潘躍順，董全保，李立亮

（上海先為土木工程有限公司，上海市 2 00331）

整體調(diào)坡頂升技術(shù)在立交橋改造工程中的應(yīng)用

潘躍順，董全保，李立亮

（上海先為土木工程有限公司，上海市 2 00331）

以石家莊市和平西路高架橋西延（中華大街～西二環(huán)）PM13#-PM22#墩整體調(diào)坡頂升工程為例，介紹了橋梁整體調(diào)坡頂升技術(shù)在城市高架橋改造工程中的應(yīng)用，有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

調(diào)坡頂升；高架改造；PLC頂升系統(tǒng)；施工技術(shù)

0 引 言

隨著城市快速化發(fā)展，目前部分城市現(xiàn)狀道路已無法滿足交通需要，已經(jīng)形成了一個(gè)全路段、常態(tài)化的擁堵狀況。由于道路本身容量不足，雖然交管部門已經(jīng)采取了各種交通管理措施，但交通擁堵問題仍然無法解決，導(dǎo)致和平路未能體現(xiàn)城市快速交通走廊的功能，亟須進(jìn)行改造。為節(jié)約投資、加快工期及減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，決定采用對(duì)原有立交橋進(jìn)行整體調(diào)坡頂升的施工方法，使原立交橋與新建的高架橋連接起來。本文擬從該工程的頂升方案、設(shè)備、技術(shù)、施工、注意事項(xiàng)及取得的效果等作了較詳細(xì)的闡述。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

和平路位于省會(huì)城市核心區(qū)的北側(cè)，為石家莊市北翼連接城市東西的主要通道之一，是城市總體規(guī)劃確定的“環(huán)形快速路+井字形機(jī)動(dòng)車主通道”的重要組成部分。目前，和平路中華北大街至建設(shè)大街段，約3.7 km范圍內(nèi)采用高架連續(xù)跨越；和平路中華大街至西二環(huán)段為地面道路，沿線多為信控路口，為解決常年擁堵現(xiàn)狀，擬對(duì)中華大街至西二環(huán)地面段新建高架橋，為使原有立交與新建高架的連接，需對(duì)Pm13～Pm22墩進(jìn)行調(diào)坡頂升改造，保證原立交橋的有效利用。

1.2 橋梁概況

該調(diào)坡頂升段于2009年竣工，已運(yùn)行7 a。橋跨組成為：（20.94 m+21.04 m×8）預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板，共計(jì)9跨。橋?qū)?5.5 m，橋面組成為：3×0.5 m（防撞墻）+12 m×2（車道寬）。預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，每跨共24片單板。

橋墩采用方柱式墩，單墩配置2個(gè)立柱，頂部設(shè)置蓋梁，墩頂蓋梁均采用“Π”型蓋梁，見圖1。

1.3 頂升高度和重量

圖1 和平路高架西延斷面圖（單位:mm）

本次調(diào)坡頂升工程橋梁全長(zhǎng)189.26 m，共九跨簡(jiǎn)支板梁。調(diào)整頂升高度為0～5.882 m，見表1，頂升面積為4 826.13 m2。

表1 各橋墩（臺(tái)）頂升高度表 m

頂升段橋梁的總體重量約11 000 t，見表2。

表2 各橋墩頂升重量表 t

施工時(shí)可根據(jù)頂升設(shè)備等具體情況設(shè)置千斤頂個(gè)數(shù)及噸位，必須保證千斤頂?shù)膰嵨挥凶銐虻陌踩珒?chǔ)備。

1.4 施工特點(diǎn)和難點(diǎn)

（1）頂升高度最高達(dá)約5.882 m，臨時(shí)墊塊和頂升支撐循環(huán)多，對(duì)支承體系的整體穩(wěn)定性提出了更高的要求，如何確保支撐體系的牢固、可靠、不失穩(wěn)是本工程的一個(gè)難點(diǎn)。

（2）頂升中各跨頂升高度不一，調(diào)坡的相鄰墩頂升高差約1 m，對(duì)控制系統(tǒng)要求更高，頂升控制系統(tǒng)需具備同一個(gè)墩同步頂升和不同號(hào)墩同步頂升的功能。

（3）頂升過程中，橋梁上部剛度較大可能出現(xiàn)平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，必須采取措施避免產(chǎn)生偏移。由于上部結(jié)構(gòu)與原有承臺(tái)基礎(chǔ)距離大，如何更有效的選用限位措施是一個(gè)難點(diǎn)[1]。

2 總體頂升方案

采用PLC液壓同步頂升控制系統(tǒng)，結(jié)合鋼分配梁技術(shù)、鋼牛腿植筋技術(shù)、靜力切割技術(shù)、牽拉限位技術(shù)和頂升監(jiān)控等技術(shù)，頂升托換采用直接頂升法和斷柱頂升法兩種方法，通過頂升蓋梁底或板梁底的方法來改變橋面標(biāo)高，頂升完成后接高立柱或墊石。采用“整體同步頂升、分步到位”的頂升順序。

對(duì)于橋臺(tái)（Pm13）采用鋼分配梁直接頂升的方法，對(duì)于橋墩（Pm14～Pm20）采用斷柱頂升方法，對(duì)于頂升高度只有6 cm的（Pm21）橋墩采用超薄千斤頂直接頂升方法。

2.1 頂升反力系統(tǒng)

（1）Pm14#～Pm20#橋墩采用斷柱頂升法，即以承臺(tái)——609鋼支撐——蓋梁的托換方式進(jìn)行頂升。

利用原承臺(tái)作為液壓千斤頂?shù)姆戳A(chǔ)，在原承臺(tái)上放置鋼支撐，鋼支撐通過植筋的方法，生根在承臺(tái)上，增強(qiáng)支撐的穩(wěn)定性，支撐間設(shè)置聯(lián)系桿件形成格構(gòu)柱。在鋼支撐與蓋梁之間安裝頂升千斤頂，保壓后對(duì)墩柱進(jìn)行切割，機(jī)械隨動(dòng)頂安放在墩柱內(nèi)的切割面上，通過PLC電腦同步控制系統(tǒng)，“整體頂升、同步控制、分級(jí)到位“頂升上部結(jié)構(gòu)的方法來實(shí)現(xiàn)抬高橋梁標(biāo)高，頂升到位后，對(duì)立柱進(jìn)行連接，強(qiáng)度達(dá)到后拆除609鋼支撐，然后安裝更換原有的支座[3]，見圖2。

圖2 Pm14#～Pm20#整體頂升方案示意圖（單位:mm）

（2）橋臺(tái)Pm13#墩采用直接頂升法，以承臺(tái)——分配梁——板梁底的托換方式進(jìn)行頂升,見圖3。

圖3 橋臺(tái)Pm13#整體頂升方案示意圖

對(duì)原有臺(tái)身的斜角進(jìn)行鑿除找平后安放609鋼支撐，鋼分配梁通過手拉葫蘆吊裝于板梁底，通過高強(qiáng)灌漿料找平，然后在鋼分配梁與鋼支撐間安裝液壓千斤頂與機(jī)械隨動(dòng)頂，通過PLC系統(tǒng)進(jìn)行頂升。頂升后將原有臺(tái)身拆除，再改造承臺(tái)、施工新的橋墩、落梁至新橋墩上。

2.2 頂升千斤頂選用與安裝

（1）液壓千斤頂?shù)倪x用

Pm13～Pm20#墩采用200 t雙作用液壓千斤頂，其參數(shù)為：200 t、63 MPa、高366 mm、底徑244 mm、行程最大140 mm。單柱兩側(cè)各布置3臺(tái)液壓千斤頂，單墩共布置12臺(tái)頂升千斤頂，共計(jì)2 400 t，安全儲(chǔ)備系數(shù)2 400/1 400=1.71。

千斤頂自身帶有多重安全保護(hù)裝置，主要是液壓平衡閥和機(jī)械螺紋自鎖裝置。增加千斤頂頂升過程中的安全可靠，見圖4。

圖4 液壓頂升千斤頂工作照片

（2）液壓千斤頂?shù)陌惭b

為便于頂升操作，所有千斤頂均按向下方向安裝，即千斤頂?shù)鬃潭ㄔ谏w梁底和橋臺(tái)鋼分配梁的下方。千斤頂安裝時(shí)應(yīng)保證千斤頂?shù)妮S線垂直。以免因千斤頂安裝傾斜在頂升過程中產(chǎn)生水平分力。當(dāng)千斤頂安裝于蓋梁底面時(shí)，應(yīng)在蓋梁底面先安裝一塊水平鋼板，水平鋼板與蓋梁底面用干硬性高強(qiáng)砂漿填塞，然后再將千斤頂安裝于水平鋼板底面。

2.3 機(jī)械跟隨千斤頂選用與安裝

（1）機(jī)械跟隨千斤頂與液壓交替頂比選與選用

使用油壓頂升缸（液壓千斤頂）頂升重物是工程中常見的施工方法，尤其是幾百噸以上的重載工件施工情況，油壓頂升是唯一可行的選擇。但如果液壓千斤頂在頂升時(shí)發(fā)生意外內(nèi)泄的意外因素，使重載頂升的安全性受到限制。目前有兩種理念方法對(duì)頂升千斤頂?shù)囊馔馐r(shí)確保梁體的安全措施，其一是所謂的多組千斤頂交替頂升的方法。其二是機(jī)械跟隨保護(hù)千斤頂進(jìn)行頂升保護(hù)的方法。但目前國(guó)內(nèi)交替頂升法還有很多弊端，故本工程采用我公司發(fā)明的機(jī)械跟隨保護(hù)千斤頂進(jìn)行頂升，相比交替頂升，隨動(dòng)千斤頂作為一種機(jī)械頂，能隨時(shí)提供保護(hù)作用，確保頂升構(gòu)件的絕對(duì)安全。無數(shù)的工程實(shí)例證明，隨動(dòng)千斤頂應(yīng)用前景更廣，安全系數(shù)更高。

（2）機(jī)械跟隨保護(hù)千斤頂原理及選用

本裝置的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種在液壓頂升千斤頂油壓突然消失時(shí)仍能有效支撐重載工件、避免工件滑落的機(jī)械式隨動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)。頂升時(shí)，隨著液壓千斤頂?shù)南蛏享斏?，機(jī)械跟隨千斤頂實(shí)時(shí)進(jìn)行無間隙旋轉(zhuǎn)位移跟隨確保隨動(dòng)頂與支撐間的密貼。機(jī)械頂隨動(dòng)千斤頂內(nèi)部采用機(jī)械螺紋來承載，通過機(jī)械螺紋的彈性變形來承受上部的荷載，假設(shè)液壓千斤頂出現(xiàn)爆管等不利現(xiàn)象，可以立即實(shí)時(shí)由隨動(dòng)千斤頂進(jìn)行支撐，確保頂升構(gòu)件不致發(fā)生塌落風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于Pm14～Pm20#墩，切割完成后，在單柱里面布置4臺(tái)機(jī)械隨動(dòng)頂，單墩共布置8臺(tái)跟隨頂，安全儲(chǔ)備系數(shù)3 200/1 400=2.29。400 t跟隨千斤頂選用參數(shù)：承載力400 t、行程140 mm、高390 mm、底徑368 mm。對(duì)于橋臺(tái)P13#，布置9臺(tái)200 t機(jī)械跟隨頂，安全儲(chǔ)備系數(shù)1 800/700=2.57。200 t跟隨千斤頂選用參數(shù)：承載力200噸、行程250 mm、高470 mm、底徑268 mm。

（3）機(jī)械跟隨保護(hù)千斤頂安裝及分組

為便于頂升操作，所有千斤頂均按向下方向安裝，即跟隨頂?shù)鬃潭ㄔ跇蚺_(tái)分配梁底和墩柱切割面的下方。千斤頂安裝時(shí)應(yīng)保證千斤頂?shù)妮S線垂直。以免因千斤頂安裝傾斜在頂升過程中產(chǎn)生水平分力。當(dāng)千斤頂安裝于墩柱切割面時(shí)，應(yīng)在面上先安裝一塊鋼板，然后再將千斤頂安裝于鋼板底面，隨著頂升高度的增加，跟隨千斤頂下安放840 mm×840 mm×200 mm標(biāo)準(zhǔn)鋼箱墊塊作為支撐，見圖5。

圖5 鋼支撐墊塊安放照片

3 調(diào)坡頂升中板梁下滑力分析及處理辦法

調(diào)坡頂升時(shí)，隨著坡度的不斷變化，蓋梁的水平位移不斷發(fā)生變化，而橋梁自身重力產(chǎn)生的下滑力由支座的摩擦力平衡，在橋梁墩柱切斷后，其下滑力需要通過設(shè)置其它結(jié)構(gòu)來平衡。通過鋼支撐的格構(gòu)柱可以平衡一部分下滑力，但由此會(huì)造成支撐變形，不利于結(jié)構(gòu)安全。而且同時(shí)鋼支撐下部與承臺(tái)之間的錨固螺栓型號(hào)也要加大。為保證結(jié)構(gòu)安全性，在橋面上設(shè)計(jì)一套牽拉限位裝置，通過該套裝置來平衡梁體的下滑力。在梁縫兩邊的梁體端頭設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)焊接在橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)上，鋼結(jié)構(gòu)之間用螺栓連接，以平衡下滑力(見圖6)。而且通過螺帽來調(diào)節(jié)螺栓的長(zhǎng)度，還可以牽拉梁體，調(diào)節(jié)梁體伸長(zhǎng)與縮短。由于梁體下滑力的累積，由低到高，所用特制螺栓應(yīng)根據(jù)計(jì)算逐步增多。并可根據(jù)計(jì)算載荷的大小采用液壓裝置來施加拉力。

頂升時(shí)派專人對(duì)限位裝置的螺栓進(jìn)行收緊，從而起到限制頂升中板梁產(chǎn)生水平位移的作用。頂升時(shí)，每3個(gè)行程觀測(cè)一次，如果縱向位移偏差大于1 cm，既在下一個(gè)頂升行程中，派專人在橋面上擰緊螺栓，將板梁的縱向位移調(diào)整過來。這樣使每跨的縱向偏移通過每跨安裝的縱向限位裝置進(jìn)行調(diào)整，不會(huì)產(chǎn)生位移偏移的累積，導(dǎo)致橋臺(tái)處偏移較大，確保立柱的垂直度。

圖6 橋面牽拉式裝置示意圖

4 柱切割

當(dāng)頂升的土建工程完成、千斤頂及液壓系統(tǒng)安裝完畢后，頂升準(zhǔn)備工作到位后，對(duì)頂升墩的橋墩進(jìn)行切割，切割后在柱內(nèi)安裝隨動(dòng)千斤頂頂升。采用新型無震動(dòng)直線切割設(shè)備對(duì)立柱進(jìn)行切割，見圖7[2]。

圖7 墩柱切割前后照片

對(duì)于Pm14～Pm17#橋墩，柱切割位置一般在墩柱中間處；對(duì)于Pm18～Pm20#橋墩，柱切割位置一般在承臺(tái)上1.6 m處，盡量避開墩柱的塑性鉸區(qū)域。

柱切割注意事項(xiàng)：

（1）將千斤頂加壓至計(jì)算荷載的70%；

（2）按切割位置及順序?qū)α⒅M(jìn)行切割；

（3）通過傳感器、水準(zhǔn)測(cè)量等檢查橋梁姿態(tài)情況；

（4）為保證切割時(shí)橋梁的絕對(duì)安全，避免因千斤頂失壓造成橋梁姿態(tài)改變，千斤頂安裝時(shí)活塞允許伸出的長(zhǎng)度不得大于5 mm。

5 頂升控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)液壓同步控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)工控軟件來控制液壓泵站及其配置的液壓元件，通過計(jì)算機(jī)指令來控制液壓千斤頂，然后通過位移及力傳感器把液壓千斤壓力變化及頂升的距離反饋至計(jì)算機(jī)屏幕上，便于操作人員了解有關(guān)情況和及時(shí)調(diào)整。

這種控制系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)指令來控制液壓千斤頂，系統(tǒng)通過力的平衡自動(dòng)調(diào)整各臺(tái)千斤頂?shù)膲毫?，這樣在頂升過程中保持各頂升力的平衡性，各頂升點(diǎn)所需的頂力值與實(shí)際提供值能夠相符。同時(shí)這種控制系統(tǒng)通過位移指令來控制液壓千斤頂行程，這樣保證了各臺(tái)液壓千斤頂平移的同步性，是一種力和位移綜合控制的頂升方法，這種力和位移綜合控制方法，建立在力和位移雙閉環(huán)的控制基礎(chǔ)上。

6 結(jié)語

該橋已于2016年9月順利頂升到位，目前立柱連接工作也已完成，正在后續(xù)的支座更換施工工作。此次頂升作業(yè)共投入使用頂升總控機(jī)1臺(tái)，頂升泵站7臺(tái)，200 t頂升千斤頂80臺(tái)，200 t隨動(dòng)千斤頂56臺(tái)，同時(shí)采用先進(jìn)的控制液壓系統(tǒng)，同步頂升跟隨保障系統(tǒng)及整體頂升支撐系統(tǒng)，并保證了頂升工作的順利實(shí)施。在河北省內(nèi)施工中屬于首次頂升這么多跨數(shù)的工程，此次頂升規(guī)模較大，調(diào)坡頂升高度也最高。

該工程可為整個(gè)工程大約減少三個(gè)月的工期，節(jié)約總投資2 800萬元，并能大大減少施工過程中對(duì)周圍居民的影響。

[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): 61-63.

[2]李品濤.橋梁頂升和加高技術(shù)[J].公路,2011(1):158-161.

[3]肖軍.城市多跨簡(jiǎn)支體系梁橋整體頂升施工過程控制技術(shù)[J].四川建筑科學(xué)研究,2015,10(5):151-155.

U445.4

B

1009-7716(2017)01-0113-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.033

2016-10-23

潘躍順（1988－），男，山東巨野人，工程師，從事道路橋梁施工工作。