旧桥改造加固旋转顶升施工工艺

摘要：随着交通荷载和车流量不断增大，我国许多既有公路、桥梁设计承载力已经不能满足日常交通通行的需求。文章以5座大桥为研究对象，采用旋转顶升施工工艺对旧桥进行改造加固。结果表明，该工艺不仅可以保持旧桥结构的完整性和过程的同步性，还具有施工工期短、控制精度高、造价低等优点，可为同类旧桥加固项目提供参考。

关键词：旧桥改造加固；旋转顶升；荷载等级；控制精度

中图分类号：U445.4A250842

0引言

随着我国经济和交通运输事业的快速发展，车流量迅速增长，过去修建的公路越来越“不堪重负”，路线改造已迫在眉睫［1-2］。

贵州省都匀至新寨专线二级公路就是迫切需要改造的路线之一。根据交通的发展及国家公路网的规划，该路据设计要求改为山区一级高速公路，荷载等级提高至公路一级，原二级公路改造后作为新路的左幅行车道，需要对原公路的旧桥进行改造加固，以满足提高后的荷载等级、路基高程及桥面超高设计要求。因受高空作业影响较大（桥下净空均＞15 m），结合桥梁上部荷载大和施工安全等原因，为了满足新的桥面标高要求，实现桥面双向横坡变为单向横坡及病害支座更换，经研究及测算，决定采用同步旋转顶升（以下简称旋转顶升）施工工艺对旧桥改造加固。

1旋转顶升

1.1工艺原理

旋转顶升是一项成熟的构件提升安装施工工艺，广泛应用于建筑施工中。但在桥梁顶升施工时，由于其对设备同步性和顶推力要求更高，目前应用较少。结合旋转顶升技术适用于大吨位物体的旋转、顶升和下放的特点，引入闭环控制理论，将梁体的顶升位移作为受控参数，从而形成位移闭环控制，再利用压力闭环控制技术对液压系统的收缸或出缸进行调节，最终实现梁体的同步旋转、顶升和下放的目的［3-4］。

1.2工艺特点

（1）运用位移闭环控制理论结合液压控制系统，以位移量作为控制对象，实现力位控制，技术先进。

（2）控制精度高，避免桥梁构件在顶升过程中发生变形，影响其初应力变化，不影响桥梁使用寿命，安全可靠。

（3）可长时间连续作业，施工工期短，有利于减轻由于封路施工带来的交通压力。

（4）人工、材料和机械数量需求少，工程综合造价低。

1.3设备及材料配置

主要施工材料及机具设备如表1所示。

2工程实例

都匀至新寨二级专线公路改扩建为一级高速公路，需维修、加固的大、中桥梁共14座。经专家现场考察及评估，沟山大桥、大河口Ⅰ号大桥、大河口Ⅱ号大桥、大河口Ⅲ号大桥、文家寨大桥等5座大桥都需采用旋转顶升工艺进行改造加固。

2.1施工工艺

2.1.1工艺流程

搭设施工平台→解除桥面约束→凿除旧桥面沥青及混凝土铺装层→旋转顶升系统安装→梁体旋转顶升→支座更换→桥面钢筋混凝土面层补强。

2.1.2操作要点

2.1.2.1现场勘查、明确设计要求

（1）明确桥梁的顶升目的、顶升高度及顶升要求。

（2）根据桥梁原图纸计算桥梁荷载分布。

（3）分析桥梁结构，计算桥梁破坏极限，确定顶升控制精度。

（4）根据桥梁结构形式，確定千斤顶分布。

（5）合理划分控制区域。

2.1.2.2编制施工方案

（1）顶升基础处理。

（2）顶升支撑的形式、布置方式。

（3）千斤顶安装方法。

（4）临时支撑的形式及安装方法。

（5）限位的形式、布置方式。

（6）在桥梁顶升时，制定安全应急措施。

（7）保证工程质量措施。

2.1.2.3施工准备

（1）支撑基础处理，满足顶升荷载要求。

（2）千斤顶及临时支撑位置处理。

（3）横纵向限位的制作、安装。

2.1.2.4设备安装

（1）根据支点反力大小，千斤顶两端应设置适宜尺寸的钢垫板以分散受力。

（2）根据顶升高度及操作的难易程度，可倒置安装千斤顶。

（3）为避免千斤顶倾斜导致顶升过程产生水平分力，应严格控制其轴线垂直度。

（4）千斤顶与梁体接触面面积应进行受力计算，保证局部应力不超出接触面混凝土强度。

2.1.2.5梁体旋转顶升

（1）梁体称重

①顶升前应依据设计图纸确定顶升荷载，通过逐级加载进行梁体称重，由于主梁的顶升是在未破除主梁整个跨度的情况下进行的，因此要保证顶升过程同步进行。

②桥梁顶升时，在T梁两端各设置一台100 t液压千斤顶，为减少接触面局部应力集中的现象，需在千斤顶顶部加设一块厚1 cm的加宽钢板，以防止接触面混凝土局部破坏。

③为保证各顶升点受力和上构荷载基本一致，在5～10 mm的顶升高度内，反复调整千斤顶油压，从而确定各顶升点油压值。

④在顶升点位置（≤50 cm范围）使用百分表配合称重，对位移传感器测得的位移进行校验。计算顶升点实测值与理论值差异量并进行原因分析，确定其顶升的基准值。

（2）梁体试顶升

通过梁体试顶升检验上构整体顶升的安全性、旋转顶升系统的可靠性和称重结果的准确性。顶升高度应控制在5～20 mm，需加强顶升过程检测，为后续正式顶升提供可靠数据。

（3）旋转顶升

①千斤顶在力位闭环控制系统作用下，将梁体分级顶升至可满足各支座垫石施工的垂直高度。

②梁体顶升过程由同步控制系统严格控制，保证各位移监测点同步精度误差＜5 mm，且桥梁破坏极限大于同步误差［5］。

（4）倒撑

用临时支撑代替千斤顶作用，以便千斤顶收缸后，增加千斤顶下部支撑的垫块。

2.1.2.6支座更换

（1）根据设计要求进行支座更换。

（2）支座更换包括支座垫石及支座的加高、改造及更换。

2.1.2.7落梁

（1）支座垫石处理完成、支座安装后，收缸落梁。

（2）由旋转顶升系统控制分级落梁，过程中各支点应缓慢匀速卸载，保证各位移监测点同步误差小于桥梁破坏极限，且同步精度＜5 mm。

2.1.2.8桥面钢筋混凝土面层补强

桥面钢筋混凝土面层补强，采用C50防水混凝土进行浇筑，浇筑时主要满足桥面超高及路线、路基高程。

通过顶升改造后的5座桥桥面高程与路基设计高程一致，在满足桥梁横坡的同时，最大限度地减轻了加铺桥面铺装的厚度。由于该工艺兼具安全、高效的优点，全部顶升加固工作仅费时3个月。

2.2经济效益

都匀至新寨公路改扩建工程第21-1、22-1合同段内文家寨大桥、大河口Ⅰ桥、大河口Ⅱ桥、大河口Ⅲ桥、沟山大桥加固过程中均采用了旋转顶升施工工艺，该工艺操作简单、实用，在不损坏现有桥梁结构的同时，质量控制良好，对交通影响小，搭建的施工平台可同时进行桥梁病害的修复工作，施工紧凑，加快了工程施工进度，取得了良好的效益。

（1）从经济效益来看，桥梁顶升费用通常是桥梁本身造价的10%～30%，项目5座桥梁的顶升改造总费用＜800万元，而如果拆除并新建这5座大桥，其造价将＞1亿元，这其中未包含节省时间所产生的效益。

（2）从施工工期来看，拆除旧桥梁、新建桥梁的建设工期一般需要一年，而桥梁提荷加固施工，包括前期准备工作及病害修复工作仅需2～3个月，投资小，见效快。

（3）若是采用在桥面加铺轻质骨料混凝土来实现桥面高程及超高，与桥梁旋转顶升相比，直接增加了桥梁的自重，加大了桥梁的二期荷载，未达到加固的目的；加铺的轻质骨料混凝土，原材料较贵，造价较高；结合贵州省采用轻质骨料的高速公路运行情况来看，其承重较差，易破坏，运营期间路面修复成本较高，不适合重交通公路使用。

3结语

随着交通荷载的不断提高，旧桥改造加固势在必行。同步旋转顶升施工工艺操作简单、实用，可以保证在不破坏桥梁结构的前提下，保质保量地完成加固工作，同时尽可能地减小对现有交通的影响，缩短施工工期，經济效益显著，为今后的旧桥改造及修复开辟了新的途径。

参考文献

［1］韩永军. 桥梁顶升技术工程应用研究［D］. 西安：长安大学，2010.

［2］ 张劲泉，王文涛. 桥梁检测与加固手册［M］. 北京：人民交通出版社，2007.

［3］吴运宏，文熠. 小半径平曲线桥同步旋转顶升位移原理与施工技术［J］. 桥梁建设，2016，46（4）：109-113.

［4］陈舟，余晓琳，颜全胜，等. 北江大桥引桥整体顶升施工技术［J］. 桥梁建设，2014，44（1）：114-120.

［5］袁臻，朱文霞，肖汉. PLC同步顶升系统在高速公路桥梁改造中的应用［J］. 中外公路，2013（5）：170-173.

作者简介：曾云峰（1983—），工程师，主要从事道路桥梁施工技术工作。