徐洪弟

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610031)

目前高速公路匝道、城市道路上的曲線橋梁大多采用獨柱墩現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。該形式具有線性優(yōu)美，每跨減少1根樁基、1根立柱節(jié)約初期建設(shè)成本，減少土地占用，擴(kuò)展橋下空間結(jié)構(gòu)等特點。同時此種橋梁形式也顯現(xiàn)出一些問題，其一：在偏心偶然超載作用下,出現(xiàn)的梁體傾斜而引起橋梁倒塌。其二：抗震能力較弱，在橫向地震情況下發(fā)生的側(cè)向倒塌，2008年汶川地震后，針對震后橋梁病害的調(diào)查發(fā)現(xiàn)大部分獨柱墩的橋梁損害嚴(yán)重。

在偏心荷載以及橫向地震波的作用下，獨柱墩橋梁整體失穩(wěn)、傾覆的風(fēng)險性很高，很多地區(qū)開始對獨柱墩進(jìn)行加固改造。一般在獨柱墩上只設(shè)置一個支座，這只能限制豎向撓曲，不能限制扭轉(zhuǎn)變形。所以對獨柱墩的改造不僅局限于增加豎向支撐，而應(yīng)對其整體進(jìn)行改造。

較為可靠的方案是:將原有的獨柱墩拆除，更換為可靠的矩形(或雙柱)墩等類型。施工設(shè)計最重要的就是拆除墩柱過程中，保證原有梁體支撐的受力安全以及新墩柱與梁體的連接。其核心技術(shù)是:安全可控的更換墩柱。

1 設(shè)計特點

現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋墩改造施工實現(xiàn)了安全頂升橋梁并更換墩柱，該施工設(shè)計新穎創(chuàng)新、工藝成熟、標(biāo)準(zhǔn)化施工，對公路橋梁改造墩柱施工的工期、質(zhì)量、安全起到了保證作用。其特點為:

(1)通過引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的設(shè)計及施工技術(shù)，解決了獨柱墩改造過程中橋梁的安全性問題；

(2)結(jié)合我國公路橋梁通車的情況，可在不中斷交通的情況下進(jìn)行橋墩改造施工作業(yè)；

(3)解決了墩柱更換改造后，原連續(xù)箱梁落位并與新墩柱連接的問題；

(4)為今后橋梁維修加固改造提供新的思路，對橋梁加固改造的安全性提出新的要求。

2 工藝原理

采用臨時墩支撐原有橋梁上部結(jié)構(gòu)，使上部結(jié)構(gòu)梁體受力由原有橋墩轉(zhuǎn)換于臨時墩上，梁體與下部構(gòu)造相脫離，然后拆除原有橋墩，完成新的橋墩框架結(jié)構(gòu)后，重新安放支座，將橋梁上部結(jié)構(gòu)落放于上，完成新建結(jié)構(gòu)與原有橋墩的等效受力替換。這樣就能實現(xiàn)在不損毀橋梁上部構(gòu)造的同時對病害橋墩的安全替換，有效安全的完成病害橋梁的加固修復(fù)工作，消除了原橋梁存在的安全隱患。

3 施工流程及操作要點

3.1 施工流程

施工臨時支撐墩基礎(chǔ)→架設(shè)臨時支撐墩→原橋箱梁頂升→拆除原有支座→破除原橋墩→框架橫梁施工→墊石施工→安裝新支座→落梁(圖1)。

圖1 施工流程

3.2 操作要點

3.2.1 搭設(shè)施工平臺

對施工區(qū)域進(jìn)行支架加密，選擇合理的施工平臺搭設(shè)位置，且滿足施工人員的可操作性、安全性。施工平臺采用5 cm直徑鋼管進(jìn)行支撐，在施工人員操作位置鋪設(shè)3 cm厚木板，并用鐵絲進(jìn)行錨固；平臺四周設(shè)置1.2 m高的護(hù)欄，同時在平臺四周設(shè)置腳踢板以確保安全。

3.2.2 加密承重支架

臨時墩設(shè)置釆用在墩柱附近用4根φ1 000×10 mm的無縫鋼管(圖2、圖3)，且用槽鋼橫向兩兩焊接，將其連成整體。臨時墩布置應(yīng)避開新建墩柱并保證不影響新建工程的施工。臨時墩采用鋼管樁基礎(chǔ)(用打樁機完成)，其基礎(chǔ)承載力應(yīng)通過驗算滿足設(shè)計要求。

臨時墩安裝應(yīng)保證其垂直度滿足規(guī)范要求，且兩兩橫向獨立支撐間用槽鋼連接，以保證臨時支撐的剛度及穩(wěn)定性。因考慮到要進(jìn)行框架墩及橫梁施工，所以臨時墩中心應(yīng)能夠與箱梁腹板中心在一條垂直線上，其加勁撐應(yīng)避開原橋墩和框架墩及橫梁。

圖2 臨時墩布置

圖3 鋼管布置實例(照片)

3.2.3 設(shè)置分配梁、千斤頂

承重?zé)o縫鋼管安裝完畢后，在上部鋼板上放置板式橡膠支座，并在橡膠支座上設(shè)置I 22b～I(xiàn) 60a不等高工字鋼分配梁，保證分配梁支撐位置與千斤頂中心線位置在同一直線上。

在分配梁設(shè)置完畢后便可設(shè)置千斤頂，根據(jù)橋梁的上部荷載及安全角度考慮，經(jīng)驗算在各個鋼管墩柱上分部設(shè)置100～200 t千斤頂。并在千斤頂頂部設(shè)置1 cm厚加寬鋼板，鋼板尺寸大于千斤頂頂面尺寸。必要時可適當(dāng)增加鋼板的厚度，但最終鋼板厚度不超過7 cm。

3.2.4 同步系統(tǒng)布置

3.2.4.1 同步頂升系統(tǒng)的調(diào)試安裝

頂升采用DR-LON-5000-DQP自動同步頂升系統(tǒng)，同步頂升系統(tǒng)采用位移和頂升壓力的雙控作為頂升控制依據(jù)，外部數(shù)據(jù)采集以位移電子傳感器作為位移采集，壓力傳感器作為壓力采集。系統(tǒng)采用自主研發(fā)的軟件作為采集數(shù)據(jù)的綜合后處理，系統(tǒng)合成了微位移誤差控制、微油路壓力控制、自動開關(guān)油泵控制、斷電自鎖控制、屏顯數(shù)據(jù)控制等自動化控制系統(tǒng)。

3.2.4.2 監(jiān)測設(shè)備的安裝

監(jiān)測設(shè)備為同步頂升系統(tǒng)的配套設(shè)備，主要為位移傳感器、壓力傳感器、百分表。位移傳感器的安裝位置須在千斤頂附近，以最近距離控制可真實反映頂升過程中的位移情況。壓力傳感器應(yīng)配套安裝，真實反映千斤頂所承受的壓力數(shù)值。同時在梁底板安裝百分表作為輔助位移控制和糾正控制。

3.2.5 預(yù)頂升

預(yù)頂升(以梁體頂起5 mm為準(zhǔn))主要為消除全套頂升系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題，如氣壓、油路油泵壓力不夠等，同時消除頂升過程中可能出現(xiàn)的非彈性變形。預(yù)頂升以千斤頂頂至設(shè)計荷載為控制荷載，并應(yīng)持荷5 min以上卸載。

卸載后檢查千斤頂上下鋼板有無變形現(xiàn)象，必要時可調(diào)整鋼板的厚度以滿足頂升要求。檢查千斤頂放置位置下的結(jié)構(gòu)物有無區(qū)別于頂升前的現(xiàn)象，如存在應(yīng)認(rèn)真查出原因后方可正式頂升。

3.2.6 正式頂升

正式頂升時應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行頂升壓力及頂升位移的同步控制，各千斤頂?shù)奈灰撇畈荒艹^2 mm，在頂升過程中注意系統(tǒng)各部位的檢查，一次頂升到位。頂升高度應(yīng)以能拆除支座為宜，且總頂升高度控制在8 mm內(nèi)。如達(dá)到8 mm仍不能拆除支座時，則需重新制定頂升方案。正式頂升完成后對臨時支撐系統(tǒng)觀測3 d后方可拆除原有立柱及支座。

3.2.7 千斤頂臨時支撐

因千斤頂不能長時間持荷，在頂升至設(shè)計位置后，便可設(shè)置臨時支撐，臨時支撐采用I 22b工字鋼加工而成，工字鋼上下表面均采用鋼板焊接。臨時支撐的設(shè)置緊鄰千斤頂位置，并可適當(dāng)加密。

3.2.8 橫梁施工

橫梁施工采用滿堂支架進(jìn)行施工，模板采用高密度壓縮板。滿堂支架搭設(shè)之前先進(jìn)行地基處理，如地基表面有松散土層，用壓路機進(jìn)行碾壓后鋪筑10 cm厚C20混疑土墊層。滿堂支架縱向每4.5 m設(shè)置一道剪刀撐，橫向每4.2 m設(shè)置一道剪刀撐,支架橫桿60 cm，立桿120 cm，滿堂支架搭設(shè)完成后鋪設(shè)底板，并按照梁重的120%進(jìn)行預(yù)壓。

3.2.9 墊石施工

墊石頂面距原箱梁底面空間較小，采用人工鐵鍬灌入混凝土。在墊石模板外側(cè)掛附著式振動器進(jìn)行振搗，振動器位置在距墊石底部30 cm和75 cm處。墊石頂面混凝土用插入式振動棒斜向振搗。

3.2.10 支座安裝

使用可調(diào)節(jié)高度為0～100 cm的升降車安裝支座，先將支座拖運上升降車，再將小車升高到圖4所示高度，待混凝土強度達(dá)到要求后，可進(jìn)行新支座的安裝；在安裝過程中因受施工空間的限制，在澆筑混凝土前應(yīng)嚴(yán)格控制螺栓位置放線并進(jìn)行復(fù)核后預(yù)留。落梁后檢查支座是否均勻變形，有無支座脫空現(xiàn)象。

圖4 支座安裝示意

3.2.11 落梁

由于橫梁產(chǎn)生的下?lián)侠碚撚嬎闩c實際會產(chǎn)生一定的偏差，采用預(yù)落梁以驗證橫梁下?lián)系木唧w數(shù)據(jù)，根據(jù)實測數(shù)據(jù)調(diào)整支座鋼板厚度，以保證落梁后橋線達(dá)到預(yù)定高程。在橫梁預(yù)應(yīng)力張拉完成后進(jìn)行落梁，落梁程序與頂升程序相反，落至支座承載以前應(yīng)注意各墩減速是否一致，位移變化是否一致，相差過大時應(yīng)找出原因處理后重新落梁。

在橫梁上支座附近安放兩個300 t千斤頂，千斤頂上方墊設(shè)30 cm×30 cm×2 cm鋼板，將原箱梁落至千斤頂上，根據(jù)落梁后原橋高程變動情況，結(jié)合設(shè)計活載變形計算數(shù)據(jù)，計算新支座總體厚度，以保證原橋下落后達(dá)到預(yù)定高程。

原橋的高程采用相對高程檢測，在頂升之前、頂升中、下落過程中，采用位移傳感器記錄原橋高程變化情況。考慮到新建改造橋基樁下沉、橫梁徐變等因素影響，落梁后原橋箱梁高度比改造前高出3～4 mm。

4 監(jiān)控

4.1 監(jiān)控內(nèi)容和方法

(1)頂升力監(jiān)控。實時監(jiān)測每個千斤頂?shù)膶嶋H頂升力。當(dāng)千斤頂?shù)膶嶋H頂升力與理論相差10%時，需停止頂升檢查分析原因，待問題解決后方可繼續(xù)頂升。

(2)變形監(jiān)控。在更換支座的墩位處，箱梁下緣設(shè)兩個百分表撓度觀測點，用于進(jìn)行起頂過程及起頂量的最終控制。改造的各墩支承一次頂升到位，且總體頂升量控制在5 mm內(nèi)。頂升過程中，對各個百分表數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)控，各千斤頂間的頂升位移差不超過2 mm。

(3)高程監(jiān)控。在頂升支座墩和相鄰墩處設(shè)置高程測點，利用精密水準(zhǔn)儀對各點進(jìn)行高程測量，要求各墩頂間的豎向位移差不大于5 mm，否則停止頂升。在橫梁施工期間，對各高程點進(jìn)行定期觀測，若出現(xiàn)沉降及時調(diào)整。

(4)應(yīng)力監(jiān)控。根據(jù)對橋梁進(jìn)行有限元程序結(jié)構(gòu)計算后的結(jié)果，在梁體頂升過程中，頂升墩處主梁截面上緣將產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，在頂升墩截面處箱梁頂板布置兩個應(yīng)力觀測點進(jìn)行應(yīng)力觀測。

4.2 支座更換、安裝的監(jiān)控

(1)頂梁前準(zhǔn)備階段。檢查起頂位置，是否控制在設(shè)計圖規(guī)定的位置處；過橋電纜是否影響頂梁作業(yè)；在更換支座墩墩頂和相鄰墩墩頂各設(shè)置二個基準(zhǔn)點，在橋臺處設(shè)置兩個基準(zhǔn)點，以確定箱梁的初始位置，控制箱梁的頂起位移量及落梁時是否恢復(fù)到起頂前位置；梁底是否已標(biāo)明支座中心線位置；檢查箱梁上布置的應(yīng)變測點及位移測點。

(2)頂梁階段。檢查、記錄所有位移計的初始讀數(shù)；起頂后在每級加載穩(wěn)定后檢查記錄百分表讀數(shù)(控制每級加載的起頂位移量)；觀察應(yīng)變測點的應(yīng)變情況(確保每級加載后結(jié)構(gòu)的安全)；停止頂梁后，檢查千斤頂保險箍是否上緊；頂梁后及時進(jìn)行高程測量，計算出頂起總位移量，并與百分表讀數(shù)計算出來的頂起總位移量進(jìn)行比較。

(3)舊支座拆除和橫梁施工階段。為了確保安全，施工中原有墩暫不拆除，做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，完成新橫梁施工(此時需要拆除原有墩)，其中間施工期間較長，待養(yǎng)護(hù)張拉完成，盡可能快地完成體系轉(zhuǎn)換落梁。在橫梁施工期間，對各高程點進(jìn)行定期觀測，若出現(xiàn)沉降及時調(diào)整。

(4)落梁階段。檢查千斤頂保險箍是否松開；在每一級回落千斤頂時進(jìn)行應(yīng)力和位移量觀測；檢查箱梁是否回落到起頂前的位置。

5 結(jié)論

本現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋墩改造施工方法“設(shè)計獨特，安全可靠”，可有效解決現(xiàn)場施工和交通運營相沖突的矛盾，造成的社會影響面小，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。施工所用設(shè)備為技術(shù)先進(jìn)、性能良好的配套施工設(shè)備，有效地保證了施工質(zhì)量且有利于標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化操作和管理，在安全施工、施工工藝、內(nèi)在質(zhì)量方面均能收到良好的效果，值得業(yè)內(nèi)推廣。

[1] 范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京:人民交通出版社,1997

[2] JTGD 60-2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S]

[3] JTG/TF 50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]

[4] JTGD 62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S]

[5] JTG/TJ 23-2008公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S]

[6] JTG/TJ 21-2011公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S]