干繼紅，陳 誠(chéng)

（紹興市建設(shè)工程質(zhì)量安全管理中心 ，浙江 紹興 312000）

0 引言

在新一輪的城市高速發(fā)展中，城市現(xiàn)有橋梁無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的交通需求，多數(shù)橋梁其結(jié)構(gòu)承載力能夠滿足要求，但因凈空或線型問(wèn)題需進(jìn)行改造，傳統(tǒng)的拆除新建工藝勢(shì)必會(huì)造成資源的浪費(fèi)，且產(chǎn)生大量固體廢棄物，不能滿足綠色化施工的要求。橋梁頂升技術(shù)的應(yīng)用，有效地解決了上述問(wèn)題。作為一種新型的橋梁改造技術(shù)，橋梁頂升技術(shù)因其施工經(jīng)濟(jì)性、施工快捷性、對(duì)周邊環(huán)境影響小等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于城市高架橋的改造工程中，具有良好的應(yīng)用前景［1］。

1 橋梁頂升技術(shù)原理

橋梁頂升技術(shù)是在保證橋梁結(jié)構(gòu)整體的完整性和使用功能的前提下，利用剛性支撐支撐梁體、傳感器提供反饋、計(jì)算機(jī)控制液壓系統(tǒng)進(jìn)行頂升。該項(xiàng)技術(shù)可以控制梁體在頂升過(guò)程中的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步、同比例或反坡頂升，也可實(shí)現(xiàn)梁體在空中長(zhǎng)期滯留以及梁體姿態(tài)的微調(diào)。

橋梁同步頂升一般采用力和位移雙控的方式進(jìn)行控制，通過(guò)壓力傳感器對(duì)梁體進(jìn)行稱重后，由千斤頂集群對(duì)梁體進(jìn)行頂升。此外，千斤頂位移量與臨近的位移傳感器形成數(shù)據(jù)校對(duì)與閉環(huán)，控制橋梁頂升過(guò)程中各點(diǎn)頂升位移及梁體的整體姿態(tài)，保證結(jié)構(gòu)的安全。

2 橋梁頂升施工工藝

2.1 鋼支撐安裝（見(jiàn)圖 1）

圖1 鋼管支撐安裝圖

通過(guò)在承臺(tái)植入螺桿的方法將鋼支撐與承臺(tái)進(jìn)行螺栓連接，螺栓規(guī)格Φ18，間隔布置 8 顆植入承臺(tái)的螺栓，植入深度 10d。鋼支撐安裝時(shí)植入螺桿如果碰到承臺(tái)鋼筋無(wú)法下鉆或植筋深度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，則需要對(duì)該鋼支撐植入螺栓增加一倍以彌補(bǔ)深度不足帶來(lái)的不利影響。安裝螺帽并使螺帽處于同一水平面，然后安裝首節(jié)鋼支撐，錨栓穿過(guò)支撐底部法蘭孔，使用機(jī)械扶直將其固定于找平螺帽上，調(diào)整鋼支撐垂直度后管底面與混凝土承臺(tái)支撐面之間預(yù)留 8 cm 空間，用灌漿料灌注密實(shí)，灌漿前需對(duì)承臺(tái)頂部進(jìn)行清洗干凈。鋼管支撐安裝垂直度控制在 3 ‰ 以內(nèi)，且≤10 mm。

在頂升時(shí)，當(dāng)單墩頂升高度＜1.5 m 則使用 500 型鋼支撐作為臨時(shí)周轉(zhuǎn)墊塊安裝在千斤頂與底部 609 鋼支撐之間；當(dāng)頂升高度≥1.5 m 時(shí)則將底部 1 m 的 500 型鋼支撐換成 1 m 的 609 型鋼支撐，循環(huán)使用但保證上部 500 型鋼支撐的高度≤1.5 m。

2.2 液壓千斤頂?shù)陌惭b

千斤頂采用十字滑槽雙塊鋼板倒掛安裝于梁底。十字滑槽鋼板為上下兩塊鋼板組合而成。首先，根據(jù)上鋼板的位置與大小在梁底植入 4 根φ16 螺紋鋼，螺紋鋼位于千斤頂?shù)蹴斾摪宓乃闹懿⒅踩肓后w內(nèi)部，植入深度 12 cm；然后，將上鋼板與植入的 4 根鋼筋進(jìn)行焊接。因梁底混凝土面存在坡度，所以安裝上鋼板時(shí)底面應(yīng)保持水平。上鋼板與上部梁體底面之間預(yù)留 3 cm 左右的空隙，用灌漿料填充密實(shí)。千斤頂用螺栓與另一塊鋼板固定，兩塊鋼板通過(guò)螺栓連接將千斤頂固定在梁底（見(jiàn)圖 2）。

圖2 液壓千斤頂安裝圖

2.3 跟隨千斤頂安裝（見(jiàn)圖 3）

圖3 跟隨千斤頂安裝圖

跟隨千斤頂均安裝于墩頂與梁底之間的原支座位置附近，墩頂距離調(diào)平墊石現(xiàn)狀凈空不足跟隨頂安裝空間時(shí)，需將墩頂混凝土在液壓千斤頂頂起梁體并鎖定以后切除一部分［2］，切除高度不宜過(guò)大，滿足跟隨千斤頂安裝需求即可（見(jiàn)圖 4）。跟隨千斤頂安裝前先在梁底調(diào)平墊石下放樣出吊頂鋼板輪廓線并使用墨斗彈線，然后沿四邊輪廓中線旁邊位置植入 4 根φ16 的鋼筋，植筋位置距離輪廓線 1 cm，鋼筋植入深度 12 cm，外部露出 10 cm。對(duì)每塊鋼板與梁底植入的 4 根鋼筋進(jìn)行焊接，鋼板與梁底楔形塊之間保持 3 cm，鋼板吊裝完畢對(duì)鋼板與梁底之間的縫隙進(jìn)行壓高強(qiáng)灌漿料。

圖4 墩柱頂部切割圖

當(dāng)梁底墊石平整度滿足安裝隨動(dòng)頂要求時(shí)可以直接將吊頂鋼板與調(diào)平墊石緊貼并通過(guò)植入鋼筋焊接不必再壓漿。跟隨千斤頂下部支撐點(diǎn)即墩柱切割面采用高強(qiáng)灌漿料找平，保證下部受力面均勻受力。

2.4 頂升中偏位控制

橋梁頂升施工過(guò)程中，難以完全避免的以下因素可能會(huì)造成橋梁產(chǎn)生偏位：千斤頂垂直度偏差；頂升支撐體系垂直度偏差；頂升墊塊間的高度誤差；頂升過(guò)程中坡度的變化等。

以上四項(xiàng)因素最終均會(huì)導(dǎo)致千斤頂不垂直，在頂升過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)微小的水平位移。為避免出現(xiàn)此類情況，需設(shè)置平面限位裝置，限制橋梁可能發(fā)生的縱橫向位移。

限位支架應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，并應(yīng)在限位方向有足夠的剛度。橋梁中墩的限位支架宜安裝在中墩兩側(cè)，邊墩處的限位支架宜安裝在橋臺(tái)兩側(cè)，邊墩處的縱向限位宜利用橋頭擋墻進(jìn)行改造設(shè)置。

2.5 頂升設(shè)備調(diào)試

每組液壓千斤頂對(duì)應(yīng)的頂升部位做為一個(gè)頂升同步控制點(diǎn)，每個(gè)墩柱前后排處相鄰的液壓千斤頂作為一個(gè)分組。每臺(tái)位移傳感器均通過(guò)數(shù)據(jù)線向控制中心實(shí)時(shí)提供位移數(shù)據(jù)。每臺(tái)工控液壓泵站通過(guò)數(shù)據(jù)線接收控制中心頂升指令，并按照指令控制向千斤頂?shù)墓┯退俣取?/p>

由于各種誤差的存在，各組千斤頂?shù)捻斏俣扰c理論值之間會(huì)發(fā)生偏差，這種偏差由位移傳感器感知，并反饋至控制中心，控制中心對(duì)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，自動(dòng)向液壓泵站發(fā)出修正指令，液壓泵站通過(guò)修正指令調(diào)整供油速度，使各同步控制點(diǎn)的頂升速度始終趨近于理論值，從而達(dá)到同步控制的目的（見(jiàn)圖 5）。

圖5 同步控制原理圖及千斤頂分組圖

每組千斤頂配置 2 個(gè)拉線式傳感器并且與總控臺(tái)（控制中心）直接相連，頂升時(shí)控制中心接收泵站反饋信號(hào)以及拉線式傳感器反饋的信號(hào)綜合自動(dòng)分析，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及控制給油速率，確保頂升的同步性與比例協(xié)調(diào)性。

2.6 試頂升

正式頂升前進(jìn)行試頂升操作，確認(rèn) PLC 系統(tǒng)工作正常、各項(xiàng)監(jiān)控指標(biāo)可控。試頂升步驟及要求如下：

1）分級(jí)加載至臨界狀態(tài)，每級(jí)加載 20 %，每級(jí)保壓 5 min；

2）以 1、2、5、10 mm 為單位分級(jí)頂升，直至確認(rèn)頂升 PLC 系統(tǒng)運(yùn)行正常、監(jiān)控指標(biāo)可控；

3）試頂升期間檢查安裝的隨動(dòng)千斤頂是否正常跟隨，能否在指令下自動(dòng)伸縮。

2.7 正式頂升

試頂升后，觀察若無(wú)問(wèn)題，便進(jìn)行正式頂升，頂升速率為 3 mm/min，調(diào)坡頂升時(shí)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算各墩頂升速率。老橋頂升時(shí)各千斤頂?shù)捻斏俾逝c加速度均呈現(xiàn)線性變化，可有效控制橋梁頂升前后線型不發(fā)生改變，保持上述方法的頂升可以有效防止梁體內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力。

正式頂升，須按下列程序進(jìn)行，并作好記錄。

1）操作。按預(yù)設(shè)荷載進(jìn)行加載和頂升。

2）觀察。各個(gè)觀察點(diǎn)應(yīng)及時(shí)反映測(cè)量情況。

3）測(cè)量。各個(gè)測(cè)量點(diǎn)應(yīng)認(rèn)真做好測(cè)量工作，及時(shí)反應(yīng)測(cè)量數(shù)據(jù)。

4）校核。數(shù)據(jù)報(bào)送至現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)組，比較實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的差異。

5）分析。若有數(shù)據(jù)偏差，有關(guān)各方應(yīng)認(rèn)真分析并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

6）決策。認(rèn)可當(dāng)前工作狀態(tài)，并決策下一步操作。

2.8 分級(jí)頂升至設(shè)計(jì)高度

頂升分為多級(jí)頂升，按照總頂升量將每一級(jí)頂升量均分控制，以分級(jí)頂升量為基準(zhǔn)設(shè)置各墩頂升速度。

分級(jí)頂升時(shí)主要要求保證梁體呈均勻的線性抬高。保證梁體內(nèi)部不產(chǎn)生其余附加應(yīng)力。每次頂升時(shí)設(shè)定指令位移按照第一行程的指令高度輸入電腦系統(tǒng)，當(dāng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)定數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差時(shí)可以對(duì)下一行程的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào)整以滿足相對(duì)高差符合要求。

3 頂升過(guò)程監(jiān)控

3.1 施工監(jiān)控內(nèi)容

針對(duì)本項(xiàng)目的連續(xù)梁同步頂升施工項(xiàng)目，其施工監(jiān)控主要進(jìn)行以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

1）工前工后橋梁外觀的檢測(cè)。為了明確頂升施工對(duì)既有橋梁的影響，以及了解頂升前主梁是否存在影響頂升施工的病害（如受力裂縫），有必要對(duì)施工前后的橋梁技術(shù)狀況，主要是主梁技術(shù)狀況進(jìn)行檢測(cè)。

2）施工仿真分析。建立橋梁上部結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算模型，驗(yàn)算橋梁結(jié)構(gòu)是否能滿足一定范圍內(nèi)的頂升偏差，通過(guò)對(duì)頂升過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算，給出頂升過(guò)程結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的內(nèi)力或變形的允許范圍［3］。通過(guò)對(duì)施工中頂升支架等臨時(shí)設(shè)施進(jìn)行有限元分析評(píng)估，以驗(yàn)算施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。

3）應(yīng)力監(jiān)測(cè)。結(jié)合施工工況及現(xiàn)場(chǎng)反饋的結(jié)構(gòu)參數(shù)，預(yù)測(cè)并實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)試控制截面應(yīng)力變化情況。針對(duì)可能引起應(yīng)力超標(biāo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，向施工單位提出調(diào)整措施，以確保整個(gè)施工過(guò)程及成橋后內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。應(yīng)力測(cè)試斷面應(yīng)選取施工過(guò)程中受力最不利的斷面。綜合考慮測(cè)試的便捷性以及避免整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生流程沖突，選擇各跨跨中截面為應(yīng)力監(jiān)測(cè)斷面。對(duì)頂升支架的應(yīng)力監(jiān)測(cè)，應(yīng)結(jié)合有限元分析以及設(shè)計(jì)頂升力的結(jié)果，多次比較支架內(nèi)力與分析、設(shè)計(jì)預(yù)估是否吻合，以確保支架及梁體頂升安全。

4）變形監(jiān)測(cè)。變形監(jiān)測(cè)的主要目標(biāo)為以下幾個(gè)方面：①確保梁體剛度狀況良好，避免頂升過(guò)程因偏差導(dǎo)致頂升點(diǎn)產(chǎn)生不合理轉(zhuǎn)角或梁體產(chǎn)生不合理?yè)隙?；②確保頂升過(guò)程中，梁體的穩(wěn)定性，尤其是頂升過(guò)程橫橋向的同步性問(wèn)題很容易被忽視；③確保整個(gè)施工過(guò)程頂升支架基礎(chǔ)不產(chǎn)生較大的變形，以保證頂升安全。

5）溫度監(jiān)測(cè)。利用測(cè)試元件中的溫度傳感測(cè)試，對(duì)關(guān)鍵截面尤其是大體積混凝土以及超靜定結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。

6）施工監(jiān)控指令及誤差調(diào)整。在每個(gè)施工步驟結(jié)束后，要求對(duì)上個(gè)施工步驟的結(jié)構(gòu)安全、設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況及施工誤差情況等進(jìn)行分析、論證；并根據(jù)目前施工誤差情況及施工的安全風(fēng)險(xiǎn)等因素，在下一步施工前，給出新的施工監(jiān)控指令。

3.2 安全預(yù)警指標(biāo)及報(bào)警制度確立

為了能合理地對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)危險(xiǎn)狀態(tài)及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)估將基于直接指標(biāo)進(jìn)行，即基于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形。

結(jié)構(gòu)安全預(yù)警功能設(shè)置在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)預(yù)處理結(jié)果超出額定警戒值后，預(yù)警程序自動(dòng)檢測(cè)本數(shù)據(jù)采集單元內(nèi)與該傳感器相關(guān)的參數(shù)和其它傳感器的輸出，進(jìn)行超值預(yù)警判別；與此同時(shí)，該數(shù)據(jù)采集單元將向管理人員發(fā)出預(yù)警信息。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁頂升過(guò)程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)在實(shí)際實(shí)施中擬對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形等指標(biāo)實(shí)行兩級(jí)報(bào)警制度（預(yù)警值及報(bào)警值見(jiàn)表 1）。

表1 施工監(jiān)控參數(shù)預(yù)報(bào)警值表

1）第一級(jí)為“橙色區(qū)”，應(yīng)力及變形兩部分監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)中部分達(dá)到這一水平后，施工單位應(yīng)引起足夠的重視?！俺壬珔^(qū)”的應(yīng)力及變形的閥值為施工荷載作用下的效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值。

2）第二級(jí)為“紅色區(qū)”，亦稱為危急報(bào)警區(qū)域。當(dāng)結(jié)構(gòu)部分應(yīng)力、變形值超過(guò)該區(qū)域設(shè)定值之后，施工單位需立即停止施工，并迅速根據(jù)各種計(jì)算分析結(jié)論，會(huì)同專家一起進(jìn)一步檢查，經(jīng)研究和分析后決定是否需要調(diào)整施工方案或施工需進(jìn)行臨時(shí)加固?！凹t色區(qū)”的應(yīng)力及變形的閥值則暫定為應(yīng)力及變形達(dá)到影響結(jié)構(gòu)安全的允許限值。

3.3 施工監(jiān)控反饋控制的方法

橋梁頂升過(guò)程幾何監(jiān)測(cè)值與理論值間誤差超過(guò)規(guī)范規(guī)定限值時(shí)，可采取下列反饋控制措施：

1）對(duì)于施工過(guò)程及成橋幾何狀態(tài)可調(diào)整的橋梁，應(yīng)在當(dāng)前施工或成橋狀態(tài)直接調(diào)整；

2）對(duì)于施工過(guò)程及成橋幾何狀態(tài)不可調(diào)整的橋梁，應(yīng)以當(dāng)前施工狀態(tài)為基礎(chǔ)，根據(jù)誤差影響預(yù)測(cè)分析結(jié)果，對(duì)后續(xù)的施工狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋控制。

橋梁施工過(guò)程結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)監(jiān)測(cè)值與理論值誤差超過(guò)規(guī)范規(guī)定限值時(shí)，應(yīng)在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，采取下列針對(duì)性的反饋控制措施：

1）對(duì)于混凝土梁式橋頂升施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)應(yīng)力，可通過(guò)調(diào)整頂升荷載的變化速率與同步性改善受力；

2）當(dāng)因施工工序、工藝不當(dāng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力不利時(shí)，應(yīng)通過(guò)調(diào)整施工工序、工藝，調(diào)整施工過(guò)程結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)；

3）當(dāng)因橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工方案匹配性不夠?qū)е陆Y(jié)構(gòu)受力不利時(shí)，應(yīng)采取局部加固或增設(shè)臨時(shí)輔助設(shè)施等改善后續(xù)施工中結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

橋梁頂升工藝是一項(xiàng)復(fù)雜且危險(xiǎn)性較大的施工工藝，能夠改變橋梁的線形，對(duì)比于橋梁拆除新建工藝，橋梁頂升技術(shù)可節(jié)約成本約 1/3，不產(chǎn)生固體廢棄物，不封道施工，無(wú)灰塵生產(chǎn)，有效降低對(duì)周邊環(huán)境和交通的影響，充分實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)廢化管理，在城市高架改造中具有廣泛的應(yīng)用前景。本工程通過(guò)對(duì)頂升設(shè)備及頂升監(jiān)測(cè)的控制，能夠很好地保證頂升過(guò)程的安全。但對(duì)于橋梁本身力學(xué)行為分析不夠全面，現(xiàn)有的橋梁頂升技術(shù)缺少標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)分析模型，這對(duì)于前期的計(jì)算分析十分不利，不同的設(shè)計(jì)者可能采取不同的分析模型，將會(huì)使計(jì)算出來(lái)的結(jié)構(gòu)參差不齊，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)錯(cuò)誤結(jié)論。Q