桥梁同步顶升技术的研究与展望

李志峰

1 概述

桥梁同步顶升技术,是一项在不损坏桥梁结构强度、降低使用功能的情况下,采取全桥整体同步顶升的方法,将已建桥梁标高调整到新设计标高,以满足桥下通航净空要求的新型实用桥梁改建技术。

该技术可以广泛应用于公路、水运、市政、城建、铁路等一系列工程建设改造中,甚至一些文物、古建筑的整体顶升移位中。桥型方面,该技术不仅适用于各类简支梁桥、连续梁桥,同时也适用于内力自平衡体系的桁架桥、系杆拱桥等,而且可以做到主桥引桥整体顶升,应用范围极为广泛。

同时该技术操作要求多,控制精度高,需要较强的技术水平。本文以湖嘉申线航道屺风大桥顶升为范例,对桥梁同步顶升技术在内河航道改造中的应用做一些介绍,并对实际操作中涉及到的设计、施工、管理等各方面的问题提出某些探讨。

2 工程简介

屺风大桥为浔练公路上的一座桥,位于湖州市练市镇,2003年建成,设计荷载汽—20,挂—100。该桥主桥73 m跨桁架拱,引桥为7×13 m空心板,全桥长约255 m。主桥下部为钻孔灌注桩+承台+立柱接盖梁,引桥为桩柱结构。

该桥与湖嘉申线航道中心线交角为72.4°,通航净宽为63.5 m,已经满足Ⅲ级限制性航道60 m通航净宽要求,通航净高为4.5 m,距离Ⅲ级航道7 m净高相差2.5 m。主桥顶升重量约为1 500 t,引桥顶升重量约为200 t,12跨共计顶升重量约为2 400 t。

3 工程特点

1)顶升重量大,规模大。主桥引桥共需顶升14个盖梁。2)顶升高度大,顶升高度为2.5 m。3)相邻板梁纵向间铰缝连接,在板梁整体顶升过程中要保证铰缝混凝土不受损伤。4)顶升过程中,桥梁可能出现平动和转动,必须采取措施,避免产生超限偏移。5)顶升过程中顶升液压缸同步控制要求高。

4 施工要点

1)顶点布置、顶升力的计算。分析桥梁结构受力特点,合理布置顶升受力点,计算各顶升点的顶升重量,确定千斤顶型号,使桥梁在整个顶升过程中处于整体稳定、结构受力合理的状态。

屺风大桥主桥为内部超静定外部静定结构,总重约1 500 t,每个立柱布置4台200 t千斤顶,总顶力3 200 t;引桥每跨总重约400 t,每个盖梁下对称布置4台200 t千斤顶,总顶力800 t;顶升力安全系数K≥2.0(K值一般取1.5～2.0)。

2)顶升基础选用、原桥结构加固。主桥下部采用桩基+承台立柱结构形式,承台面积较大,可以有效的搁置千斤顶等顶升设备,选用老桥承台作为顶升基础。引桥下部采用双桩基+立柱盖梁结构形式,无千斤顶搁置空间,同时立柱断开过程中,上部结构将不再稳定。在引桥原有系梁位置处浇筑下部抱柱梁结构,作为顶升基础,下部抱柱梁通过纵向浇筑系梁一个框架,保持顶升过程引桥的稳定。

3)限位装置。主桥限位设置在主桥盖梁的两侧并通过植筋的方式与承台连成一体,通过限位杆件对盖梁底部的扁担梁进行纵横向限位,主桥限位共制作2套。引桥限位通过钢构件对立柱进行限位,限位装置通过预埋件与下部抱柱梁连成一体,引桥限位共制作4套,分别安装在每侧引桥的第2,5两个墩柱位置。

4)顶升设备的安装及调试。顶升设备包括液压千斤顶及顶下钢支撑、临时钢支撑、液压泵站及油管路、PLC液压同步控制系统、顶升位移监控系统等。安装前应对设备的状况进行检查、检修,确保设备完好。安装完成后进行设备调试,无误后安装钢支撑。

5)保压平衡。调试完成后,对顶升系统按每级10%逐级加载,预加计算荷载的99.9%时锁定系统,实现平衡保压。

6)断柱。一般采用接头错开断开的方法。接头不宜错开时,依据JGJ 107-2003,J257-2003钢筋机械连接通用技术规程4接头的应用4.0.3之1,2,3条规定,钢筋在同一接头断开时,柱断开部位宜在柱中部弯矩较小、无箍筋加密的区段,并采用Ⅰ级机械连接接头可不受限制;有抗震要求或加高后柱不能满足设计要求时,可采用环向外侧植入补强钢筋、柱外包钢筋混凝土使钢筋接头错开的方法。

墩柱切割采用金钢链锯无振动切割,切割时采取逐墩对称切割。

7)试顶升、称重。柱切割完成后,进行试顶升称重,试顶升就是液压同步控制系统先给出一个位移1 mm的位移指令,顶升系统在位移1 mm后持荷5 min,并将各液压千斤顶及液压泵站的荷载、泵压、油压值等数据反馈给液压同步控制系统,作为顶升控制依据,实现位移、顶力双控,进而实现整体同步顶升。

8)正式顶升。试顶升后观察若无问题,便进行正式顶升,千斤顶最大行程为140 mm,每一顶升标准行程为100 mm,最大顶升速度为10 mm/min。正式顶升按照整体同步顶升、逐墩到位的方法完成全桥顶升。

9)立柱钢筋接长及柱混凝土浇筑。本桥钢筋接长采用挤压套筒机械连接。混凝土浇筑前应将柱内清凿干净;采用整体钢模、微膨胀混凝土浇筑完成确保柱混凝土密实、新旧混凝土粘结牢固、表面光洁。

10)拆除恢复。全部顶升完成、柱混凝土达到设计强度后,即可拆除桥梁限位装置、顶升千斤顶及支撑系统、液压泵站、液压同步控制系统,恢复桥面系完成桥梁改造。

5 桥梁同步顶升技术的优点

1)经过结构检算,对顶升可能造成的桥梁影响进行了结构补强,确保顶升时桥梁结构安全。2)采用金钢链锯无振动切割,在切割过程中对桥梁结构稳定无任何影响。3)柱切割时液压控制系统在保压平衡状态下进行的,使桥梁在稳定的状态下完成了力系转换。4)整个顶升过程是在位移、顶力双控状态下完成的,同步精度高,为±2.0 mm。5)采用了专用的限位装置,确保桥梁顶升完成后的线形、中线、水平、柱垂直度等确保达到设计及规范要求。6)桥梁顶升工期短。桥下顶升准备阶段可以在不中断陆上交通的条件下进行;整个顶升施工所需时间约90 d,陆上从正式顶升中断交通到完成顶升恢复交通约60 d;水上交通在整个顶升过程中可不中断。7)顶升节约费用效果显著:如果采用拆除老桥重新建造的方案,新建主桥将花费777万元,引桥352万元,征地借地25万元,合计1 154万元。而采用顶升的方案主桥顶升费用154.5万元,引桥43万元,合计197.5万元,节省了约956.5万元的资金。8)社会效益:由于施工工期短,对周边环境的影响小,最大限度地节约了社会资源。

6 结语

通过桥梁同步顶升技术在屺风大桥成功应用,证明该技术成熟可靠,同时可以减少征地拆迁,节约建设费用与社会资源,缩短建设工期,消除桥梁拆建等重复建设引起的社会不良影响,是一项利国利民的好技术,将在长三角航道“四改三”工程及其他建设工程中发挥重要作用。

[1] 郭继业,彭香红.岂风大桥整体顶升技术[J].山西建筑,2009,35(15):318-319.