何海泉

（中億豐建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，江蘇蘇州215131）

0 引言

隨著我國(guó)橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)數(shù)量以及技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于各種技術(shù)的應(yīng)用方式也越來(lái)越先進(jìn)，同時(shí)加之現(xiàn)有的技術(shù)得到了更新改造，給后續(xù)航道升級(jí)改造工程奠定了良好的基礎(chǔ)。原橋位于新G204 上，跨越九圩港，2009 年建成。主橋?yàn)樽兘孛孢B續(xù)鋼箱梁，跨徑布置為（50+80+50）m，北引橋?yàn)椋?×25）m 預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁，南引橋?yàn)椋?×25）m 預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁，原接線縱坡最大2.45%，路橋分界填土高度約5m。原橋梁全長(zhǎng)461.12m，橋面寬度組成（2×0.25）m（護(hù) 欄）+1.55m（人 行 道）+3.5m（非 機(jī) 動(dòng) 車(chē)道）+0.5m（機(jī)非分隔帶）+12m（行車(chē)道）+0.5m（護(hù)欄）+3m（中央分隔帶）=39.6m。橋位處水面寬150m，通航孔凈寬60m，凈高5.5m，通航孔凈空不滿足三級(jí)航道通航要求。

根據(jù)2014 年南通市城市橋梁九圩港大橋定期檢查報(bào)告可知，橋鋼箱梁內(nèi)僅防銹漆局部起殼剝落，局部銹蝕等。具體內(nèi)容見(jiàn)《2014 年南通市城市橋梁九圩港大橋定期檢查報(bào)告》。

1 工程概況

1.1 改造設(shè)計(jì)分析

此次九圩港航道整治，原橋位設(shè)在新G204 國(guó)道上，橫跨九圩港通航河道，于2009 年完成。主橋?yàn)樽兘孛孢B續(xù)鋼箱梁，跨徑布置為(50+80+50)m，橋面寬度39m，橋位處水面寬150m，通航孔凈寬60m，凈高5.5m。因通航孔凈空不滿足Ⅲ級(jí)航道通航要求，所以該工程改造主橋采用分幅整體頂升方案，整體抬升2.4m，可滿足通航凈空60m×7m 的要求。主橋墩號(hào)為9#～12#墩，其中10#～11#橋墩位于通航河道中。引橋和地面銜接道路新建抬升。

1.2 地質(zhì)分析

工程區(qū)屬平原河網(wǎng)區(qū)，地形平緩，受暴雨中心、河口潮汐調(diào)節(jié)和引排水道等因素影響，水域面積較小，河流縱橫形成網(wǎng)狀分布，彼此銜接。同時(shí)，人類活動(dòng)對(duì)河流水位變化與水量交換的影響也很大。航道水位也明顯受長(zhǎng)江水位變動(dòng)和人工操作影響，除汛期時(shí)節(jié)有一定的徑流量外，其他時(shí)段徑流量都較小。但工程現(xiàn)場(chǎng)及沿線斷層對(duì)施工環(huán)境無(wú)明顯危害，場(chǎng)地屬于區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定區(qū)。

2 橋梁交替頂升施工步驟

主橋9#～12#墩鋼箱梁頂升縱向布置，見(jiàn)圖1。

圖1 主橋9#～12#墩鋼箱梁頂升縱向布置圖（單位：m）

第一，橋梁9#和12#墩同時(shí)施工上下抱柱梁反力體系，10#和11#墩承臺(tái)放樣植螺栓。

第二，9#和12#墩上抱柱梁底千斤頂位置找平和10#、11#墩鋼箱梁頂升點(diǎn)位置梁體內(nèi)加固，隨后進(jìn)行所有承臺(tái)支撐安裝、限位系統(tǒng)安裝、橫向聯(lián)系及分配梁安裝、頂升千斤頂設(shè)備安裝。

第三，頂升設(shè)備全部安裝完成后即進(jìn)行稱重試頂升。梁體頂升施工前，清除伸縮縫內(nèi)雜物，安裝橋梁限位裝置；具備頂升條件后，試頂升梁體10mm，試頂升結(jié)束后進(jìn)行整體頂升施工。

第四，待梁體頂升完成后，對(duì)墩柱進(jìn)行斷柱頂升到位和接高施工，養(yǎng)護(hù)達(dá)到強(qiáng)度后即可進(jìn)行落梁[1]。

3 主橋主墩支撐系統(tǒng)搭設(shè)

3.1 主墩鋼管樁支墩和頂升千斤頂布置

中墩承臺(tái)為主要的頂升承重部位，根據(jù)重量分布，共布置16 臺(tái)300t 頂升千斤頂，下設(shè)直徑500mm 鋼管支墩，千斤頂支撐間隔為一組，間距0.95m，分A/B組布置，下部與承臺(tái)提前預(yù)埋的鋼板連接。

主墩鋼管樁在每達(dá)到2m 高度以后，需進(jìn)行橫向聯(lián)系加固。在一個(gè)0.5m 高的支撐上下兩端各安裝一塊（700×700×12）mm 的法蘭鋼板，通過(guò)螺栓與支撐緊密連接。法蘭鋼板上焊接（100×6）mm 的方鋼，將鋼支撐進(jìn)行橫向聯(lián)系。上下法蘭鋼板方鋼對(duì)撐焊接，并在上下方鋼之間，采用L75×8 的角鋼進(jìn)行“之”字形焊接聯(lián)系。通過(guò)方鋼與角鋼的焊接，組成一個(gè)格構(gòu)柱形式的橫向連接體系，保證支撐體系的安全和穩(wěn)定。

3.2 頂升千斤頂上部分配梁體系

在鋼箱梁內(nèi)部澆筑混凝土橫梁，加上箱梁外部設(shè)置的I36a 雙拼工字鋼分配梁組成頂升系統(tǒng)分配梁體系。

3.3 主墩上腳手架施工平臺(tái)

腳手架施工平臺(tái)設(shè)置于原有承臺(tái)面上，立桿橫橋向間距1m，縱橋向間距1.2m，橫桿間距1.2m。扶梯位于墩柱縱橋向一側(cè)，主墩橫橋向?yàn)榉奖阕钔鈧?cè)千斤頂頂升施工操作。橫橋向兩側(cè)懸挑1.2m，下設(shè)兩道斜撐，與承臺(tái)上立桿相連。

3.4 限位系統(tǒng)

限位系統(tǒng)采用（150×8）m 方鋼和（75×8）m 角鋼焊接聯(lián)系成型。限位骨架全部由（150×8）m 方鋼焊接而成。斜向和立柱（150×8）m 方鋼與預(yù)先焊接在梁底的（200×300×10）m 鋼板進(jìn)行焊接固定，同時(shí)在鋼板與箱梁焊接位置焊接加勁板以防止箱梁的局部變形[2]。

3.5 主墩支撐系統(tǒng)靜力計(jì)算（以A 組為例，B 組相同）

為了清晰分析鋼支撐的可靠性，水平力均按頂升荷載的2%取值（施工經(jīng)驗(yàn)）。

擬A 組四個(gè)鋼支撐單柱承受豎向荷載1125kN，順橋向橫向荷載22.5kN，橫橋向橫向荷載22.5kN。鋼構(gòu)件的最大應(yīng)力見(jiàn)圖2。

圖2 A 組頂升鋼支架應(yīng)力和位移圖（單位：MPa）

鋼支架的最大壓應(yīng)力為141.4MPa，最大拉應(yīng)力為131.7MPa，水平向的最大位移為5.5mm。以上各構(gòu)件應(yīng)力均小于190MPa，應(yīng)力位移均滿足《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64—2015）的要求。

3.6 屈曲分析

考察結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的穩(wěn)定性。由于在水平力作用下，結(jié)構(gòu)更為不利，因此不單獨(dú)考慮結(jié)構(gòu)在自重下的失穩(wěn)模態(tài)。模擬A 組四個(gè)鋼支撐單柱承受豎向荷載1125kN，順橋向橫向荷載22.5kN，橫橋向橫向荷載22.5kN。經(jīng)受力驗(yàn)算前兩階失穩(wěn)模態(tài)中，最小的穩(wěn)定系數(shù)為23.5＞4。滿足《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64—2015）的要求。

4 交替頂升施工

4.1 頂升前的準(zhǔn)備

4.1.1 頂升前的支座拆除

10#、11#墩直接頂升梁體，需要在頂升前對(duì)支座進(jìn)行拆除。用對(duì)應(yīng)型號(hào)扳手?jǐn)Q松，采用氧氣乙炔將支座上下鋼板固定螺栓頂帽進(jìn)行割除。解除墩柱和梁體間的支座聯(lián)系。頂升過(guò)程中檢查支座是否完全解除。待墩頂空間足夠拆除支座后，采用葫蘆將支座整體拖出和吊運(yùn)至地面進(jìn)行集中存放。

4.1.2 過(guò)渡墩的斷柱切割

在頂升前，設(shè)備調(diào)試完成后，需要對(duì)過(guò)渡墩柱進(jìn)行切割斷開(kāi)。切割位置位于下抱柱梁頂面往上40cm處。切割主要采用金剛石繩鋸系統(tǒng)進(jìn)行靜力切割施工。

4.2 交替頂升

4.2.1 設(shè)備連接和布置

在該工程項(xiàng)目開(kāi)展的過(guò)程當(dāng)中，施工采用的千斤頂需要將其安裝在梁底的位置，并且梁體的頂升同步要做到一致性。在具體施工環(huán)節(jié)要做好頂升設(shè)備以及橋面各個(gè)橋墩位置的控制，使其能夠處于一個(gè)平衡點(diǎn)，然后在每一個(gè)墩柱采用千斤頂油管以及傳感器數(shù)據(jù)將其進(jìn)行系統(tǒng)連接之后，再把分站之間的信號(hào)串聯(lián)起來(lái)，最終形成一個(gè)控制系統(tǒng)[3]。

4.2.2 控制點(diǎn)布置

橋面控制點(diǎn)位于橋面墩柱軸線上，分別位于軸線橫橋向兩側(cè)，防撞墻內(nèi)緣位置。橋梁底面位移傳感器控制點(diǎn)位于梁底墩柱軸線橫橋向兩側(cè)，分別位于底板邊緣。位移傳感器可記錄梁體頂升高度，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至控制主機(jī)上。

4.2.3 試頂升

在施工之前需要進(jìn)行試頂升，一般來(lái)說(shuō)試頂升的高度要控制在5mm，并且在試頂升的階段，還需要對(duì)各關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，確保每一方的施工參數(shù)達(dá)到運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)需要。

第一，需要對(duì)油缸油管以及泵站操作臺(tái)等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行全面檢查，確保設(shè)備處于一個(gè)就緒狀態(tài)。

第二，對(duì)整體系統(tǒng)工作情況進(jìn)行全面檢查，確保系統(tǒng)處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。

第三，為了能夠?qū)崿F(xiàn)同步頂升，需要對(duì)頂升之前每一個(gè)頂點(diǎn)位置的后再進(jìn)行檢測(cè)，按照各在30%～90%的參數(shù)進(jìn)行加壓，同時(shí)對(duì)油缸進(jìn)行壓保試驗(yàn)，時(shí)間控制在2h。

第四，結(jié)合計(jì)算頂升荷載的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)加載的方式進(jìn)行確定，在項(xiàng)目實(shí)踐階段中，頂升的高度要控制在1～5mm，并且對(duì)各個(gè)組的油壓進(jìn)行反復(fù)調(diào)節(jié)，保證每一個(gè)點(diǎn)的參數(shù)具備一致性。

第五，及時(shí)對(duì)頂升位置進(jìn)行觀察，查看是否出現(xiàn)脫離等情況，要采用百分表對(duì)它的行程進(jìn)行測(cè)試。

第六，試頂升結(jié)束之后，需要對(duì)頂升系統(tǒng)的整體姿態(tài)結(jié)構(gòu)位移等情況進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)，并做好相應(yīng)的調(diào)節(jié)，從而給正式頂升提供良好參考。

4.2.4 正式頂升施工

試頂升后，觀察若無(wú)問(wèn)題，便可進(jìn)行正式頂升，千斤頂最大行程為140mm，每一頂升標(biāo)準(zhǔn)行程為100mm，最大頂升速度3～4mm/min。

所有準(zhǔn)備工作完成后，即可進(jìn)行正式的頂升。根據(jù)設(shè)計(jì)要求增加頂升高度后，全橋微調(diào)到位。待墩柱改造完成后，進(jìn)行落梁至新支座上，以完成設(shè)計(jì)頂升施工。

5 交替頂升優(yōu)勢(shì)

該方案采用交替式頂升。相較于隨動(dòng)頂升，交替式頂升在頂升工藝和技術(shù)防范措施上有著諸多優(yōu)勢(shì)。

隨動(dòng)頂升過(guò)程中，千斤頂頂升節(jié)段到位，隨動(dòng)進(jìn)行支撐。由于隨動(dòng)無(wú)法頂升，只能給予一定反力跟隨，當(dāng)需要隨動(dòng)支撐時(shí)，隨動(dòng)自鎖并進(jìn)行機(jī)械支撐。在隨動(dòng)進(jìn)行支撐時(shí)，類似于剛性支撐，這時(shí)隨動(dòng)支撐體系的彈性壓縮會(huì)根據(jù)各隨動(dòng)支點(diǎn)的荷載成比例，存在不均勻沉降。隨著頂升高度的增加，支撐體系也會(huì)逐漸加高，不均勻沉降也會(huì)越來(lái)越明顯。交替頂升過(guò)程中，一組千斤頂頂升節(jié)段到位后，另一組千斤頂直接進(jìn)行頂升。通過(guò)千斤頂主動(dòng)加壓，千斤頂會(huì)根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的不同荷載進(jìn)行主動(dòng)加載反力，主動(dòng)消除掉支撐的不均勻沉降，解決頂升構(gòu)筑物附加應(yīng)力因支撐不均勻沉降而帶來(lái)的不受控問(wèn)題[4]。

交替頂升在每個(gè)千斤頂上安裝有平衡閥裝置，當(dāng)設(shè)備斷電或者油管泄漏等事故出現(xiàn)時(shí)，平衡閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉油管油路，保證千斤頂內(nèi)壓力不泄漏，防止千斤頂突然失壓，造成頂升構(gòu)筑物的不受控情況。隨動(dòng)裝置雖然在頂升過(guò)程中跟蹤保護(hù)，但是隨動(dòng)支撐在加墊塊的過(guò)程中處于不工作狀態(tài)，千斤頂處于保壓狀態(tài)，此時(shí)出現(xiàn)油管泄漏、斷電等情況時(shí)，橋梁會(huì)突然下落。

交替式頂升主要是指在頂升項(xiàng)目開(kāi)展的階段中，梁體處于兩組千斤頂交替支撐狀態(tài)背景下進(jìn)行作業(yè)，這種方式主要是由開(kāi)始到頂升結(jié)束，處于一種受力的控制狀態(tài)。所以對(duì)于每個(gè)千斤頂?shù)膲毫?，也要采用連續(xù)的監(jiān)測(cè)方式對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，這樣才能夠有效確保梁體在頂升的階段中不會(huì)出現(xiàn)損壞問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

橋梁左右幅施工完成后，通過(guò)公司和第三方監(jiān)測(cè)，將橋梁頂升完成后綜合高差和位移均控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。通過(guò)對(duì)上跨航道鋼箱梁交替頂升工藝進(jìn)行分析，支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，交替頂升工藝的先進(jìn)性和牢靠性均在該工程中取得良好的效果。隨著內(nèi)河航道提級(jí)改造工程越來(lái)越多，全國(guó)在建鋼箱梁頂升橋梁工程也在不斷增加，市場(chǎng)前景廣闊。該工程為同類型工程原位頂升提供了一個(gè)高效、節(jié)能、安全的改造施工方案。