同步顶升技术在桥梁支座更换中的应用

袁 恒

（中铁二十二局集团第四工程有限公司京冀区域指挥部，天津 301700）

0 引言

随着我国基础设施建设步伐的加快，市政、公路、铁路桥梁建设项目数量快速增长。在桥梁修建和运维过程中，存在桥梁支座由于安装错误或老化需要更换的情况。但是现在的桥梁普遍向高墩、大跨方向发展，桥面结构连续，重量很大，顶升过程中很容易发生受力和变形不平衡，造成梁体开裂，影响梁体质量和使用寿命。同步顶升技术从根本上解决了这一难题，在施工中被推广使用。本文就同步顶升技术在桥梁支座更换中的应用情况进行介绍，总结其经验，以资参考。

1 工程概况及工作原理

1.1 工程概况

中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司铁路运输部联络线中桥，旧桥桥长75.13m，上部构造为4～16m低高度钢筋混凝土T梁单线桥（T梁采用1975年编制的标准图纸“叁标桥1024”设计），单跨两榀梁，中部采用现浇钢筋混凝土湿接缝连接。单幅梁宽为1.95m。每榀设置两个支座，支座类型为双曲面钢支座（SQMZ1500）[1]。该桥于1979年11月建成通车，桥梁建成运营多年，支座产生严重锈蚀及垫板翘曲等现象，影响使用，需对桥梁支座进行更换。

该桥桥下为平地，主跨公路通道，梁底距地面6m。受墩台平面小的限制，为满足操作空间的需要，采用多台50T千斤顶同步顶升，顶升10mm，然后撤出旧支座，更换新支座。

1.2 同步顶升技术工作原理

同步顶升系统是通过分流器将一个泵站的流量分配给多个执行油缸，执行油缸根据位移控制点回馈的不同信号，调节控制千斤顶的顶推力和顶推速度，从而实现梁体的整体同步顶升。其设备主要由电动机、控制系统、高压液压泵、油箱、分流器、油管、千斤顶等组成，如图1、图2所示。同步顶升基于分式控制液压系统顶升建筑物，能满足集中操作、分散布置、同步升降、实时监控、智能管理的要求。

图1 可编程逻辑控制器

图2 PLC同步顶升系统

2 施工工艺

2.1 基本要求

（1）桥梁支座按图纸设计要求进行调整；

（2）桥梁同步顶升法工艺，顶升高度≤10mm；

（3）具备工程相匹配的施工设备和人员。

2.2 施工的工艺和工序

（1）布置千斤顶：1#、2#墩处梁体总重力约110t（按支座最大承载力估算），设置千斤顶的顶力为桥梁重力的1.5倍。为保证梁体平稳顶升，每个墩顶布置8个50T千斤顶，每个千斤顶有效系数按0.7计算，富余顶升力约8×50×0.7-110=170 t，170/110≈1.55，其安全系数超过1.5，满足顶升要求。千斤顶按纵向轴线方向支座两侧均匀分布的原则布置，千斤顶布置示意如图3所示。

图3 千斤顶布置示意

（2）解除钢支座竖向约束，卸除钢支座下座板套筒螺母的螺杆。

（3）在千斤顶上、下加铺Ф220×10mm钢板，增加与梁底、桥（墩）台的接触面积，确保混凝土局部受压强度小于设计强度值，防止在顶升时混凝土梁体遭到破坏。

T梁混凝土设计标号为C50，混凝土轴心抗压强度设计值fc＝23.1N/mm2，根据荷载分布分析，按T梁最大重力计算，梁体重为110t，1#、2#墩每个墩顶布置8个千斤顶，因此计算得出每个千斤顶所处位置为T梁局部承受荷载最大值，约为110/8=13.75t=137.5kN，受压面积为3.14×(220mm/2)2=37994mm2，局 部 受 压 强 度＝137.5×103N/37994mm2＝3.62N/mm2＜fc＝23.1N/mm2，满足要求。

（4）同步顶升监控设备：放置2个竖向监测点，竖向控制墩台两侧的顶升高度偏差小于1mm，防止梁体因受力不均或顶升不同步导致的竖向变形超过其设计挠度值。

（5）顶升时高压油泵配置：同顶升力和同顶升值时1台高压油泵能满足工程所有千斤顶工作，本工程需1台高压油泵。

（6）梁体在顶升时应力集中，局部受力变大，当应力释放时梁体薄弱环节则会遭到破坏，故对顶升要分割成多级完成，同步顶升更换支座施工具体步骤如图4所示。其顶升流程为：设备安装调试→试顶→调试→正式顶升→安装临时支撑→顶升→顶升至要求高度。

图4 同步顶升更换支座施工步骤

顶升前准备：清除墩台表面混凝土，用磨光机打磨，细砂或素灰找平。将千斤顶、临时支撑按照布置图尺寸标定，使之与墩台保持垂直受力。

临时支撑：设在千斤顶外侧，每个墩顶设8个。临时支撑采用钢管砂筒，钢管砂筒选用直径合适的钢管，底部用钢板焊死，侧面底部留有泄砂孔，泄砂孔焊接螺丝封堵，砂筒内装入适量的细砂，细砂顶部再放置一个木制或混凝土活塞，活塞直径略小于砂筒，顶端高出砂筒3～5cm。通过泄砂孔放出筒内细砂，达到撤除更换支座的目的。

试顶升：将千斤顶、临时支撑按图布置，布置完成后检查各设备、各部位接头是否正常，确保正常后进行调试，试顶升。

正式顶升：采用分级法，根据梁的挠度限值计算各项参数，将参数输入至顶升程序，通过监控点数据，利用同步油压控制顶推力和顶升速度，每顶升1～2mm检查数据偏差，确保梁体稳固性，避免因个别设备出现故障对梁体造成不利的影响，顶升过程依据百分表采集数据，调节油泵的液压油输出量来控制顶升速度和高度，保持横向监测点一致，即线性同步提升一致，两个纵向监测点线性同步提升偏差控制在±1mm。顶升过程全部由同步操作系统控制完成，循环同步顶升至设计高度[2]。

（7）顶升到要求高度后，放置临时支撑。

（8）用专用装置取出旧支座，然后把新支座按设计要求放置到指定位置后进行微调。注意在取出和安装支座过程中不要触碰临时支撑。

（9）同步落梁并测量数据，调整到符合设计值后，撤出千斤顶和所有辅助设施。

3 施工人员与设备

3.1 人员安排

根据现场实际情况，安排施工作业人员11名，其中泵站操作人员2名，顶升设备操作人员5名，架子工3名，电焊工1名。施工过程中各班组根据实际情况进行适当调整。

3.2 施工设备

同步顶升更换支座施工主要设备如表1所示。

表1 主要施工设备表

4 施工注意事项及关键点

4.1 注意事项

（1）顶升前要根据桥梁结构和设计要求，充分考虑绝对重量系数和千斤顶的安全保险系数，计算其同步顶升的总重量，合理组合配置千斤顶。

（2）纵横梁同步顶升至设计高度，做好临时支撑，使千斤顶和临时支撑全部受力。撤除旧支座，安装新支座进行微调，同步落梁将支座调整至符合设计值，撤出千斤顶和所有辅助设施，恢复支座反力。

（3）整个顶升过程必须对梁体进行全面监控，确保梁体受力均匀，同步顶升。保障梁体不受损坏，确保施工人员和车辆通行的安全。

（4）顶升和回落要坚持“同步、均匀、缓慢”的原则，施工过程中要设专人指挥，专人负责观察梁体有无变化。梁体板顶、桥面及负弯矩区段等一旦出现开裂，应立即停止施工，采取妥当措施处理。

4.2 施工关键点

同步顶升整体更换支座应根据桥梁结构和支座的构造计算出支座的位移量，满足设计和现行规范的要求[3]。为保证同步顶升的安全，确保支座安装符合设计值，施工前要确定：

（1）梁的纵横向连接装置是否需要解除以及解除位置[4]。

（2）千斤顶放置允许偏离支座的尺寸。

（3）支座在更换时气温条件下的安装偏移量[5]。

（4）梁体在气温条件下发生的长度变化。

（5）顶升、回落梁的工序、批次以及高度。

根据以上条件对同步顶升数据以及支座安装偏移量进行适当调整。

5 结束语

利用同步顶升技术进行更换桥梁支座，投入机械设备少，操作工艺简单易行，人工和设备成本低，更换单个支座成本约2万元，若桥梁维护中需要更换的支座数量较多，成本会更低，可广泛应用于桥梁工程的维修保养。