桥梁顶升比桥梁拆除重建具有明显的优势。在老桥相关数据满足生产工作条件的前提下，顶升施工工艺是一种效率高、周期短、资源利用率高且环境污染低的新型工艺。该工艺充分体现了“绿色建造、快速施工”的理念[1]。

桥梁顶升施工使用千斤顶、PLC 变频同步顶升系统、钢支撑等能重复使用的设备，设备周转率高。施工作业中采用脚手架环绕作业，能够较好地减少扬尘等污染，给施工人员提供安全的作业环境。

课题组现以济阳路（卢浦大桥—闵行区界）快速化改建工程1 标段的杨思路跨线桥顶升为研究对象，并根据相关标准要求，讨论介绍调坡顶升施工工艺。

1 工程概况

杨思路跨线桥为现有东、西两幅分离式地面跨线桥，西幅跨线桥上部结构为空心板梁，下部结构为倒T 盖梁、方形立柱、承台，基础为钻孔灌注桩基础。JYLW76# 墩为跨线桥中间区域，顶升高度最小为2.342 m。JYLW72# 墩和JYL80#墩为跨线桥起点和终点区域，顶升高度分别为5.226 m 和5.158 m，起点（终点）与跨中顶升的高差为2.884（2.816）m。在顶升过程中，对高差2.888（2.816）m 的调整即调坡顶升。顶升高度和顶升跨数见表1。

表1 顶升高度和顶升跨数单位：m

2 桥梁调坡顶升方案比选

对于简支板梁调坡顶升，本项目采用安装分配梁的方式进行盖梁和板梁同步顶升。对于各墩顶升至设计高度的顺序有两种方案可供选择。

2.1 方案一：各墩按照比例同步顶升，同时到达设计高度

同一施工段内各墩顶升速度比按照各墩顶升高度比进行设定，各墩整体同步顶升、同步到达设计高度。

该方案的优点为：（1）各墩按照比例同步顶升，在顶升初步阶段就可以通过监测顶升速率最大的墩柱的误差，同时控制其他墩柱的顶升误差。（2）在顶升过程中，同比例顶升有利于减小线型改变而引起的各项应力。但由于各墩千斤顶的行程是相同的，而各墩顶升速度是不同的，各墩千斤顶完成一个行程的时间是不同的，所以该方案各墩支撑垫块的时间是不同的。

由以上分析可知，该方案施工效率较低、顶升用时长、劳动力利用率低。

2.2 方案二：各墩同步顶升、分步到达设计高度

第一步：同一施工段内所有桥墩进行整体同步顶升，直至设计顶升值最小的桥墩顶升至设计高度，然后该桥墩退出顶升。

第二步：其余桥墩进行整体同步顶升，直至设计顶升值次小的桥墩顶升至设计高度，然后该桥墩退出顶升。

第n 步：按照以上步骤进行顶升，直至设计顶升值最大的桥墩顶升至设计高度，完成顶升施工。

采用该方案进行顶升时，仅将顶升到位的桥墩与其相邻的已经到位的桥墩之间的这一跨梁板处于调坡状态，其他正在顶升的桥跨处于整体同步顶升状态，其他顶升完成的桥跨处于静止状态。

该方案的优点是：（1）只有单跨桥梁处于调坡状态，对监控比较有利。（2）逐步有桥墩及相应的工人退出顶升施工，进入桥墩改造等后续工序施工，对工期和提高劳动效率有利。（3）有利于各跨梁板由于坡度变化引起的投影长度变化在跨内由支座剪切变形吸收。

经过对以上两方案的比较，方案二在顶升控制难度、工期、效率等方面，均具有明显的优势。因此，跨线桥简支板梁调坡顶升采用“方案二”。

3 桥梁调坡顶升主要施工方案

第一步：既有桥梁检测；桥梁现场检查复核。

第二步：桥梁基础顶升工作坑土方开挖。

第三步：安装各项设备（梁底分配梁安装；顶升钢支撑；千斤顶及液压设备；纵横向限位结构）。

第四步：液压系统调试；预顶升。

第五步：切断桥墩。

第六步：交替式顶升到位。

第七步：墩柱接高。

第八步：钢支撑拆除；道路修复。

4 调坡顶升控制指标

按照施工图设计及《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1—2017）[2]、《桥梁顶升移位改造技术规范》（GB/T 51256—2017）[3]、《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ 2—2008）[4]的要求，调坡顶升施工的最终目标是：桥梁顶升施工完成后的线型与设计线型在各测点的误差均控制在规范规定和设计要求的范围之内。施工前，制定了如下控制标准：

（1）顶升施工总目标是成桥后桥面高程与设计值误差控制在+10 mm 以内。

（2）成桥后，纵横偏位与设计值误差控制在±20 mm 以内。

（3）成桥后，墩柱垂直度不大于0.3%H 且不大于20 mm。

5 调坡顶升指标控制措施

5.1 纵向限位

调坡顶升过程中，梁体的水平投影会变长。同时，混凝土梁的热胀冷缩导致梁体长度发生改变，会对顶升设备和梁体本身结构产生不利影响。为了防止该不利影响的产生，需要保证伸缩缝部位的宽度大小，同时保证桥梁不能无限制地纵向位移。在伸缩缝部位安装推拉装置，保证伸缩缝的宽度，同时也起到一部分横向限位作用。

顶升前纵向限位装置立面图和实景见图1、图2。

图1 顶升前纵向限位装置立面图（单位：mm）

图2 纵向限位照片

5.2 横向限位

简支梁桥和墩柱顶升高度较大，顶升过程中上部结构易出现水平位移偏差。利用钢支撑在桥墩周围焊接14 号槽钢限位装置（限位装置四周距离桥墩表面5 mm），限制桥墩位移，确保桥墩连接对位准确。即在每个墩柱做格构柱限位装置，在墩柱四周的承台上安装格构式钢结构限位，切割后的上端墩柱卡在该格构柱内上升，起到限位效果。

横向限位平面设置和立面设置见图3、图4。

图3 横向限位平面设置

图4 横向限位立面设置（单位：mm）

5.3 梁端切割

板梁调坡顶升时，板梁端面与倒T 盖梁之间的缝隙会发生变化，各条缝隙的变化值应在顶升前完成计算。当板梁与盖梁可能发生碰撞时，应事先对板梁端部进行切割。不会发生碰撞时，可在顶升完成后再进行切割。切割以不伤害梁体主筋和预应力筋为宜。

5.4 施工监测

施工监测指顶升过程中为保证桥梁的变化情况在可控范围内所进行的测量控制，包括沉降、位移、压力等，贯穿于顶升全过程中。本监测措施应与第三方监测独立进行，以便相互验证分析。

5.4.1 监测点布置

监测点布置以能有效反映桥梁顶升过程中各部位的变化情况为宜。控制区域设置位移传感器控制位移的同步性，精度控制在3 mm。位移传感器与顶升控制室连接形成位移的循环控制进而实现顶升过程中位移的精准把控[5]。

位移传感器固定于切割断面以上的墩柱侧面上，顶升时，记录梁体顶升高度并控制梁体的位移和姿态[5]。

板梁顶升监测点布置见图5。

图5 板梁顶升监测点的布置图

5.4.2 顶升监测内容及部位

PLC 顶升控制系统上配置的位移传感器和压力传感器（见图6、图7），属于实时监测。其他包括承台沉降、桥面标高、水平位移偏差、纵向位移偏差、墩柱偏移等监测，属于动态监测（见表2）。监测数据及时发送到顶升控制室，为后续顶升施工控制提供依据。

表2 施工监测点位和监测内容

图6 应力传感器

图7 位移传感器

（1）承台沉降观测。顶升前，在墩柱两侧的承台上布置沉降观测点。顶升时，测量承台沉降值，如超出预警值，及时分析原因，采取相应的补救措施。

（2）顶升过程位移及同步性监测。采用位移传感器进行顶升过程的位移和同步性监控，位移传感器对应于千斤顶分组，对称布置于桥墩切割面两侧。桥面高程观测用来推算每个桥墩的实际顶升高度。测点设在桥面上，在每个墩柱位置的桥面两侧设置2个测点，每跨共设4 个高程监测点。

（3）横向位移偏差。每一跨桥面中线布置2 个点，用全站仪测量桥面横向（轴向）偏移量。

（4）纵向位移观测。顶升过程中，梁体纵向位移和立柱垂直度采用以下方法控制：在桥梁纵向的立柱侧面从上到下弹出一整条墨线，并保证墨线在墩柱切割面以下，在墨线上方盖梁处悬挂垂球。通过垂球线与墨线的相对关系确定梁体的纵向位移，并与计算值进行比较[5]。

（5）液压压力监测。采用压力传感器进行千斤顶液压压力的监控，压力传感器内置于液压泵站内，每组液压千斤顶对应安装一只液压传感器，每个墩柱取4 个点计算。

（6）墩柱偏移。用经纬仪测墩柱垂直度，仪器架设夹角为90°方向，每个墩柱取2 个点计算。

5.4.3 监测过程控制

顶升施工前，由顶升技术人员和操作人员共同测量初始值。顶升施工开始后，每隔2 个小时对位移传感器、纵向位移偏差、横向位移偏差、千斤顶液压压力，以及各桥面高程变化情况做一次全面测量并记录数据。通过数据分析，将实测值与预先设定的目标值进行比较。若在目标值范围内，则可进行后续顶升。若超出目标值，应立即停止顶升作业，分析产生偏差的原因，找到应对措施并及时进行偏差调整。调整后的数据均满足目标值的要求后，方可继续顶升。

5.4.4 第三方监测

为保证顶升过程中各项位移和应力值在设计范围内，并确保顶升过程中的施工安全，在施工中应全过程、全方位配置第三方监测。第三方监测应由有资质能力的单位负责实施。施工前监测主要是对各监测点取得各项监测参数的初值，主要包括纵向位移、横向位移、桥面高程、墩柱垂直度、千斤顶（钢支撑）应力、局部裂缝、温度等。

在施工现场，监测单位与施工单位在同一个地点进行顶升控制和顶升监测，及时沟通，对每一个顶升行程均应进行数据的相互比较，保证桥梁顶升可控。