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桥梁顶升利用施工技术研究

范文

祝克栋

摘要：京哈高速公路四平至长春段改扩建工程利用桥梁顶升施工是长平高速全线顺利通车的重要节点，无论是主线桥梁还是上跨主线桥梁的施工工期和施工质量均决定着长平高速公路能否顺利恢复通车。特别是上跨主线桥梁是当地居民出行的必经之路，相关部门批复的施工周期极短，施工难度大，任务重。本工程利用桥梁主梁多为预应力混凝土空心板梁，该桥具有梁板跨度较小、梁板数量大等特点，并且顶升施工桥梁多、施工周期短等诸多限制问题。在本工程施工中，基于上述桥梁存在的特点及问题，寻找一种适合高速公路改扩建桥梁顶升施工的施工方法，实现费用低、工期短、设备简单易于组织的完成桥梁顶升施工。

Abstract： The reconstruction and expansion project by using bridge jacking construction of the Siping to Changchun section of the Jingha Expressway is an important node for the smooth opening of the Changping Expressway. The construction period and construction quality of the main line bridge and the upper main line bridge determine whether Changping Expressway can be successfully restored to traffic. In particular， the upper cross-mainline bridge is the only way for local residents to travel， the construction period approved by the relevant departments is extremely short， the construction is difficult and the task is heavy. The main beam of the bridge is mostly prestressed concrete hollow slab beam. The bridge has the characteristics of small span and large number of beams and slabs， and has many restrictions， such as， many jacking construction bridge and short construction period， and so on. In the construction of this project， based on the characteristics and problems of the above-mentioned bridges， this paper finds out a construction method suitable for the reconstruction and expansion bridge jacking construction of expressway， to complete bridge jacking construction with low cost， short construction period， simple equipment and easy organization.

關键词：桥梁顶升;施工技术;技术方案

Key words： bridge jacking;construction technology;technical solution

中图分类号：U445.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2019）13-0134-03

0 ?引言

近些年来，高速公路网已较为发达，随着交通量的增长以及超载车辆造成道路损坏等原因，一些高速公路已经不能满足行车安全的需要，改扩建工程施工日益增多。其中存在相当一部分桥梁使用时间较短，各项技术指标均能满足使用安全的要求，因而桥梁顶升利用施工技术逐渐兴起。在以往的顶升施工中，多采用PLC液压同步系统实现桥梁整体同步顶升施工。该方法费用高，并且液压终端数量存在局限性，因此有必要开展对桥梁顶升施工技术的研究和总结，寻求更为经济、适用的顶升施工方法，为类似工程高效、优质、安全的施工提供经验，推动桥梁顶升施工技术的发展。

1 ?工程简介

京哈高速公路是国家高速公路网规划的“放射线一”（G1），四平至长春段是其中的一段，位于吉林省境内，是吉林省乃至黑龙江省出关达海的重要通道，始建于1994年，1996年9月正式通车，已运行17年。自京哈高速公路四平至长春段（简称长平高速）通车以来，交通量增长较快、车辆超载严重，旧路15cm厚路面已不能满足行车安全的要求。改扩建施工将原高速公路由双向四车道增加至双向八车道，路面结构厚度增加至25cm。

本工程顶升桥梁桥梁共计5座，其中主线桥梁中桥2座，上跨主线桥汽车天桥2座、分离式立交1座。长平高速改扩建路面加高后，保证上跨主线桥梁桥下净空，桥梁设计采用上部结构整体顶升利用，墩台盖梁加高的方案施工。

长平高速里程桩号K60+766.366公果分离式立交桥，为上跨高速公路桥梁，是连接公主岭市和果树农场的交通要道，来往车辆频繁，交通量大。该桥上部结构形式为2×30m预应力混凝土简支小箱梁，单片梁板重量为81.27t，设计顶升高度为80cm;

K61+539.55八里河中桥为长平高速公路主线桥梁，上跨八里河。该桥上部结构形式为3×20m预应力混凝土空心板简支梁，单片梁板重量为24.37t，顶升高度为55cm;

K63+837.5火炬村汽车天桥，为上跨长平高速公路桥梁，是吉林省升级示范村火炬村出入的必经之路。该桥上部结构形式为2×30m预应力混凝土简支小箱梁，单片梁板重量为76.44t，设计顶升高度为45cm;

K66+710.4魏家岭汽车天桥为上跨长平高速桥梁，是施家村、石头哨村、乐园村及田园子村出行的必经之路。该桥上部结构形式为预应力混凝土简支小箱梁，单片梁板重量为76.44t，顶升高度55cm;

K69+517.4双龙河下甸子中桥为长平高速主线桥梁，上跨双龙河。该桥上部结构形式为4×16m预应力混凝土空心板简支梁，单片梁板重量为17.52t，顶升高度52cm。

2 ?顶升利用桥梁施工的工序和技术方案

2.1 桥梁顶升施工工序

本工程桥梁顶升采用上部构造整体同步顶升施工的方法进行，施工步骤如下：①凿凿除桥面，解除约束，安装限位装置，设置顶升检测点;②安放千斤頂，连接顶升设备;③桥梁试顶升、称重，确定顶升参数;④正式顶升、循环顶升;⑤安放钢支撑，浇筑盖梁加高混凝土;⑥更更换支座，落梁，拆除顶升设备，顶升完成。

2.2 桥梁顶升施工

2.2.1 桥梁顶升施工方案比选

桥梁顶升施工多采用PLC液压同步控制系统顶升施工，其通过计算系统调节控制各千斤顶顶进进程，各千斤顶间顶程误差小，顶升同步效果好。但经过对长平高速公路改扩建工程桥梁顶升施工环境的调查研究以及道路封闭审批手续情况发现，顶升利用桥梁多为跨越主线桥梁，且均是当地居民出行的必经之路，相关部门批复的封路时间较短，三座天桥几乎同时进行顶升;主线桥梁上部结构为预应力混凝土空心板简支梁，梁板数量大，顶升千斤顶数量多。对此，我们对桥梁顶升施工的施工方案重新进行了比选。PLC液压同步控制系统因其液压终端数量的限制，难以对梁板数量较多的主线桥梁进行整体顶升控制。同时，跨越主线桥梁的天桥施工，相关部门批复的封闭道路时间较短，且三座天桥施工的时间段相同，如按期完成桥梁顶升施工，则需要至少三套PLC液压同步控制系统进行顶升施工，费用过高，不经济。针对本工程的特点及社会环境的因素，我们采用百分表配合低高度串联油泵千斤顶完成桥梁同步顶升，采用一通四或一通八的截止分配阀保证油泵不间断均匀的为千斤顶供压，实现桥梁整体同步顶升。如果千斤顶数量较多，可以在一通多截止分配阀上继续加接一通八截止分配阀，满足主线桥梁顶升施工。对于天桥同时顶升，可相应增加泵站及管路，薄千斤顶在前一座桥梁更换下后即可进行下座桥梁顶升施工，实现三座天桥阶梯开始，同时进行顶升施工，费用较之PLC液压同步控制系统更加经济合理。

2.2.2 顶升千斤顶选择及布置

本工程桥梁顶升千斤顶以桥盖梁为反力基础，因盖梁与梁底空隙较小，所以采用超薄千斤顶进行顶升，空间足够安置较大千斤顶时则更换较大千斤顶，提高顶升效率。选择如下四种千斤顶：第一种：千斤顶高30cm，底座直径130mm，行程为10mm，顶力为50t液压千斤顶;第二种：千斤顶高50mm，底座直径130mm，行程为15mm，顶力为100t液压千斤顶;第三种：千斤顶高84mm，底座直径130mm，行程为25mm，顶力为100t液压千斤顶;第四种：千斤顶高185mm，底座直径160mm，行程为65mm，顶力为150t液压千斤顶。

每种千斤顶选用同一厂家、同一型号的千斤顶，以减小千斤顶之间顶程的差异。千斤顶均配有液压锁，可防止系统及管路失压问题，从而保证负载有效支撑。在千斤顶顶升过程中，由同一泵站分流阀控制顶升，各个千斤顶顶升行程、顶升压力保持一致。

以京哈高速公路四平至长春段改扩建工程里程桩号K61+539.55八里河中桥为研究对象，千斤顶布置形式如图1。

千斤顶安装稳固、竖直，使用钢板支垫，不平整处使用细砂找平，上铺钢板，必须保证千斤顶安防竖直，确保梁板顶升平稳，避免因顶升力而产生横向力。

2.2.3 初始油压计算、桥梁称重及试顶

根据设计资料调查，该桥上部构造为预应力混凝土空心板简支梁，单片梁板中梁为24.37t。根据千斤顶布置形式，每片梁板下对称布置四个千斤顶，千斤顶布置位置距支座中心线30cm。理论计算得每个千斤顶承受荷载为：

24.37×9.8/4=59.7kN

计算得理论初始油压为：

59.7kN/（π×65mm2）=4.5MPa

试顶时，初始值按50%理论荷载加压，按10%的荷载逐级加压，检查油泵、油管、千斤顶连接是否紧密，千斤顶顶进是否同步。持续加压，直至梁板产生位移时，停止加压，保持油泵压力。根据各顶升点产生的实际位移量，来确定出各顶升点的荷载是否分布均匀，对个别千斤顶的截止阀进行调节，使各千斤顶均匀同步顶进。当整个桥梁的顶升高度在3～5mm时，即整个桥梁处于悬浮状态，就证明各顶升点处的荷载与该千斤顶的负载值相一致。计算桥梁的实际重量：

G桥=∑σ×S/9.8

σ：千斤顶油压值（MPa）;S：千斤顶油缸的截面面积（mm2）。如油压加载至理论荷载的100%后，梁板未产生位移，则立即停止并逐级减压至理论荷载压力的50%，检查梁板约束是否完全解除，确保梁板处于自由状态。

桥梁的实际重量计算出后，此数据作为更换千斤顶顶升荷载的计算依据。称重完成后，继续顶升至1cm，检查泵站、有关、千斤顶等的工作状态，连接接口有无异常，确认无误后进入正式顶升。

2.2.4 循环顶升

桥梁试顶结束后，根据称重确定的顶升油压持续稳定加压，以3mm为一个阶段，每一阶段结束后即停止供压。监测各顶升点的实际位移，并根据监测数据利用截止阀对每一千斤顶进行调整，调整至同步后继续顶升。

千斤顶顶升至最大顶程或接近最大顶程时，使用专用钢垫块对梁板进行临时支撑，钢垫块安放必须竖直，竖向间连接牢固，千斤顶加垫后继续进行顶升。梁板顶升高度足够安装较大千斤顶时，更换大千斤顶已提高顶升效率，循环顶升至梁板设计顶升高度。

通过采用百分表配合低高度串联油泵千斤顶完成桥梁同步頂升，采用一通四或一通八的截止分配阀保证油泵不间断均匀的为千斤顶供压，实现桥梁整体同步顶升。如果千斤顶数量较多，可以在一通多截止分配阀上继续加接一通八截止分配阀，满足主线桥梁顶升施工。对于天桥同时顶升，可相应增加泵站及管路，薄千斤顶在前一座桥梁更换下后即可进行下座桥梁顶升施工，实现三座天桥阶梯开始，同时进行顶升施工，费用较之PLC液压同步控制系统更加经济合理，也为以后类似工程提供了宝贵的经验。

2.3 顶升监测

2.3.1顶升检测测点布置

梁板顶升监测主要包括竖向位移监测和横向位移监测。竖向位移监测控制梁板顶升同步性和设计顶升位置的准确性;横向位移监测为确保梁板顶升的稳定和安全。

竖向位移监测点布置：梁顶每孔布置6处，分别位于梁板两段及跨中位置左右两侧，使用电子水准仪测量，主要控制梁板顶升设计位置，辅助梁板顶升同步性监测;梁底部每一顶升点位置布置一处，使用百分表监测，控制梁板顶升的同步性，为各顶升点的调节提供数据。

横向位移监测点布置：每孔梁板设置4处，分别位于梁板两端支点处左右两侧，监测梁板顶升过程中的横向位移，确保顶升过程中梁板的稳定和安全。

2.3.2 阶段顶升高度确定

根据梁板各顶升点受力最不利状态建立计算模型，以梁板薄弱位置受力极限状态计算梁板最大位移（变形），确定阶段顶升高度。

通过计算得出确保旧桥质量和结构的前提下，同步顶升允许的最大差异，设定每阶段顶升高度，确保顶升施工的质量。该检测方法与串联油泵千斤顶顶升施工方法配套使用，为桥梁顶升施工提供了一种新的思路，且费用低，易于组织，应用前景广泛。

2.4 限位装置

限位装置是为保证梁板顶升过程中防止梁板产生纵横向位移，避免发生梁板倾覆等安全质量事故。利用原桥墩和桥台两侧的挡块作为限位基础，在其上部通过膨胀螺栓将2cm厚钢板固定，然后在钢板上焊接高100cm 直径10cm壁厚4mm的镀锌管作为横向限位装置，每孔梁板设置4处。以梁板顶升过程中，每一顶升阶段最不利状态产生横向力进行计算，每一顶升阶段高度为3mm，梁板横向宽度12m，每孔梁板总重：

G=24.37×9.8×12=2865.9kN

顶升阶段产生梁板最大倾斜角度：

θ=arctan（0.003/6）=0.028°

梁板产生横向力

P=sin（0.028°）×2865.9=1.43kN

直径10cm，壁厚4mm无缝钢管参数如下：

惯性矩Ix=139.2cm-4，抗弯截面系数W=27.84cm-3，弹性模量E=2.05×105MPa，容许应力[σ]=180MPa。

①钢管强度检算。

Mmax=PL=1.43kN×1m=1.43kN·m

安全系数取K=2.0

σ=KMmax/W=2.0×1.43 kN·m/27.84cm-3

=1.02MPa<[σ]=180MPa

限位钢管强度满足要求。

②钢管横向变形检算。

Fx=PL3/（3EI）=1.43kN×1m3/（3×2.05×105MPa×139.2cm-4）=0.000167m

B点处支点受力计算：由P1×0.25=P/2×1得：

P1=1.43kN/2×1m/0.25m=2.86kN

根据锚入膨胀螺栓抗拉试验得出，单个锚入膨胀螺栓抗拉拔力为1.96kN，每处限位锚入膨胀螺栓数量不少于4个，则安全系数为：1.96×4/2.86=2.74>2，满足要求。

横向限位装置作为防止顶升过程中，梁板因受力不同步发生梁板横向位移，防止梁板产生倾覆，是保证施工安全的最后一道关卡，是做为顶升施工的辅助手段。施工中应以同步顶升监测和调整为主，不能过分的依赖限位装置，应避免桥梁横向位移的发生。

2.5 盖梁加高施工

梁体顶升到位后，根据设计图纸要求进行桥墩、台盖梁接高施工。

顶升到位后，先将预制好的钢垫块安装在支座位置处，安装前应将盖梁顶面清理干净，并进行整平处理，将多余混凝土凿除掉。

为了保证桥梁顶升后长期使用的整体稳定及减少维护费用，盖梁在加高时采用在原盖梁上种植钢筋、绑扎钢筋及浇筑混凝土的方式，因盖梁与梁底空间较小，受现场很多因素影响，混凝土浇筑密实难度很大，因此混凝土应采用大流动度混凝土，要求坍落度不小于14cm。

①新旧混凝土接触面处理：凿毛过程中应尽量用小锤轻击，不能用力过大，以免损伤需要保留的混凝土。为保证新浇筑混凝土与原结构混凝土结合良好并共同受力，凿除面应保持毛面;凿除混凝土时宜从凿除区表面中间开凿，凿除区内原结构的构造钢筋不得剪除，浇筑混凝土时应按原样予以连接恢复。凿毛面和凿除面应清刷干净。

②钢筋施工：根据设计图纸要求，进行钢筋布置。

③模板施工：模板采用木模板按照相关规范要求施工。

④混凝土浇筑：混凝土采用补偿收缩混凝土，浇筑过程使用地泵或者泵车。在混凝土浇筑过程中应缓慢放料，并分层使用振捣棒浇捣密实，每隔30cm左右为一层，确保所浇捣的每层砼的密实性。

⑤混凝土养护：加高混凝土拆除模板后，用塑料薄膜或土工布将新浇筑的混凝土包裹严密，浇水养护。

⑥待盖梁加高混凝土强度设计强度的90%且龄期7d后，顶升梁体，拆除临时垫块，安装支座，将全桥千斤顶进行卸载，将梁体放在支座上，对于支座脱空的部分应采用1～20mm钢板将脱空支座部位垫实。

3 ?结语

通过对本工程桥梁顶升施工的研究，克服了PLC液压同步顶升施工方法费用高、液压终端数量限制及难以进行多个桥梁同时顶升施工的难题。在工期、质量、环境等诸多因素影响下，按期、保质的完成长平高速公路桥梁顶升施工，既减少了对当地居民的出行的影响，又确保了高速公路恢复通车的工期，圆满的完成了施工任务。同时为以后的类似工程提供了一种新的施工方法和宝贵的施工经验。

参考文献：

[1]杜沛，郑伟.浅谈桥梁顶升技术施工[J].河南建材，2013（3）：76-77.

[2]张玉杰.桥梁整体顶升施工技术的应用研究[J].安徽建筑， 2012，19（3）：148-149.

[3]赵洪善.南浦大桥主引桥顶升工程监测与分析[D].山东大学，2010.

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