林細花

(福建省萬興達工程檢測有限公司，莆田 351100)

1 工程概況

根據(jù)道路提升改造需要， 某中橋需要在原有基礎(chǔ)上進行1.75 m 抬高。 改造前，該橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，全長53 m，全寬60 m，質(zhì)量約7700 t。 橋梁共計3 跨，單跨長度16 m，按長度劃分，該橋梁類型為中橋。橋梁橫斷面上，左右輔道各1 幅，中間主車道2 幅，共計4 幅車道。單幅輔道寬度為12.5 m，單幅主車道寬度為16.5 m。 其中主車道分兩期建設(shè)， 前期建設(shè)寬度為12.5 m，而后經(jīng)拓寬增加4 m[1-2]。 橋梁各部分體積和質(zhì)量如表1 所示。

表1 橋梁構(gòu)件體積和質(zhì)量

2 橋梁頂升方式的比選

以往的橋梁頂升施工普遍采用托換式頂升工藝。 在該方法中頂升的托架體系、支撐體系、箱梁底分配梁承重通過原有的灌注樁搭建組成。 為了實現(xiàn)梁體與支座或墩柱脫離，達到維修支座、置換支座和墩柱的目的，梁體部分采用液壓同步控制系統(tǒng)裝置(PLC)整體微頂升。 梁體在頂升過程中是往往處于被動受力狀態(tài)， 對于整體性差的橋梁不適應(yīng)[3]。

該橋為空心板梁結(jié)構(gòu)，整體性不強?？紤]頂升過程中結(jié)構(gòu)的安全性，本工程采用交替式頂升。 頂升過程中，應(yīng)確保梁體各處位移不能超過容許值， 同時確保橋梁支撐體系的壓縮量、梁體內(nèi)力變化不明顯[1]。 頂升過程中適時監(jiān)控每個千斤頂所受壓力， 從而保證整個橋梁頂升系統(tǒng)處于安全可控狀態(tài)中。

交替式頂升中， 可采用單幅單跨頂升或者單幅整體同步頂升。 其中單幅橋梁整體頂升技術(shù)對應(yīng)的施工工期短，頂升過程中梁體結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力分布保持不變，可以防止墩柱中出現(xiàn)偏心荷載，從而保證橋梁整體性與安全性。該方法的缺點在于設(shè)備投入較多， 施工管理存在較大難度。 單跨頂升技術(shù)施工相對簡單，投入的設(shè)備少，但是施工工期長，交界墩處易出現(xiàn)偏心受壓，從而對墩柱質(zhì)量安全造成一定影響。

結(jié)合該橋整體技術(shù)狀況及工期要求， 同時為了方便控制頂升過程中橋梁整體姿態(tài)，經(jīng)綜合分析，本項目采用單幅整體交替式頂升施工方法。

3 橋梁單幅整體頂升施工要點分析

3.1 千斤頂?shù)脑O(shè)置

施工中采用斷柱頂升，千斤頂?shù)牟贾萌鐖D1 所示。分別將4 臺千斤頂布置在各墩柱兩側(cè)蓋梁底部位置。 計算得到中間墩樁柱最大荷載為2660 kN。 為確保施工安全，安全系數(shù)(最不利情況)取1.5，單墩中放置的千斤頂能產(chǎn)生的最大頂升力為2000 kN。為實現(xiàn)整體頂升1.75 m 高，各墩主車道和輔道頂升參數(shù)詳見表2。

圖1 千斤頂布置方式

表2 頂升參數(shù)設(shè)置

3.2 反力牛腿的設(shè)置

頂升完成后，需進行墩柱連接。為確保有足夠的空間開展連接，千斤頂與墩柱之間必須有足夠的間距。對于放置在蓋梁斜面的支撐裝置， 需找平斜面從而確保千斤頂能平穩(wěn)放置[2]。

抱柱牛腿位于蓋梁下方，二者高度差為1.5 m。 為確保抱柱牛腿和樁柱形成一個受力整體， 需對樁柱進行鉆孔植筋。植筋前先對樁柱進行鑿毛，鑿毛主要針對抱柱位置進行。植筋采用φ25 鋼筋，樁柱植筋立面布置和平面布置如圖2 所示。立面中新植入5 層鋼筋；平面中新植入鋼筋為8 根，采用均勻布置方式。 在鋼筋長度方面，橋墩位置植入鋼筋深度和外露鋼筋長度均為350 mm，而橋臺位置均為300 mm。

圖2 植筋布置圖

3.3 支撐體系的設(shè)置

支撐體系采用鋼支撐形式， 安裝過程中先將鋼支撐垂直度調(diào)整至符合設(shè)計要求， 支撐與抱柱牛腿通過預(yù)埋螺栓連接。 鋼支撐與抱柱牛腿之間剩余的空隙須填充密實[4]。 填充材料采用高強砂漿，通過干拌法施工。

鋼支撐采用Φ500×1000 mm 和Φ500×500 mm 組成。支撐高度每達到1 m，相鄰支撐間加入法蘭鋼板。 采用長100 mm、 寬6 mm 方鋼將同一抱柱牛腿的鋼支撐焊接到同一層的法蘭鋼板上，使各道鋼支撐得到橫向加固。此外采用L75×8 mm 角鋼作為相鄰兩層的方鋼之間的斜撐，進而增強系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)抗剪能力。中間墩抱柱基礎(chǔ)支撐正立面圖如圖3 所示。

圖3 中間墩抱柱基礎(chǔ)支撐正立面圖

3.4 限位系統(tǒng)選擇

熱脹冷縮等外界因素可造成梁體產(chǎn)生不均勻變形，并可能導(dǎo)致附加應(yīng)力的產(chǎn)生， 從而造成梁板與頂升系統(tǒng)出現(xiàn)相對滑動。為避免上述情況的出現(xiàn)，需設(shè)立可以限制縱橫向位移的限位系統(tǒng)[5]。

限位系統(tǒng)采用Q235 鋼材， 限位支架高度按照4 m考慮(圖4)，橫向豎桿間距按2.35×2.7 m 設(shè)計，限位裝置總高4 m。 鋼支撐豎桿構(gòu)件采用150×8 方鋼、其余所有構(gòu)件均采用L75×8 角鋼。 利用MIDAS 建模得出：

圖4 限位系統(tǒng)

根據(jù)頂升設(shè)計， 中間墩對應(yīng)單墩荷載最大，為5320 kN。中間墩單墩安裝2 個限位，按1%考慮橫向作用力，即為26.6 kN。 為簡便計算，按30 kN 進行受力分析。計算得出系統(tǒng)中對應(yīng)的最大拉應(yīng)力為9.1 MPa，最大壓應(yīng)力為25.6 MPa。在最不利的情況下，限位鋼結(jié)構(gòu)最大形變量僅為1.17 mm，各構(gòu)件壓應(yīng)力均小于188.5 MPa。

4 支撐體系受力分析

在頂升過程中，支撐體系逐漸加高。 支撐體系越高，對穩(wěn)定性要求越高。 因此計算中按最不利工況下支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性能否達到要求展開計算。 考慮初始鋼支撐與頂升高度，計算時支撐高度取4000 mm。

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，按照φ500 鋼支撐進行計算，鋼支撐承載力為3855 kN，設(shè)計支撐最大承載力1325 kN，安全系數(shù)2.91，滿足設(shè)計施工要求。

單根鋼支撐最大荷載按1350 kN 計算， 根據(jù)施工要求及以往施工經(jīng)驗， 取水平力為最大荷載的1%計算，則最大水平力為13.5 kN。 設(shè)計施工采用鋼管φ500 mm，φ500 鋼支撐，法蘭φ600 mm，固定螺栓位置φ550 mm。

支撐高度取3.5 m，則單根支撐螺栓最大彎矩為最大拉力41.2 kN 與支撐高度的乘積。

支撐預(yù)埋螺栓規(guī)格為8.8 級φ18 mm， 抗拉強度400 MPa。 螺栓拉力101.7 kN，大于設(shè)計值41.2 kN，滿足設(shè)計施工要求。

5 施工實時監(jiān)控

施工過程中采用PLC 頂升控制系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，監(jiān)測系統(tǒng)需配備位移傳感器、壓力傳感器。監(jiān)測內(nèi)容包括承臺相對標(biāo)高變化、橋面標(biāo)高變化、橋梁中線偏離情況、梁體端頭縱向位移、支撐體系壓力等。各監(jiān)測內(nèi)容對應(yīng)的測點布設(shè)位置如圖5 所示，測點數(shù)量及警戒值見表3。 施工過程中一旦監(jiān)測內(nèi)容超過警戒值，需及時中止施工，查找原因，并采取合理的補救措施。 監(jiān)測結(jié)果表明，施工過程中各監(jiān)測點對應(yīng)的最大值均未超過警戒值， 橋梁順利實現(xiàn)整體頂升1.75 m 高，效果良好。

表3 施工監(jiān)測布設(shè)及監(jiān)測結(jié)果

圖5 監(jiān)控點布置圖

6 結(jié)語

由于受現(xiàn)場條件限制，經(jīng)綜合分析，橋梁采用整體同步頂升技術(shù)，順利實現(xiàn)整體頂升1.75 m 高。 頂升過程中邀請第三方公司對鋼支撐應(yīng)力、 梁體位移和應(yīng)力等參數(shù)進行實時監(jiān)測， 結(jié)果表明頂升過程中梁體的應(yīng)變值均小于設(shè)計預(yù)警值。項目通過相關(guān)部門驗收、通車運營后繼續(xù)監(jiān)控觀測，未發(fā)現(xiàn)其他質(zhì)量問題。 結(jié)論表明，本項目所采用的施工技術(shù)方案是可行的。