桥梁顶升技术在高速公路改造中的应用

  林飞  吴如军

1.引言

随着公路、河道运输的高速发展，原来建设的高速公路、跨河桥梁由于某些原因，已不能满足交通发展的要求，因此需要进行改造处理。其中不少桥梁的净空高度达不到桥下道路通车、河道通船的要求。在不能改变道路、河道规划的前提下，要通过必要的措施来达到通车（船）的条件，这时采用桥梁整体顶升技术是其中一项解决方法之一。下面就以某道桥的整体顶升来介绍桥梁顶升技术的具体应用。

2.工程概况

某道桥分为南北两匝，一匝为五跨，六桥台，全长约1400米简支梁结构，一匝为八跨，九桥台全长约2100米简支梁结构；上部构造采用预应力混凝土空心板，下部构造采用桩柱式墩，钻孔灌注桩基础。设计荷载：汽车—超20级，挂车—120。

由于桥下高度不能满足规划中的道路需要，需将某匝道桥整体抬升一定高度以达到设计通车要求，经过现场勘察和计算，需要采用整体顶升技术将匝道桥不同桥台顶升 0.3m到约2m不等。

3.桥梁整体同步顶升方案设计

3.1 墩柱顶升施工流程图

3.2 总体施工工艺流程

3.3 依据顶升桥梁现状不同，设计方案分以下三类情况:

3.3.1依据现场考察情况，需顶升的桥梁，如果方便在桥梁墩柱两侧直接搭设支架进行整体顶升作业的，则支架基础经过处理后，可采用此方法进行施工。

3.3.2若桥梁为下部结构为桩柱式基础，且桥台下有锥坡，直接搭设支架不便，施工时可采取以下方案：采用上——下抱柱梁顶升力系的方法，将顶升着力点设在抱柱梁底面，再将墩柱切断后，通过顶升抱柱梁来改变桥面标高，顶升完成后连接并加强墩柱。

3.3.3如果桥梁下有河流经过，中断水流又较为困难，可以采取在桥墩（台）帽梁外侧植筋安装牛腿作为反力墩进行桥梁整体顶升作业。

3.4 因本工程为桩柱式基础，无承台。故采用上—下抱柱梁顶升力系的方法。施工方法如下：

3.4.1 反力基础：经检算本工程承台结构不能满足顶升要求，所以拟采用对墩柱浇注钢筋混凝土抱柱梁结构（称之为下抱柱梁结构），并以抱柱梁结构作为反力基础。钢筋砼抱柱梁是进行柱托换的一种可靠且安全的形式。在建筑物、构筑物移位、抬升和部分桥梁顶升等施工中多次采用这种托换形式，在我公司的设计与施工实践中均获得成功。

3.4.2 顶升上部结构：所以钢筋混凝土抱柱梁作为顶升用的上部结构，称之为上抱柱梁结构。采用顶升上抱柱梁而不是原帽梁的方法实现桥梁的整体抬升。为了便于今后拆除且不损坏帽梁的外观，上抱柱梁上顶面与帽梁下底面间涂抹隔离剂。

3.4.3 顶升控制系统：采用PLC液压同步顶升控制系统，该系统已在天津狮子林桥顶升工程、天津北安桥顶升工程、莘奉金高速公路（A4高速）颛兴路跨线钢桥顶升、上海（A5一期）吴淞江大桥顶升工程等多项抬升工程中成功运用；

3.4.4 千斤顶选用:采用200吨千斤顶（如下图），千斤顶均配有液压锁，可防止任何形式的系统及管路失压问题，从而保证负载有效支撑；

3.4.5 千斤顶分组：每个桥墩分为两组；

3.4.6 顶升行程监测：采用精度为0.01mm的光栅尺；

3.4.7顶升采用全桥同步、整体顶升、逐墩到位的方法顶升。

3.4.8 支撑体系：由钢垫板、精加工的钢管支撑等组成。采用φ500×12mm专用钢垫块作为临时支撑，钢垫块长度与千斤顶的行程相适应，支撑间通过法兰连接；支撑布置在立柱中心位置，安装前要对立柱的切割面进行找平施工；

3.4.9 限位：为避免顶升过程中桥梁产生水平位移，应设置可靠的限位装置。

4. 总体施工布署及进度安排

4.1 施工临时设施布置

4.1.1 场地安排

在指定的用地范围内搭设临建，堆放材料、设备及机具。

4.1.2 施工临时水源、电源均自己想法解决，用电也可考虑自备发电机组。

4.1.3 混凝土施工时采用人工搅拌砼。

4.2 施工队伍及劳力安排

4.2.1分成两个施工队伍，一个施工队伍进行桥梁顶升作业，另一个施工队伍进行桥梁维修与病害加固作业。

4.2.2施工高峰期计划安排劳力40人，其中电焊工5人，架子工5人，顶升操作工10人，泵站操作组5人，其它工作人员15人，必要时各作业班组进行调配。

4.3 施工组织机构

根据本工程的施工特点，结合我公司的施工能力，专业特点即有施工任务等实际情况，本着精干、高效、专业化施工的原则，组织本工程的施工。

4.4 工期安排

4.4.1施工工期

总工期：3个月。

4.4.2工期保证措施

为确保工期，施工中拟采取如下措施：

合理安排工期，改善工序衔接关系，保证施工总工期。认真做好生产作业计划，及时调整机械及人员力量，加强动态管理，把施工任务落实到班组。根据工程特点，合理地组织工程必须的施工人员及施工机械，满足工程施工需要，并做好人力、材料、设备、机械的后勤保证工作。

每天检查工程进展情况，并对照计划及时调正，做到落实。为了保证进度，节假日合理安排，使工作有连续性。

5.过程应急措施及注意事项

在桥梁的顶升施工中，首先应制定安全可靠、技术可行的施工方案，确保桥梁的结构安全及施工的顺利进行，避免异常情况的发生。但桥梁同步顶升技术含量高，有一定的风险，顶升过程中有一定的不确定性。因此针对顶升过程中的关键环节，假定某种意外情况的发生并制定相应的应对措施，方能在紧急情况下有的放矢，及时正确的处理问题。现根据本项目的施工特点及以往的施工经验，由项目部牵头成立应急预案小组，由总工程师、桥梁专家、电脑专家、液压系统专家、机械专家及经验丰富的技术人员等组成。

具体应急措施如下：

5.1电脑控制系统故障

5.1.1电脑控制系统因意外撞击而造成系统故障（死机、重启或者程序无反映等等）：首先将系统设定一旦没有电脑信号，整个系统处于保压状态，并且发出警报，千斤顶锁死；其次，设置专门的空间安放电脑；再次，电脑操作室只允许技术人员或者相关人员进入，并为电脑资料作备份。

5.1.2在操作界面上面设定专门的应急操作按钮。可以在紧急情况下启动该程序，使整个工程进入事先设定的闭锁状态，经过故障处理后，由总工程师决定是否继续开工。

5.1.3断电事故处理：为主控电脑配置专用的UPS，提供不间断电源；在开机前，UPS至少保证具有稳定运行半个小时的主控室用电量。由专业电工处理电线电路方面的问题。

5.1.4系统故障：立即由专业工程师对系统进行检查，尽快排除故障，现场应有足够的备品、备件。

5.2液压设备故障

5.2.1泵站由于断电等原因不能正常提供动力：千斤顶具有自锁功能，关闭截止阀可由千斤顶内部的压力来支撑系统应用。

5.2.2千斤顶不能正常提供压力：事先多预备千斤顶和垫块，可先用垫块支撑，然后由液压工程师维修或者更换千斤顶。

5.2.3千斤顶压力异常处理：部署专人看管液压系统压力部分，发现问题，立即报告主控室，由主控室操作人员决定是否关闭截止阀，如果问题严重，应停止整个系统，解决具体事宜后，再行开机调试。

5.2.4系统故障：立即由专业工程师对系统进行检查，尽快排除故障，现场应有足够的备品、备件。

5.3传力梁检测值超限

5.3.1传力梁两侧顶升速度不一致：立即停止顶升，组织人员分析原因。使传力梁一侧（较高处）千斤顶保持压力不动，另一侧缓慢加压，使其上升；当传力梁处于平衡位置时，停止“纠偏”，根据分析原因，两边同时加压，压力适当调整。

5.3.2梁体出现结构变形或者细微裂缝：立即暂停或者停止施工，组织有关人员对出现的异常情况进行评价分析，查找原因，根据评价结论采取相应的处理措施，同时加强监测；

5.4恶劣气候

遭遇大风、暴雨或者雷电：立即停止施工。由应急小组作出临时加固措施，将千斤顶锁死，在盖梁底部与承台底部用钢丝对拉，保证其不会产生水平位移。

6.结束语

6.1 顶升施工应符合下列要求：

6.1.1 施工时应先封闭交通，同时采取避免或减少损伤原结构的措施；

6.1.2施工中发现原结构或相关工程隐蔽部位的构造有严重缺陷时，应暂停施工，在会同加固设计单位采取有效措施处理后方可继续施工；

6.1.3 当可能出现倾斜、开裂或倒塌等不安全因素时，施工前应采取安全措施。

6.2顶升工程施工工艺较特殊，建议必须对施工单位进行综合考察，施工单位必须有综合实力，并由特种结构补强资质并有丰富的施工经验。

6.3 桥梁的顶升技术越来越成熟，顶升是保证道路、河道发展，城市规划顺利进行的措施之一。随着顶升技术的不断应用，在优化道路、河道建设，改善交通，满足城市规划的需求等方面发挥着必不可少的作用。