李國鋒

(中鐵十四局集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250000)

1 引言

隨著我國城市、交通規(guī)模不斷發(fā)展，以往修建的部分道路、橋梁已經(jīng)不能適應(yīng)未來發(fā)展，需要采取改、擴(kuò)建手段進(jìn)行升級。為了降低成本、減少浪費(fèi)，橋梁改擴(kuò)建時(shí)很多橋梁經(jīng)常會被保留，采用加寬或頂升手段調(diào)整線形[1]，使其進(jìn)一步發(fā)揮功效。

橋梁頂升技術(shù)盡管在很多工程中有應(yīng)用(如橋梁支座更換)，但橋梁頂升接高工程中，頂升高度遠(yuǎn)大于更換支座時(shí)的高度，頂升精度控制要求、橋梁內(nèi)力控制要求也更高。

廣中江高速東風(fēng)互通施工中遇到的變截面、不等跨、不同頂升高度等多項(xiàng)技術(shù)難題，對保證穩(wěn)定性、保證主梁內(nèi)力及線形等方面提出了更高的要求，需要采取更精細(xì)化的頂升技術(shù)[2]。

2 工程概況

廣東省廣中江高速公路東鳳互通主橋設(shè)計(jì)采用39 m＋60 m＋32 m變截面連續(xù)箱梁，橋梁上部設(shè)計(jì)為變截面連續(xù)箱梁，單箱三室，箱梁頂板寬度16.5～20.5 m，厚度0.28 m；底板寬度11.5～15.5 m，厚度0.25 m。箱梁高度2.0～3.7 m，腹板寬度0.65 m。

該橋梁下部結(jié)構(gòu)的4個(gè)墩(DZ42～DZ45)，依次為雙柱式圓柱墩(直徑1.6 m)、雙柱式門式方墩(截面尺寸2.5×2.2 m)、三柱式門式方墩(截面尺寸2.5×2.2 m)、三柱式圓柱墩(直徑1.6 m)，其中邊墩處墩柱平均高度8.9 m。橋梁基礎(chǔ)采用1.8 m鉆孔樁，其中邊墩為樁柱結(jié)構(gòu)，設(shè)底系梁；主墩為雙排樁結(jié)構(gòu)，設(shè)工字形承臺。

該連續(xù)梁施工完成后，因設(shè)計(jì)方案變更，橋梁線形發(fā)生了較大變化，需對該橋主梁整體頂升，并調(diào)整縱坡，將坡度由現(xiàn)狀的 －0.03%調(diào)整為1.32%，頂升到位后橋梁水平投影長度縮短12 mm。頂升總面積2 345.5 m2，頂升總重量達(dá)64 813 kN。各墩位具體頂升高度見表1。

表1 各墩位頂升高度

3 技術(shù)難點(diǎn)分析

本工程為一聯(lián)三跨變截面連續(xù)梁調(diào)坡頂升，各墩處的頂升荷載均不相同，中墩互不相同，且與邊墩差異較大，因而對設(shè)備的同步性要求較高[3]；頂升高度最高達(dá)3.24 m，邊墩頂升高度相差1.77 m，梁體在頂升過程中除上升外，還在逐漸豎向旋轉(zhuǎn)，第一階段調(diào)坡頂升過程中千斤頂?shù)拇怪倍群臀恢迷诓粩嘧兓?，對支撐體系的穩(wěn)定性要求較高。

4 施工方案比選及工藝控制

4.1 施工方案比選

由于調(diào)坡影響，各墩頂升高度不一致，其中DZ42與DZ45梁部頂升差為176.7 cm?；诖?，通過分析探討，就如何頂升進(jìn)行了方案對比，見表2。

表2 頂升方案對比

經(jīng)對比分析后最終采取方案二，安全風(fēng)險(xiǎn)相對較低。主要施工順序:(1)以DZ42墩(該墩設(shè)計(jì)頂升高度為147.2 cm)為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，進(jìn)行調(diào)坡頂升(角速度一致)，當(dāng)DZ45墩頂升高度達(dá)到176.7 cm時(shí)停止頂升；(2)對全橋同步頂升147.2 cm，全橋達(dá)到設(shè)計(jì)頂升高度；(3)先切斷兩處主墩，將主墩上半部分(含墩頂蓋梁)頂升，然后接高墩柱；(4)破除邊墩蓋梁及部分墩柱并重建，最后進(jìn)行落梁。

施工工藝流程:原承臺基礎(chǔ)改造[4]→梁底分配梁安裝→鋼管支撐系統(tǒng)安裝→千斤頂頂升(受力由墩身轉(zhuǎn)移至臨時(shí)支撐)→梁部頂升→中墩斷柱頂升接高→邊墩及蓋梁拆除重建→支座、墊石安裝→落梁就位→拆除臨時(shí)支撐。

4.2 原承臺基礎(chǔ)改造

(1)邊墩基礎(chǔ)改造

邊墩設(shè)計(jì)為樁柱結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有基礎(chǔ)無法直接使用，故需要在現(xiàn)有樁基內(nèi)側(cè)新增鋼管樁并施作承臺，作為臨時(shí)頂升基礎(chǔ)[5]。鋼管樁樁徑為500 mm，壁厚10 mm，每個(gè)墩打入兩排鋼管樁，梅花形布置。承臺寬2.6 m，高1.5 m，長度與現(xiàn)有蓋梁尺寸相同，見圖1。

圖1 邊墩基礎(chǔ)改造(單位：cm)

(2)主墩基礎(chǔ)改造

主墩承臺為工字形，根據(jù)設(shè)計(jì)資料，現(xiàn)有基礎(chǔ)承載力滿足頂升要求，僅需中墩在承臺兩側(cè)和中間缺口部分適當(dāng)擴(kuò)大，在承臺頂面支撐位置增設(shè)分配梁；在承臺橫向側(cè)增設(shè)砼牛腿，長100～120 cm，寬150 cm；在承臺頂設(shè)砼扁擔(dān)梁，梁高100 cm，寬120 cm，見圖2。

圖2 主墩基礎(chǔ)改造示意(單位：cm)

4.3 臨時(shí)支撐體系

(1)臨時(shí)支撐體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

臨時(shí)支撐體系從下至上設(shè)計(jì)為鋼管立柱、頂部橫梁(分配梁)、找平墊塊。各墩臨時(shí)支撐布置形式見表3。

(2)臨時(shí)支撐立柱施工

頂升支撐體系立柱采用φ609×16鋼管，上下兩節(jié)通過法蘭連接，底部植筋與承臺連接。鋼管長度6～2 m不等，根據(jù)橋下凈空高度和頂升高度選用，原則上節(jié)段長度宜長不宜短。頂升過程中采用φ500×12鋼管作為工具式墊塊，長度規(guī)格2～0.1 m不等[6]。鋼支撐間通過型鋼加固成整體，高度方向不超過2.5 m設(shè)一道水平支撐，上下水平支撐之間設(shè)剪刀撐。水平支撐采用 14型鋼，剪刀撐采用100×8角鋼。

由于橋下凈空有限，無法使用大型起吊設(shè)備，立柱安裝使用裝載機(jī)配合人工安裝。安裝時(shí)先將立柱水平運(yùn)輸至橋下，然后在梁底設(shè)臨時(shí)吊點(diǎn)逐步將鋼管扶正[7]。安裝時(shí)先安裝內(nèi)排，再安裝外排。

(3)分配梁安裝

分配梁固定在箱梁底部，位于箱梁與千斤頂之間。分配梁直接承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)重量，并將力傳遞給千斤頂，因此分配梁要有足夠的剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性，保證在梁體頂升過程中不發(fā)生變形。分配梁采用腹板箱式分配梁，梁寬800 mm，梁高800 mm，梁長13～17.8 m，共計(jì)6根。

分配梁安裝時(shí)，采用倒掛方案，在梁底每間隔1 m位置打入膨脹螺栓，將分配梁與膨脹螺栓連接。打孔時(shí)需避開主梁鋼筋位置。

(4)調(diào)平墊塊施工

受現(xiàn)有主梁梁底縱坡影響，頂升前需在梁底設(shè)置調(diào)平墊塊。墊塊采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)片，灌漿料灌注密實(shí)以保證密實(shí)度[8]。

(5)水平限位裝置施工

由于橋梁調(diào)坡頂升，梁體繞低支點(diǎn)有轉(zhuǎn)角；另外受頂升支撐和千斤頂?shù)陌惭b誤差，頂升過程中將產(chǎn)生部分水平力。為保證梁體的正常姿態(tài)和位置[9]，保證頂升系統(tǒng)的安全及梁體結(jié)構(gòu)安全，在邊墩蓋梁頂面設(shè)置兩根縱向砼限位柱。限位柱截面尺寸為800×800 mm，其中DZ42限位柱高2.5 m，DZ45限位柱高4.3 m。

4.4 千斤頂布置與安裝

本工程采用200 t、300 t兩種液壓千斤頂。根據(jù)各墩頂升高度不同，千斤頂本體高度分為472 mm、572 mm兩種，行程分別為140 mm、240 mm，見表4。

表4 頂升千斤頂配置

千斤頂選用帶球頭可轉(zhuǎn)動的液壓千斤頂，頂部球頭轉(zhuǎn)角最大可達(dá)5°。千斤頂頂部球頭隨上部結(jié)構(gòu)坡度的變化而轉(zhuǎn)動，保證千斤頂受力過程中始終保持垂直狀態(tài)。

為避免頂升過程因頂升系統(tǒng)液壓失效帶來的風(fēng)險(xiǎn)，在頂升千斤頂處同時(shí)布置同步輔助跟隨千斤頂。跟隨千斤頂與頂升千斤頂采用同型號，現(xiàn)場以不同顏色區(qū)分。與人工填塞墊塊的方法相比，同步千斤頂可以實(shí)現(xiàn)無間隙跟隨，精度更高、更安全，具體布置見圖3。

圖3 主墩千斤頂布置(單位：cm)

4.5 橋梁頂升

(1)橋梁試頂升

橋梁頂升采取位移與頂力雙控的原則。為了觀察和驗(yàn)證支撐[10]、頂升系統(tǒng)工作狀態(tài)，橋梁正式頂升前進(jìn)行試頂升，試頂高度10 mm。頂升時(shí)首先加載至理論頂升力的80%，然后緩慢加載至位移傳感器確定各點(diǎn)已經(jīng)分離，再頂升使各頂達(dá)到10 mm。停機(jī)10 min后檢查橋梁各支頂部位和頂升支架有無變形和加載點(diǎn)有無局部破壞情況。試頂升合格后進(jìn)行正式頂升。

(2)梁部正式頂升

經(jīng)試頂檢驗(yàn)合格，梁部進(jìn)入正式頂升階段。以頂升對大距離的DZ45墩處的位移來控制頂升節(jié)奏，每20 cm為標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)反復(fù)頂升，直至梁部達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，施工現(xiàn)場見圖4。

圖4 橋梁頂升接高施工現(xiàn)場

5 橋梁頂升關(guān)鍵要點(diǎn)及措施

(1)本橋因涉及調(diào)整橋梁縱坡，所以梁體除豎向位移外，還存在水平位移及轉(zhuǎn)角。施工中必須采用抗水平位移及水平力的措施，保證頂升過程安全，防止箱梁傾覆。在本橋施工中具體表現(xiàn)為先轉(zhuǎn)角、再頂升，減少水平力作用的時(shí)間；在邊墩設(shè)置水平限位裝置。

(2)臨時(shí)支撐體系的設(shè)計(jì)，應(yīng)充分利用現(xiàn)有橋梁基礎(chǔ)，且必須對現(xiàn)有橋梁基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)算和分析，校核其承載力是否滿足施工階段荷載需求，尤其是支架可能對既有基礎(chǔ)產(chǎn)生的偏心壓力和水平力。本橋支撐在邊墩處設(shè)置“獨(dú)立”基礎(chǔ)，在主墩處設(shè)置“對稱”基礎(chǔ)。

(3)橋梁頂升的最終目標(biāo)在于“保全”現(xiàn)有梁體，所以在施工過程中，應(yīng)對梁體施工過程中的受力狀況進(jìn)行驗(yàn)算，防止梁體受傷。首先要保證各支點(diǎn)盡可能靠近主橫梁；其次要保證頂升過程“同步”，保證各支點(diǎn)處受力始終處在可控范圍內(nèi)。本橋頂升充分利用PLC同步[11]頂升技術(shù)，嚴(yán)格控制頂力與位移，使之匹配，施工過程中嚴(yán)密監(jiān)視梁體內(nèi)力及變形，確保梁體“內(nèi)在安全”[12]。

6 結(jié)束語

廣中江高速公路東鳳互通主橋頂升施工，通過“先轉(zhuǎn)角、再頂升”的施工方案，采取了主千斤頂＋跟隨同步千斤頂、千斤頂頂端可轉(zhuǎn)球頭、蓋梁限位柱等一系列措施，在保證施工安全的同時(shí)，又保證了施工進(jìn)度，降低了對主梁內(nèi)力的影響。通過整體頂升施工技術(shù)的應(yīng)用，減少了橋梁改擴(kuò)建中的廢棄工程，減低了成本、提高了效益，為同類工程提供借鑒參考。