城市高架桥梁体顶升关键技术研究

范鹏 闵弘扬 李永泉

摘要 在役桥梁的改造升级在城市高架桥梁建设中意义重大，梁体顶升技术则在城市桥梁改造升级中起着关键性作用。文章基于某立交跨线桥顶升工程的实际工程案例，对城市高架桥梁体顶升技术所面临的问题及解决措施进行了探讨研究，该案例最大顶升行程达6.631 m。研究表明，交替式顶升方式对分段式高架桥顶升效果更佳，对桥梁顶升进行及时有效地监控，不仅可以排除施工过程中的不安全因素，而且可以丰富设计理论，对完善施工技术及保证施工质量提供可靠的技术保障。

关键词 高架桥；梁体顶升；交替式；监控

中图分类号 U445.6文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）06-0051-04

0 引言

随着经济的高速发展，城市交通流量的迅速增加，城市道路拥堵现象愈加明显。而高架桥梁通过利用竖向空间，具有占地面积少、受地面交通干扰小的特点，大幅提高了道路通行能力，改善了城市交通拥堵状况，因此许多城市正在大力建设高架桥梁。部分在役的桥梁为了适应高架桥梁建设的需要，需进行拆除重建或改造升级。如果在役桥梁在满足结构承载能力的前提下，仅为了适应新建高架桥梁线形的需要而拆除重建，势必造成资源浪费和工期延长。因此，对在役桥梁的改造升级意义重大，而梁体顶升技术在桥梁改造升级中起着关键性的作用。

1 目前面临的问题

1.1 结构变形和应力分布

顶升过程中，高架桥梁结构可能会发生变形和承载力的变化。由于梁体大范围的顶升，结构的变形和应力分布的变化可能导致桥梁的稳定性和安全性受到影响[1]。因此，如何准确预测和控制顶升过程中的结构变形和应力分布，是高架桥梁体顶升时的关键问题。

1.2 装置选择和施工限制

顶升装置的选择和施工限制是桥梁顶升修复的关键因素之一[2]。不同的桥梁结构和施工条件可能需要采用不同的顶升装置，而现有的顶升装置技术存在一定的局限性。同时，现场施工条件和周围环境的限制也会对顶升装置的选择和操作提出一定的要求。因此，如何选择适当的顶升装置，并克服施工限制，是一个需要解决的重要问题。

1.3 安全风险控制

顶升过程中存在一定的安全风险，包括设备失效、结构破坏、人员伤亡等[3]。特别是大型、重要的城市高架桥梁，一旦发生事故，将对交通运行和城市安全产生严重影响。因此，如何评估和控制顶升过程中的安全风险，并采取有效的措施进行风险管理，是一个需要解决的紧迫问题。

2 城市高架桥梁体顶升关键技术研究

2.1 结构变形和应力分布问题解决措施

（1）结构监测与预测。通过安装监测设备，实时监测桥梁在顶升过程中的变形和应力变化，以便及时发现问题并进行相应调整。同时，基于监测数据的分析和预测模型的建立，可以提前预测顶升过程中可能出现的结构变形和应力分布情况，从而进行合理的顶升设计和控制。

（2）结构加固。在顶升过程中，可以采用结构加固技术来增加桥梁的承载能力和稳定性，从而减少变形和应力的变化。加固措施包括增加梁板的加固支撑、加固桥墩和桥墩之间的连接等。通过合理的加固设计和施工，可以有效控制结构变形和应力分布，提高顶升过程的安全性和稳定性。

2.2 装置选择和施工限制解决措施

（1）优化顶升装置设计。根据具体的桥梁结构和施工环境条件，优化顶升装置的设计，提高其适应性和灵活性。可以针对不同类型的高架桥梁设计不同的顶升装置，考虑高强度材料和先进的工艺技术，以提高顶升装置的效率和安全性。同时，结合现代技术手段，如计算机模拟和虚拟现实技術，对顶升过程进行预先仿真和优化，以确保顶升装置的有效运行。

（2）改进施工计划。合理制订顶升施工计划，考虑施工队伍、设备和材料的调度，以最大限度地减小施工对周围环境的影响。可以采用夜间施工、交通管制、改道引导等措施，合理安排施工时间和路线，减少交通干扰和安全风险。

2.3 安全风险解决措施

在规避安全风险的主要策略中，首先需要建立健全安全管理体系，包括制定详细的安全操作规程、加强安全培训和监督等，确保施工人员具备必要的安全知识和技能。同时，要加强现场管理，落实安全防护措施，定期检查和维护设备的安全性能，以避免设备失效和事故发生。

其次是完善风险评估制度和预防措施。在顶升施工前，进行全面的风险评估，识别潜在的危险因素，制定相应的预防措施。可以采用应急预案、临时支撑措施、频繁检测和监测等手段，及时发现并消除潜在的安全风险。

3 高架桥梁体顶升技术的工程应用

以某立交跨线桥顶升施工为例，对城市高架桥梁体顶升技术的实际工程应用进行分析。

3.1 工程概况

某立交跨线桥为预应力混凝土现浇连续箱梁，桥跨组合为2×30+（30+40+30）+3×30 m，全桥共分三联。桥台为轻型桥台，桥墩为门式墩身，钻孔灌注桩基础。

该工程通过整体调坡顶升工艺将梁体抬升至设计标高后，桥墩接高墩柱，0号桥台拆除并新做交接墩，桥面与新建高架相接。

该工程顶升最大行程为6.631 m，该桥总顶升面积为5 750 m2，顶升总重量为13 950 t。总体顶升参数见表1。

3.2 顶升方式的选择及过程控制

3.2.1 顶升方式的选择

桥梁顶升工程中常用的顶升方式包括交替式顶升和随动式顶升两种。交替顶升方式与随动顶升方式的优缺点对比见表2。

交替顶升方式原理是在每个支撑顶点安装两组可主动施加顶升力的千斤顶，并由控制台控制液压泵站驱动两组千斤顶进行反复交替顶升。顶升过程中，先由第一组千斤顶进行梁体顶升的一个行程，同时在顶升过程中另一组千斤顶跟随使用，以防止千斤顶失效时梁体突然坠落。一个行程过后，通过控制台控制液压泵站驱动第二组千斤顶进行顶升，同时控制第一组千斤顶收缸，并在收缸后的第一组千斤顶的活塞下垫设相应高度的钢支撑垫块，重复以上步骤，直至完成整个顶升过程。

3.2.2 关键施工技术

第一联为两跨2×30 m预应力混凝土箱梁，顶升重量为3 350 t，共配置67台200 t千斤顶（分为A、B组），交替顶升。顶升总体步骤：第一联先进行整体同步顶升，待2号桥墩处梁体顶升到设计标高后（顶升行程3.16 m），再整联调坡顶升将0号桥台处梁体顶升至设计标高（顶升行程6.631 m）。

第二联为三跨30 m+40 m+30 m预应力混凝土箱梁。顶升总重量为5 600 t，共配置110台200 t千斤顶（分为A、B组），交替顶升。顶升总体步骤：先通过调坡顶升将2号墩处梁体顶升到设计标高（顶升行程2.862 m），再通过反向调坡降落，将5号墩处梁体降落至设计标高（下降0.172 m）。

第三联为三跨3×30 m预应力混凝土箱梁，顶升总重量为5 000 t，共配置49台200 t千斤顶，总顶力9 800 t。第三联整体竖向顶升0.090 m。

3.2.3 顶升过程监控

由于该工程顶升施工中牵涉到既有桥梁、新建临时装置和永久结构，加上控制系统反应不一，各种因素的直接或间接影响会导致顶升过程中产生施工误差。如不对这些施工误差加以控制或调整，则桥梁标高将偏离设计目标，并影响最终成桥内力及线形。

过程中的监控主要从以下方面进行：

（1）桥面坐标监测。该工程同步顶升工况复杂，在顶升过程中存在一定的误差积累，最终效果需要通过实际施工过程中的坐标监测来控制。

坐标监测包括主梁轴线标高监测和水平位移监测。主梁轴线标高监测是为了控制桥梁顶升误差，确保最终标高满足设计要求；主梁轴线水平偏移监测是为了保证施工时主梁轴线顺直达到设计轴线，监测时间与标高监测同步。

在具体实施顶升过程中，桥面横、纵向偏移值见图1，桥梁中线标高误差见图2。

图1中，第一联～第三联横向偏位分别为10±2 mm、?5±2 mm、±1 mm；纵向偏位分别为8±2 mm、3±1 mm、±1 mm，各测点纵向偏位值在伸缩缝限位装置工作后无明显增加；全桥标高误差为5±3 mm。结果表明，各测点横（纵）向水平位移均满足±20 mm的精度要求；高程变化与顶升目标值基本一致，误差满足10 mm的精度控制要求。

图2中，第一联各桥中线处标高误差分别为9 mm、8 mm、3 mm，第二联各桥中线处标高误差分别为8 mm、2 mm、4 mm、?1 mm，第三联各桥中线处标高误差分别为6 mm、4 mm、?1 mm、1 mm，全桥中线处标高误差为4±5 mm。各测点均满足连续梁桥墩相对于其他桥墩的竖向位移差限值：边墩小于10 mm、次边墩和中墩不大于10 mm。

（2）橋下位移监测。该工程采用的是连续顶升施工，为控制施工单位的施工速度，同时验证实施顶升效果，采用位移传感器监测对应的行程。重要测点顶升时程曲线如图3所示。

由图3可知，顶升过程平稳无异常，顶升过程中每个墩台左右侧位移传感器实时位移量基本一致，时程曲线基本重合，表明在各顶升行程中实时修正上一行程误差的控制方法效果良好，避免了误差的积累，保证了最终的误差控制。

（3）梁体应力应变监测。梁体在施工过程中将承受轴向压力和变化弯矩的共同作用，连续梁主要控制截面为中墩顶部负弯矩区，重要测点应变时程曲线如图4～5所示。

由图4～5可知，未顶升前应变均在小范围内波动，开始顶升后梁体从支座受力转换成千斤顶受力，受力体系转换后应变有明显突变，千斤顶受力稳定后应变在一定的安全范围内波动，应变值远小于限值（正为拉应变100 με、负为压应变2 000 με），顶升过程梁体受力状况均在安全可控范围内。

（4）钢支撑应力应变监测。该项目顶升施工借助竖向支撑和支撑横梁，将上部箱梁荷载向基础转换，在顶升期间，临时支撑类似桥墩作用，支撑在自重和其他施工荷载作用下将发生力的转换[4]。特别是受制于支撑柱间的连杆作用，加上支撑平台基础可能的沉降等因素影响，导致支撑受力与理想状态存在差异，需要全程掌握其轴力状态，也是对顶升过程中千斤顶传力效果的校准[5]。

选取具有代表性的2个断面监测，即顶升行程和重量最大的两个墩台（0号台和3号墩）。监测结果如图6～7所示。

由图6～7可知，未顶升前应力均在小范围内波动，开始顶升后从支座受力转换成钢支撑受力，受力体系转换后应力产生突变，转换到钢支撑受力后应力又在一定的安全范围内波动，应力均远小于限值（所用609钢支撑应力限值为215 MPa），顶升过程钢支撑受力均在安全可控范围。

4 结论

该文通过对城市高架桥梁体顶升方法进行研究，并结合实际案例进行应用分析得出如下结论：

（1）选择合适的梁体顶升方法对于保证桥梁安全性和稳定性至关重要，该案例中选择的交替式顶升方式，对分段式高架桥顶升效果更佳，各测点的位移误差均满足控制精度要求。现场采用多种监测措施，顺利实现高达6.631 m的大行程梁体顶升。

（2）每个顶升行程对上一个行程的误差进行及时修正的控制方法效果良好，避免了误差的积累，保证了最终的误差控制。

（3）对桥梁顶升进行及时有效的监控，不仅可以避免施工过程中的不安全因素，而且可以为丰富设计理论、完善施工技术及保证施工质量提供可靠的技术保障。

参考文献

[1]张龙伟， 邹迪升， 胡琼， 等. 不同施工措施改善大跨度组合梁负弯矩区受力的效果分析[J]. 结构工程师， 2023（4）： 45-51.

[2]焦鹏翼. 桥梁支座病害处置中梁体顶升关键性技术研究[J]. 建筑技术开发， 2022（21）： 119-121.

[3]石华军. 城市高架桥梁体顶升及桥墩更换技术研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2018.

[4]王建荣， 万俊林. 无盖梁桥梁顶升纠偏施工工法[J]. 中国标准化， 2017（12）： 199-200.

[5]干继红， 陈诚. 桥梁顶升技术在城市高架改造中的应用探讨[J]. 工程质量， 2022（6）： 48-51+60.