劉 廣

(山西晉通公路工程監(jiān)理有限公司，山西 晉城 048000)

1 工程概況

1.1 橋梁概況

清水河橋跨越大石西路交叉路口和清水河，主跨為獨塔自錨式懸索橋，南北兩側(cè)引橋均為3×25 m 單箱三室預應力混凝土連續(xù)箱梁。橋梁單幅全寬14.75 m，橋面組成為2×1.0 m(花池)+2×0.5 m(防撞墻)+11.75 m(車道寬)，橋梁橫坡原設計為1.5%，橋面混凝土為C50，厚度為12 cm，每一聯(lián)的混凝土方量為767.5 m3。下部結(jié)構(gòu)為Y 型雙肢薄壁墩、鉆孔灌注樁。

1.2 調(diào)坡頂升概況

新二環(huán)高架橋的修建使得清水河引橋不能滿足新型交通規(guī)劃的發(fā)展需要，橋梁整體頂升技術(shù)實施起來比較方便快捷，工藝簡單，工期短，對周邊地區(qū)的影響也小，與拆除原有舊橋重新建新橋相比較而言，整體頂升方法省去了大量的人員、機械和材料，這就節(jié)省了大量的開支，同時既可以保證城市新規(guī)劃的發(fā)展要求，也延長既有橋梁的使用壽命，體現(xiàn)了節(jié)約資金、綠色環(huán)保的理念，更能體現(xiàn)項目的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。南北引橋頂升詳細數(shù)據(jù)見表1，表2。

表1 各橋墩(臺)頂升高度表

表2 總體頂升概況表

1.3 本工程的特點和難點

1)該橋為連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，充分有效的利用該橋的基礎及下部結(jié)構(gòu)，在不改變原有橋梁整體受力的情況，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，對頂升支撐結(jié)構(gòu)要進行合理選擇和布置，支撐要具備足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，嚴格控制各墩臺間的差異變形。2)由于頂升調(diào)坡不是等高提升，各支撐點的升高距離需根據(jù)設計坡度進行調(diào)整，從而能保證調(diào)坡后線形順直，坡度統(tǒng)一，運行舒適美觀，這就對調(diào)坡控制系統(tǒng)提出了更高的要求，不僅要保證橋梁同一個橫斷面上橫向位移同步，又要保證縱向角位移一致，頂升過程中始終保證原有箱梁的線形。3)由于頂升后橋梁的原有坡度發(fā)生了變化，這就導致每一跨支座中心點的距離發(fā)生變化，從而影響到原來梁的長度，雖然影響的數(shù)值很小，但在頂升過程中要特別注意此變化，保證頂升后橋梁的運行安全。4)頂升過程中把原來梁的坡度改變了，千斤頂與梁底接觸面的角度也發(fā)生了變化，從而使千斤頂?shù)氖芰γ姘l(fā)生了變化，千斤頂?shù)闹行妮S線與接觸面不再垂直，千斤頂可能發(fā)生縱向位移，存在一定的質(zhì)量和安全隱患，如何解決此問題是本工程的關鍵。

2 頂升方案

本項目中采用直接頂升法，利用改造后的承臺作為頂升反力基礎。在承臺上放置鋼支撐，箱梁底部設置鋼分配梁，鋼支撐和鋼分配梁作為支撐的受力面，把千斤頂安裝在鋼支撐與鋼分配梁之間，千斤頂與PLC 電腦控制系統(tǒng)進行連接，由電腦操作整個控制系統(tǒng)的運行，保證整個頂升過程的角速度一致，從而實現(xiàn)整體頂升箱梁的方法來抬高橋梁標高，頂升到位后，切斷墩柱，單獨頂升墩柱，然后對墩柱進行連接恢復，對橋臺進行拆除和改造，改造完成后安裝支座并澆筑墊石，滿足強度要求后拆除支撐下方墊層，將上部荷載從頂升支撐轉(zhuǎn)移到墩柱上。

2.1 鋼支撐托架體系

托架體系由φ609 鋼支撐、臨時墊塊以及連系桿等組成。用φ609×16 mm 鋼管組裝成整體的支撐桿件作為支撐的主要構(gòu)件，桿件間的連接要牢固可靠，受力合理，保證有足夠的支撐完成頂升任務，在加固好的承臺上植入足夠的錨栓用來連接支撐桿件。上下兩節(jié)鋼管支撐間通過法蘭螺栓連接，用型鋼作為水平連系桿及剪刀撐將整個支撐桿件連成一個格狀構(gòu)柱，保證整個體系的穩(wěn)定。支撐體系布置圖見圖1，圖2。

圖1 清水河橋鋼支撐立面圖（單位：mm）

2.2 對于千斤頂?shù)倪x擇

千斤頂?shù)倪x用非常關鍵，選擇的千斤頂必須滿足頂升的實用需要。本項目選擇帶球頭可轉(zhuǎn)動的液壓千斤頂，頂部球頭轉(zhuǎn)角最大可達5°。當頂升過程中坡度發(fā)生變化時，千斤頂?shù)那蝾^可以隨著坡度變化而轉(zhuǎn)動，保證千斤頂與接觸面緊密相接，受力均勻，不產(chǎn)生相對位移，從而保證整個頂升系統(tǒng)勻速達到要求高度。

圖2 清水河橋鋼支撐平面圖（單位：mm）

用一個足夠強度的保壓環(huán)安裝在千斤頂上面，有效保障千斤頂?shù)臋C械承載連接。

3 結(jié)構(gòu)驗算

3.1 主梁縱向驗算

頂升時支點位于原支點左右側(cè)，因相對整聯(lián)橋梁長度，兩支座間距較近，同時頂升時不存在左右脫空的情況，故在計算模型中仍可看作一個支點計。頂升施工時箱梁正截面無拉應力，滿足規(guī)范允許值0.7f 'tk=1.855 MPa;正截面壓應力最大為6.7 MPa，小于規(guī)范允許值0.7f 'ck=22.68 MPa，故此項計算是安全的。

表3 標準組合支座反力 kN

由表3 得知中墩最大豎向荷載為9 315.8 kN，代入下部頂升系統(tǒng)計算。

3.2 支撐反力驗算

用橋梁博士對整個支撐力進行驗算，通過驗算確定各個支撐系統(tǒng)的受力情況，梁的反作用力通過橫梁構(gòu)造均勻落到鋼梁上，如圖3 所示，q=835.5 kN/m。在驗算過程中，假設主梁剛度為無窮大，支撐構(gòu)件剛度，按每一根鋼管的理論支撐剛度K0=1.54×106kN/m 考慮?？苛簝?nèi)、外支撐剛度分別為2K0和3K0，計算模型及反力計算如下。

圖3 支撐反力計算

液壓千斤頂最大反力為:N=3 119.8/3=1 040.0 kN，實際液壓千斤頂額定頂力3 000 kN，最大反力小于千斤頂?shù)念~定頂力，安全系數(shù)較高，可以正常使用。

3.3 整個支撐構(gòu)件的驗算

施工過程中，當千斤頂慢慢升起時，橋梁縱向的坡度發(fā)生變化，產(chǎn)生縱向的附加水平分力，同時橋梁的橫向由于支撐柱與地平面有一定的夾角，產(chǎn)生了橫向的附加水平力，經(jīng)過驗算，縱向分力為豎向荷載的2%，橫向分力為豎向荷載的1%。

通過結(jié)構(gòu)驗算，構(gòu)件產(chǎn)生的最大應力為80.4 MPa，而材料的極限應力為210 MPa，產(chǎn)生的最大應力小于材料極限應力，確定整個頂升結(jié)構(gòu)的承載能力滿足設計要求，結(jié)構(gòu)是安全的。管頂最大豎向位移為1 040/K0=0.7 mm，最小豎向位移為775/K0=0.5 mm，最大位移差僅為0.2 mm。結(jié)構(gòu)剛度滿足要求。

在最不利情況下，支撐的穩(wěn)定系數(shù)η=37.5。穩(wěn)定性滿足要求。

3.4 局部承壓計算

對于混凝土箱梁，它的強度是固定的，在施工過程中，就要計算箱梁局部承壓部位是否能經(jīng)得住千斤頂?shù)捻斏?，必須保證在整個頂升過程中不對原有箱梁結(jié)構(gòu)本身造成影響。根據(jù)頂升的承壓面積可以計算是否滿足頂升要求，見圖4。

圖4 液壓千斤頂順橋向布置示意圖（單位：mm）

根據(jù)承載要求，依據(jù)下列公式關系，通過計算求出結(jié)論:

其中，F(xiàn)ld為承壓接觸面部位的設計壓力值;fcd為頂升結(jié)構(gòu)軸心方向設計抗壓強度值;ηs為頂升混凝土結(jié)構(gòu)的修正系數(shù)，根據(jù)要求本工程取1.0;β 為混凝土結(jié)構(gòu)承壓強度提高系數(shù);A1n，Al均為混凝土結(jié)構(gòu)支撐面的面積。

經(jīng)計算，得β=4。1.3ηsβfcdA1n=1.3×1.0×4×23.1×750×750×3.14/4=53 067 kN ＞1 040 kN。局部承壓滿足要求。

4 結(jié)語

本文以清水河引橋調(diào)坡頂升工程為例，從支撐系統(tǒng)的強度、剛度、穩(wěn)定性及主梁局部承壓等方面的驗算入手，從理論上確保了整體頂升施工過程結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，為頂升施工的順利進行提供了強有力的理論保障，為同類橋梁調(diào)坡頂升施工奠定了堅實的基礎。

［1］尹天軍.高速公路上跨橋整體頂升技術(shù)［J］.世界橋梁，2009(1):61-67.

［2］林耿雄，姜海波.橋梁頂升技術(shù)的探討［J］.廣東建材，2008(10):65-68.