張 濤

（1.上海市城市建設設計研究總院(集團)有限公司，上海市200125；2.上海工業(yè)化裝配化市政工程技術(shù)研究中心，上海市200125）

0 引言

頂升移位技術(shù)能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)使用的需要，將結(jié)構(gòu)移動到合適的位置上。近年來，頂升移位技術(shù)在房屋改造、橋梁改造等工程中取得多次成功運用[1]。相比老結(jié)構(gòu)拆除重建，采用頂升移位技術(shù)具有大幅降低建安費，減少建筑垃圾排放，能夠保存具有歷史意義建筑原貌等優(yōu)勢。

本文結(jié)合某跨航道橋梁改造工程建設需要，針對該橋梁進行頂升移位設計，可為以后類似工程設計提供參考。

1 工程概況

某跨航道橋梁，原橋梁結(jié)構(gòu)在2009年完成設計施工。主橋為38m+64m+38m=140m混凝土連續(xù)梁橋（見圖1），兩側(cè)引橋均為4×25m+3×25 m=175m簡支空心板引橋，引橋橋面連續(xù)。橋面寬度為0.5m（防撞護欄）+11.5m（車行道）+0.5m（防撞護欄）=12.5m。橋面采用雙向橫坡，橫坡均為1.5%。主橋主墩為墻式橋墩。主橋過渡墩與引橋均為排架墩，一樁一柱式結(jié)構(gòu)無承臺。原橋梁通航凈空為55m×5.5m。

現(xiàn)由于道路升級改造，需在原橋位兩側(cè)新建兩座橋梁，同時航道需滿足三級航道要求，即通航凈空滿足60m×7.0m。考慮到新老橋梁形成一致橫坡，新橋結(jié)構(gòu)底標高控制通航總凈空，經(jīng)過綜合推算，需將老橋頂升約2.324m。抬升后將老橋橋臺改建為橋墩，兩側(cè)另增兩孔橋梁與道路接順，見圖2。

圖1 原主橋橋型布置圖(單位：cm)

圖2 頂升后主橋斷面(單位：m)

2 設計原則與方案

2.1 設計原則

本項目建成時間不長，橋梁檢測表明結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好。鑒于橋梁建成后，諸多規(guī)范進行了改版，有的條文更新較大。橋梁改造本著“安全、可行、經(jīng)濟及滿足使用功能的原則”，按照新規(guī)范對老橋結(jié)構(gòu)主要控制指標進行靜力驗算，確保結(jié)構(gòu)安全。主要指標按照新規(guī)范執(zhí)行，不足部分考慮采用加固措施；對于部分構(gòu)造不能滿足新規(guī)范的情況，仍沿用原有設計標準。

結(jié)構(gòu)性能相關(guān)主要技術(shù)標準如下：

（1）設計荷載：汽車荷載-城A級；

（2）橋梁橫坡：保持原橫坡不變；

（3）環(huán)境類別：Ⅰ類；

（4）安全等級：一級；

（5）設計使用年限：不低于原設計預期值；

（6）抗震設防：地震設防烈度6度，基本地震加速度值0.05 g，C類設計，抗震設防分類標準為丁類，滿足相關(guān)構(gòu)造和抗震措施要求；

（7）頂升完成后標高控制精度：±2mm。

2.2 頂升方案

考慮到主橋頂升準備工作較少，先具備頂升條件，且主引橋結(jié)構(gòu)可相互提供頂升過程中的限位，提高整體頂升安全性；因此，制定總體頂升順序：主橋先頂升，兩側(cè)引橋達到頂升條件后進行頂升。

橋梁頂升總體方案如下：

（1）頂升支撐及設備安裝，1#孔、17孔空心板梁體吊離；

（2）主橋安裝限位裝置并頂升，主墩接高；

（3）引橋安裝限位裝置并頂升，引橋橋墩接高；

（4）過渡墩頂升，過渡墩接高；

（5）0#、17#橋臺改橋墩施工，并將原空心板梁復位。

3 頂升結(jié)構(gòu)驗算

3.1 橋梁頂升后結(jié)構(gòu)狀態(tài)驗算

按照頂升后的結(jié)構(gòu)形式和荷載數(shù)據(jù)，考慮結(jié)構(gòu)施工過程，按規(guī)范[2]驗算橋梁受力結(jié)構(gòu)，驗算項目與結(jié)論見表1，均滿足規(guī)范要求。因此，可認為結(jié)構(gòu)在不考慮新規(guī)范中局部構(gòu)造要求的情況下，頂升完成后結(jié)構(gòu)可直接投入使用，不需要針對結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固與改造。

表1 橋梁頂升后結(jié)構(gòu)狀態(tài)驗算

3.2 頂升過程中結(jié)構(gòu)驗算

經(jīng)過分析，認為頂升過程中結(jié)構(gòu)有三個風險因素：連續(xù)梁結(jié)構(gòu)頂升不同步使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞；引橋蓋梁頂升過程由于體系轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)承載能力不足；由于引橋無承臺，需要設置抱柱梁為頂升千斤頂提供支撐力。抱柱梁結(jié)構(gòu)由于承載能力不足發(fā)生破壞。針對風險開展驗算分析如下：

（1）連續(xù)梁結(jié)構(gòu)頂升不同步分析

建立有限元分析模型，利用支撐點的不均勻沉降模擬頂升過程中不同步產(chǎn)生的影響，分別考慮5 cm、6 cm、7 cm、10 cm不同步率作用下結(jié)構(gòu)狀態(tài)見表2。當不同步率超過5 cm后，會出現(xiàn)大量裂縫?？紤]到目前市面上同步頂升工藝通常能將不同支點不同步率控制在±2mm，將監(jiān)控支點不同步精度預警值設置為±2mm，超過預警值應預警并采取措施修正不同步率。同時要求不同步率超過±25mm應立即停止作業(yè)，檢查原因后，修正頂升工藝后再開展后續(xù)頂升工作。

表2 連續(xù)梁結(jié)構(gòu)頂升不同步分析

（2）引橋蓋梁頂升過程分析

考慮在引橋立柱切斷后，在外側(cè)立柱外緣0.5m范圍設置1個頂升支點；內(nèi)側(cè)立柱兩側(cè)各0.5m范圍設置1個頂升支點。在頂升過程中，蓋梁承受的荷載包括：蓋梁和引橋上部結(jié)構(gòu)恒載；千斤頂支撐力。兩者互為作用力與反作用力?？紤]到千斤頂之間聯(lián)動，在頂升過程中，各千斤頂支反力始終保持一致，可推算出各個千斤頂在受力平衡時荷載數(shù)值。根據(jù)恒載數(shù)值和千斤頂反力，可計算得到引橋蓋梁結(jié)構(gòu)在頂升過程中主要力學控制指標見表3。經(jīng)過驗算，驗算彎矩值和剪力值均小于蓋梁結(jié)構(gòu)承載能力允許值，頂升過程中的最大變形非常小，可基本忽略不計。

表3 引橋蓋梁頂升過程中內(nèi)力與變形

（3）抱柱梁驗算

利用引橋蓋梁頂升過程分析得到的千斤頂支撐力，驗算抱柱梁結(jié)構(gòu)，驗算內(nèi)容包括新舊混凝土結(jié)合面抗剪和抱柱梁抗彎驗算[3]。依據(jù)相關(guān)規(guī)范中驗算公式，在不植筋時，抱柱梁新舊混凝土結(jié)合面豎向承載能力數(shù)值與梁、柱混凝土抗壓強度設計值、新舊混凝土交接面的有效面積正相關(guān)[4]。經(jīng)過驗算，單個立柱選用1.2m高抱柱梁結(jié)構(gòu)可滿足兩個引橋頂升點反力的要求。

4 頂升措施與結(jié)構(gòu)構(gòu)造設計

4.1 引橋抱柱梁結(jié)構(gòu)與頂升設備布置

按照抱柱梁驗算要求以及頂升點設置位置，在立柱底部設置高度1.2m的抱柱梁（見圖3、圖4）。為提高頂升過程中抱柱梁整體穩(wěn)定和強度，將同一個橋墩三根立柱底的抱柱梁連接為一體。為不影響橋梁頂升完成后，橋墩立柱樁基的水平向剛度，要求在頂升完成后拆除抱柱梁連接段。抱柱梁上設置8處鋼支撐，鋼支撐底部采用植筋固定。鋼支撐頂上設置A、B兩組千斤頂，每組千斤頂4個，以便于交替頂升。單組千斤頂總頂升力/單組頂升總荷載大于1.75。

圖3 引橋橋墩抱柱梁與千斤頂布置立面（單位：cm）

圖4 引橋橋墩抱柱梁與千斤頂布置平面（單位：cm）

4.2 引橋橋墩接高

引橋立柱用金剛繩鋸切斷后，用水刀清除切斷面上下各1m范圍內(nèi)的混凝土，不得采用破碎錘等易造成結(jié)構(gòu)體劇烈振動的設備，以免造成結(jié)構(gòu)本身破壞。利用機械冷擠壓套筒將接長主鋼筋與立柱受力主鋼筋對接連接，并在接長段外側(cè)布置螺旋箍筋，接長段需澆筑無收縮混凝土。

4.3 主橋頂升設備布置

主橋承臺上支撐空間充足，根據(jù)頂升荷載需要，采用16處鋼支撐，鋼支撐底部采用植筋與承臺固定。鋼支撐頂上設置A、B兩組千斤頂，每組千斤頂8個，以便于交替頂升。單組千斤頂總頂升力/單組頂升總荷載大于1.75。

4.4 主橋橋墩接高

主橋主墩在立柱頂面局部接高，接高處立柱頂面需鑿毛，通過植筋將接高段受力主鋼筋與原立柱連接。

4.5 過渡墩抱柱梁結(jié)構(gòu)與頂升設備布置

與引橋抱柱梁結(jié)構(gòu)類似，抱柱梁高度1.2m，頂升施工過程中將各個立柱底抱柱梁連接為一體，頂升完成后，拆除抱柱梁連接段（見圖5）。過渡墩抱柱梁上鋼支撐以及千斤頂布置分為兩個階段。第一階段：主橋頂升時在抱柱梁靠近主橋側(cè)設置8處鋼支撐，鋼支撐頂上設置A、B兩組千斤頂，交替頂升主橋；第二階段：引橋及過渡墩頂升時在抱柱梁偏向引橋側(cè)設置8處鋼支撐，鋼支撐頂上設置A、B兩組千斤頂，交替頂升蓋梁。單組千斤頂總頂升力/單組頂升總荷載大于1.75。

圖5 過渡墩抱柱梁與千斤頂布置平面（單位：cm）

4.6 附屬結(jié)構(gòu)設計

由于橋面布置變化，頂升前需要拆除防撞墻。按照頂升施工工藝，需要拆除伸縮縫，主橋球鋼支座。頂升完成后，施工新的防撞墻、伸縮縫以及主橋球鋼支座。根據(jù)檢測報告，引橋部分支座老化，在頂升完成后，更換新支座安裝。

5 結(jié) 語

在老橋頂升工程中，由于設計規(guī)范的變更，橋梁結(jié)構(gòu)通常只能夠滿足原規(guī)范要求，在設計前期階段需要針對頂升后結(jié)構(gòu)標準進行明確。本工程中，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)特點，提出主橋引橋分開頂升的設計方案，頂升后的結(jié)構(gòu)驗算驗證了該工程采用頂升的可行性，設計中分析了頂升過程中的風險點并進行驗算。設計了頂升抱柱梁結(jié)構(gòu)、頂升千斤頂布置位置、橋墩接高等構(gòu)造措施。在實際工程施工過程中，施工單位尚應充分考慮施工階段的風險，如：頂升縱橫向偏移、大風惡劣天氣、設備故障等，確保工程的順利開展。