桥梁改造工程中同步顶升技术的应用

卢雪丽 1 李喆 1 李建 2 干晓东 2

1 海盐县交通工程建设管理服务中心，浙江 嘉兴 314300

2 海盐鸿鑫投资建设有限公司，浙江 嘉兴 314300

摘要：本文对桥梁同步顶升技术在桥梁改造中的应用进行研究,结合大桥改造实例,分析施工技术要点,旨在提高桥梁改造施工质量和效率,延长桥梁工程的使用寿命。在此较详细的介绍了桥梁同步顶升技术的原理，阐述了同步顶升技术的工艺流程及施工要点，并进行了效益分析，希望能为类似桥梁工程提供一些参考。

关键词：桥梁；顶升技术；老桥改造；公路改建

1工程概况

黄桥改建工程为浙北高等级航道网集装箱运输通道工程中的一座桥梁，为了减少施工建设对交通现状的影响，同时也为了节省工程投资，经现场质量评估,该桥主体结构功能良好,目前的技术状况等级评定为二类,小修可以继续使用。若采用拆除老桥,在原址或者另选新址重建一座桥梁的施工方法,工期长、成本高,对周边环境、交通影响比较大。后经认真分析比对,参考业内同行的成功经验,决定采用同步顶升的方法,将桥面整体抬高,以满足双层集装箱运营条件。

桥梁采用PLC液压同步顶升控制系统作为顶升工具。该系统具有以下优点:1)具有良好的Windows用户界面。2)整体安全可靠,功能齐全。软件功能系统具有位移误差的控制、行程控制、负载压力控制、紧急停止功能、误操作自动保护等。硬件功能系统油缸液控单向阀可防止任何形式的系统及管路失压,从而保证负载的有效支撑。3)所有油缸既可同时操作,也可单独操作。4)同步控制点数量可根据需要设置,适用于大体积建筑物或构件的同步位移。5)顶升过程中同步性很好。

根据设计对黄桥既有桥幅的改建“顶升利用主桥、新建引桥”的方案，即：既有老桥主桥进行顶升利用，引桥拆除新建，废弃老桥空心板及下部结构；桥梁拓宽部分另新建一幅桥梁，新建桥幅与老桥同宽。老桥主桥顶升后，引桥需相应加长，并采用简支结构，一方面可使新建引桥基础避开老桥基础，同时便于既有桥幅和新建桥幅的引桥布跨对齐，为今后可能需对现利用的老桥进行拆除重建预留便利条件。

2桥梁同步顶升技术原理

同步顶升系统由电动机、高压液压泵、油箱及操作控制系统、千斤顶和油管、分流器等组成。一个泵站的流量通过分流器输出，分别提供给每个执行油缸，位移控制系统根据每个不同测点的回馈的信号，控制每个油缸的带载顶升的速度，实现整个混凝土连续梁体的同步提升动作。桥梁同步顶升技术是指通过千斤顶及其他辅助设备,在保持原桥梁上部结构的完整性和使用功能、不改变原桥梁形态的前提下，将桥梁安全顶起升高至设计高度的一种技术。整体更换支座施工方案，应通过计算，确定更换支座的批次，顶、落梁的位移量及工序。从力学模型上讲，桥梁上部结构通过适当的支撑条件(支座)作用于基础之上，采用适当的临时支座支撑在原支座附近，在满足原桥梁受力状态要求的前提下，临时将上部结构支撑起来并达到一定高度，随后抬高原有支座的竖向位置，便可达到桥梁“长高”的目的。支座更换时应依据环境温度进行支座偏移量的验算，并宜选择在有利的温度条件下施工。

3施工工艺流程及要点

3.1施工工艺流程

主要施工工艺流程：施工准备（确定顶升方案、测量放样）→解除梁体约束（断开背墙连续）→搭设施工平台→安装千斤顶及试顶升→顶升→设置临时支撑→柱墩接高，现浇垫石（加高支座垫石、背墙等）→安装支座→卸载落梁→顶升完成。

3.2施工方案

黄桥老桥改造先拆除既有引桥上下部结构，然后对主桥实施顶升。主桥顶升时在主桥墩和过渡墩处根据桥梁反力计算值同步顶升。主桥墩处利用既有承台作为顶升支撑面，在承台上搭设顶升用的支墩，支墩顶交替设置液压千斤顶和随动顶，通过千斤顶将桥梁顶起，随动顶跟随升高，两者配合工作不断将桥梁顶高并“换顶”加高支墩，最终将桥梁顶升到新的设计高程。随动顶的作用一方面在顶升过程保证安全，同时在顶升千斤顶达到最大行程需“换顶”时为结构提供支撑。过渡墩处的顶升采用在桥墩柱上浇筑两道“抱柱梁”，在上下“抱柱梁”之间设置千斤顶并施加一定预顶力后，将墩柱在两道“抱柱梁”之间截断，然后和主墩同步顶升。桥梁顶升到位后，将既有桥墩接长升高，以满足顶升后的桥梁高度要求。墩身的接长升高采取凿先开一部分需接高部位的混凝土，露出墩身钢筋，然后用挤压套将原墩身钢筋和接高部分的钢筋连接牢固，再浇筑加高部分的桥墩混凝土；待桥墩混凝土养护达到设计强度后，落梁、拆除顶升系统及相关辅助结构，桥梁顶升施工完成。

3.3施工要点

3.3.1顶升前桥梁状态检测及评估

由于旧桥已运营使用一段时间，其耐久性是否尚可，设计施工标准是否满足现阶段设计要求，其自身结构是否适合同步顶升技术，这都是需要考虑的问题，其中存在不确定因素很多，所以在顶升前必须对桥梁状态进行检测及评估。对原桥桥面、墩顶、梁底高程按45×7m通航断面位置等设计控制点高程进行复测，并与原桥设计竣工图高程进行对比。其中包括对桥梁的一般外观检查、材质状况检测（如混凝土强度、混凝土炭化深度测量等）、承载能力评定（如桥梁结构验算、荷载试验）等。

3.3.2上部箱梁顶升位置的确定

因箱梁实心段不满足顶升千斤顶安装空间需要，采用在梁底安装钢分配梁的方案，液压千斤顶、随动千斤顶倒置安装在钢分配梁底部。

3.3.3利用反力基础

顶升施工需准备桥下施工平台，提供施工作业空间，传递顶升竖向荷载，本桥主桥主墩、过渡墩设有承台，可作为千斤顶施工平台，以提供足够空间作为施工操作平台，同时传递施工期竖向承载力。

3.3.4解除梁体约束

顶升作业前，需先凿除背墙连续及护栏混凝土，切断连接钢筋以解除梁体与背墙之间的联系。在解除梁体约束时应，重点检查桥梁运营后的现状，可能存在因外界或结构自身变化而引起梁端堵死情况。这种情况下，应尽量保护梁体结构，将桥头搭板位置进行深度凿除，留出通缝。

3.2.5顶升液压千斤顶选择

应选择可靠性较高的带自动闭锁回油装置和顶升力调节装置的液压千斤顶，每个千斤顶吨位200t，千斤顶设备配置安全储备系数应不小于2。

3.2.6正式顶升

为达到顶升过程中的同步性，保证梁体结构的安全，系统应具有：位移误差的控制；行程控制；负载压力控制；紧急停止功能；误操作自动保护功能等。同时油缸液控单向阀可防止任何形式的系统及管路失压，从而保证负载有效的支撑。所有油缸既可同时操作，也可单独操作。本工程拟采用PLC控制液压同步顶升系统。当采用压力闭环控制时，压力误差应≤5%；当采用位置闭环控制时，同步精度应达到±2mm。

3.2.7卸载落梁

当完成接柱后，千斤顶顶起主梁，逐步撤除钢垫板，同步缓慢回落梁体至更换好的支座。千斤顶必须按设计的行程同步回落，应控制回落速度在1～2mm／min，各顶升点的位移同步精度应达到0.5mm。

落梁过程中同样要同时监测位移和顶升力，实施以位移控制为主、顶升力控制为辅的双控，当控制位移同步精度的同时，实际顶升力应控制在5%的误差范围内，否则应停止顶升，待查明原因，解决问题后，方可重新顶升。详细检查垫石及支座，确认压紧密贴、位置正确后，撤除顶升系统。

4桥梁顶升过程的同步监测

桥梁的同步顶升是分级完成的。因此对桥梁的整个运动轨迹、整体姿态、结构的应力等的监测是至关桥梁结构安全的重要环节。

整个监测过程可由分级顶升、临时支撑放置、柱墩接高、支承垫石施工、落梁等过程组成。监测内容主要包括桥梁的整体姿态监测、位移监测、结构内力监测等。

5结语

桥梁同步顶升技术是指通过千斤顶及其他辅助设备,在保持原桥梁上部结构的完整性和使用功能、不改变原桥梁形态的前提下，将桥梁安全顶起升高至设计高度的一种技术。通过桥梁同步顶升技术在浙北高等级航道网集装箱运输通道工程黄桥改建工程的成功应用，结合其效益分析可知，桥梁同步顶升技术具有降低工程造价、缩短建设工期的优点，同时应用该技术还可以减少征地拆迁，对环境和交通影响较小。该技术成熟可靠，在国外及内地已经广泛应用，相信未来在已通车公路桥梁改造项目中会得到更多应用。

参考文献

[1]张玉杰.桥梁整体顶升施工技术的应用研究[J].安徽建筑.2019(03)

[2]林耿雄,姜海波.桥梁顶升技术的探讨[J].广东建材,2008(10):65-68.

[3]杨跃鑫.桥顶升加高关键技术与施工组织研究[D].厦门大学 2019