整体调坡顶升技术在立交桥改造工程中的应用

潘跃顺，董全保，李立亮

（上海先为土木工程有限公司，上海市 2 00331）

整体调坡顶升技术在立交桥改造工程中的应用

潘跃顺，董全保，李立亮

（上海先为土木工程有限公司，上海市 2 00331）

以石家庄市和平西路高架桥西延（中华大街～西二环）PM13#-PM22#墩整体调坡顶升工程为例，介绍了桥梁整体调坡顶升技术在城市高架桥改造工程中的应用，有关经验可供相关专业人员参考。

调坡顶升；高架改造；PLC顶升系统；施工技术

0 引 言

随着城市快速化发展，目前部分城市现状道路已无法满足交通需要，已经形成了一个全路段、常态化的拥堵状况。由于道路本身容量不足，虽然交管部门已经采取了各种交通管理措施，但交通拥堵问题仍然无法解决，导致和平路未能体现城市快速交通走廊的功能，亟须进行改造。为节约投资、加快工期及减少对周围环境的影响，决定采用对原有立交桥进行整体调坡顶升的施工方法，使原立交桥与新建的高架桥连接起来。本文拟从该工程的顶升方案、设备、技术、施工、注意事项及取得的效果等作了较详细的阐述。

1 工程概况

1.1 项目概况

和平路位于省会城市核心区的北侧，为石家庄市北翼连接城市东西的主要通道之一，是城市总体规划确定的“环形快速路+井字形机动车主通道”的重要组成部分。目前，和平路中华北大街至建设大街段，约3.7 km范围内采用高架连续跨越；和平路中华大街至西二环段为地面道路，沿线多为信控路口，为解决常年拥堵现状，拟对中华大街至西二环地面段新建高架桥，为使原有立交与新建高架的连接，需对Pm13～Pm22墩进行调坡顶升改造，保证原立交桥的有效利用。

1.2 桥梁概况

该调坡顶升段于2009年竣工，已运行7 a。桥跨组成为：（20.94 m+21.04 m×8）预制预应力混凝土简支空心板，共计9跨。桥宽25.5 m，桥面组成为：3×0.5 m（防撞墙）+12 m×2（车道宽）。预应力混凝土简支空心板按A类预应力混凝土构件设计，每跨共24片单板。

桥墩采用方柱式墩，单墩配置2个立柱，顶部设置盖梁，墩顶盖梁均采用“Π”型盖梁，见图1。

1.3 顶升高度和重量

图1 和平路高架西延断面图（单位:mm）

本次调坡顶升工程桥梁全长189.26 m，共九跨简支板梁。调整顶升高度为0～5.882 m，见表1，顶升面积为4 826.13 m2。

表1 各桥墩（台）顶升高度表 m

顶升段桥梁的总体重量约11 000 t，见表2。

表2 各桥墩顶升重量表 t

施工时可根据顶升设备等具体情况设置千斤顶个数及吨位，必须保证千斤顶的吨位有足够的安全储备。

1.4 施工特点和难点

（1）顶升高度最高达约5.882 m，临时垫块和顶升支撑循环多，对支承体系的整体稳定性提出了更高的要求，如何确保支撑体系的牢固、可靠、不失稳是本工程的一个难点。

（2）顶升中各跨顶升高度不一，调坡的相邻墩顶升高差约1 m，对控制系统要求更高，顶升控制系统需具备同一个墩同步顶升和不同号墩同步顶升的功能。

（3）顶升过程中，桥梁上部刚度较大可能出现平动和转动，必须采取措施避免产生偏移。由于上部结构与原有承台基础距离大，如何更有效的选用限位措施是一个难点[1]。

2 总体顶升方案

采用PLC液压同步顶升控制系统，结合钢分配梁技术、钢牛腿植筋技术、静力切割技术、牵拉限位技术和顶升监控等技术，顶升托换采用直接顶升法和断柱顶升法两种方法，通过顶升盖梁底或板梁底的方法来改变桥面标高，顶升完成后接高立柱或垫石。采用“整体同步顶升、分步到位”的顶升顺序。

对于桥台（Pm13）采用钢分配梁直接顶升的方法，对于桥墩（Pm14～Pm20）采用断柱顶升方法，对于顶升高度只有6 cm的（Pm21）桥墩采用超薄千斤顶直接顶升方法。

2.1 顶升反力系统

（1）Pm14#～Pm20#桥墩采用断柱顶升法，即以承台——609钢支撑——盖梁的托换方式进行顶升。

利用原承台作为液压千斤顶的反力基础，在原承台上放置钢支撑，钢支撑通过植筋的方法，生根在承台上，增强支撑的稳定性，支撑间设置联系杆件形成格构柱。在钢支撑与盖梁之间安装顶升千斤顶，保压后对墩柱进行切割，机械随动顶安放在墩柱内的切割面上，通过PLC电脑同步控制系统，“整体顶升、同步控制、分级到位“顶升上部结构的方法来实现抬高桥梁标高，顶升到位后，对立柱进行连接，强度达到后拆除609钢支撑，然后安装更换原有的支座[3]，见图2。

图2 Pm14#～Pm20#整体顶升方案示意图（单位:mm）

（2）桥台Pm13#墩采用直接顶升法，以承台——分配梁——板梁底的托换方式进行顶升,见图3。

图3 桥台Pm13#整体顶升方案示意图

对原有台身的斜角进行凿除找平后安放609钢支撑，钢分配梁通过手拉葫芦吊装于板梁底，通过高强灌浆料找平，然后在钢分配梁与钢支撑间安装液压千斤顶与机械随动顶，通过PLC系统进行顶升。顶升后将原有台身拆除，再改造承台、施工新的桥墩、落梁至新桥墩上。

2.2 顶升千斤顶选用与安装

（1）液压千斤顶的选用

Pm13～Pm20#墩采用200 t双作用液压千斤顶，其参数为：200 t、63 MPa、高366 mm、底径244 mm、行程最大140 mm。单柱两侧各布置3台液压千斤顶，单墩共布置12台顶升千斤顶，共计2 400 t，安全储备系数2 400/1 400=1.71。

千斤顶自身带有多重安全保护装置，主要是液压平衡阀和机械螺纹自锁装置。增加千斤顶顶升过程中的安全可靠，见图4。

图4 液压顶升千斤顶工作照片

（2）液压千斤顶的安装

为便于顶升操作，所有千斤顶均按向下方向安装，即千斤顶底座固定在盖梁底和桥台钢分配梁的下方。千斤顶安装时应保证千斤顶的轴线垂直。以免因千斤顶安装倾斜在顶升过程中产生水平分力。当千斤顶安装于盖梁底面时，应在盖梁底面先安装一块水平钢板，水平钢板与盖梁底面用干硬性高强砂浆填塞，然后再将千斤顶安装于水平钢板底面。

2.3 机械跟随千斤顶选用与安装

（1）机械跟随千斤顶与液压交替顶比选与选用

使用油压顶升缸（液压千斤顶）顶升重物是工程中常见的施工方法，尤其是几百吨以上的重载工件施工情况，油压顶升是唯一可行的选择。但如果液压千斤顶在顶升时发生意外内泄的意外因素，使重载顶升的安全性受到限制。目前有两种理念方法对顶升千斤顶的意外失效时确保梁体的安全措施，其一是所谓的多组千斤顶交替顶升的方法。其二是机械跟随保护千斤顶进行顶升保护的方法。但目前国内交替顶升法还有很多弊端，故本工程采用我公司发明的机械跟随保护千斤顶进行顶升，相比交替顶升，随动千斤顶作为一种机械顶，能随时提供保护作用，确保顶升构件的绝对安全。无数的工程实例证明，随动千斤顶应用前景更广，安全系数更高。

（2）机械跟随保护千斤顶原理及选用

本装置的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种在液压顶升千斤顶油压突然消失时仍能有效支撑重载工件、避免工件滑落的机械式随动支撑机构。顶升时，随着液压千斤顶的向上顶升，机械跟随千斤顶实时进行无间隙旋转位移跟随确保随动顶与支撑间的密贴。机械顶随动千斤顶内部采用机械螺纹来承载，通过机械螺纹的弹性变形来承受上部的荷载，假设液压千斤顶出现爆管等不利现象，可以立即实时由随动千斤顶进行支撑，确保顶升构件不致发生塌落风险。

对于Pm14～Pm20#墩，切割完成后，在单柱里面布置4台机械随动顶，单墩共布置8台跟随顶，安全储备系数3 200/1 400=2.29。400 t跟随千斤顶选用参数：承载力400 t、行程140 mm、高390 mm、底径368 mm。对于桥台P13#，布置9台200 t机械跟随顶，安全储备系数1 800/700=2.57。200 t跟随千斤顶选用参数：承载力200吨、行程250 mm、高470 mm、底径268 mm。

（3）机械跟随保护千斤顶安装及分组

为便于顶升操作，所有千斤顶均按向下方向安装，即跟随顶底座固定在桥台分配梁底和墩柱切割面的下方。千斤顶安装时应保证千斤顶的轴线垂直。以免因千斤顶安装倾斜在顶升过程中产生水平分力。当千斤顶安装于墩柱切割面时，应在面上先安装一块钢板，然后再将千斤顶安装于钢板底面，随着顶升高度的增加，跟随千斤顶下安放840 mm×840 mm×200 mm标准钢箱垫块作为支撑，见图5。

图5 钢支撑垫块安放照片

3 调坡顶升中板梁下滑力分析及处理办法

调坡顶升时，随着坡度的不断变化，盖梁的水平位移不断发生变化，而桥梁自身重力产生的下滑力由支座的摩擦力平衡，在桥梁墩柱切断后，其下滑力需要通过设置其它结构来平衡。通过钢支撑的格构柱可以平衡一部分下滑力，但由此会造成支撑变形，不利于结构安全。而且同时钢支撑下部与承台之间的锚固螺栓型号也要加大。为保证结构安全性，在桥面上设计一套牵拉限位装置，通过该套装置来平衡梁体的下滑力。在梁缝两边的梁体端头设置钢结构焊接在桥面铺装钢筋网上，钢结构之间用螺栓连接，以平衡下滑力(见图6)。而且通过螺帽来调节螺栓的长度，还可以牵拉梁体，调节梁体伸长与缩短。由于梁体下滑力的累积，由低到高，所用特制螺栓应根据计算逐步增多。并可根据计算载荷的大小采用液压装置来施加拉力。

顶升时派专人对限位装置的螺栓进行收紧，从而起到限制顶升中板梁产生水平位移的作用。顶升时，每3个行程观测一次，如果纵向位移偏差大于1 cm，既在下一个顶升行程中，派专人在桥面上拧紧螺栓，将板梁的纵向位移调整过来。这样使每跨的纵向偏移通过每跨安装的纵向限位装置进行调整，不会产生位移偏移的累积，导致桥台处偏移较大，确保立柱的垂直度。

图6 桥面牵拉式装置示意图

4 柱切割

当顶升的土建工程完成、千斤顶及液压系统安装完毕后，顶升准备工作到位后，对顶升墩的桥墩进行切割，切割后在柱内安装随动千斤顶顶升。采用新型无震动直线切割设备对立柱进行切割，见图7[2]。

图7 墩柱切割前后照片

对于Pm14～Pm17#桥墩，柱切割位置一般在墩柱中间处；对于Pm18～Pm20#桥墩，柱切割位置一般在承台上1.6 m处，尽量避开墩柱的塑性铰区域。

柱切割注意事项：

（1）将千斤顶加压至计算荷载的70%；

（2）按切割位置及顺序对立柱进行切割；

（3）通过传感器、水准测量等检查桥梁姿态情况；

（4）为保证切割时桥梁的绝对安全，避免因千斤顶失压造成桥梁姿态改变，千斤顶安装时活塞允许伸出的长度不得大于5 mm。

5 顶升控制系统

计算机液压同步控制系统就是利用计算机技术，通过计算机工控软件来控制液压泵站及其配置的液压元件，通过计算机指令来控制液压千斤顶，然后通过位移及力传感器把液压千斤压力变化及顶升的距离反馈至计算机屏幕上，便于操作人员了解有关情况和及时调整。

这种控制系统通过计算机指令来控制液压千斤顶，系统通过力的平衡自动调整各台千斤顶的压力，这样在顶升过程中保持各顶升力的平衡性，各顶升点所需的顶力值与实际提供值能够相符。同时这种控制系统通过位移指令来控制液压千斤顶行程，这样保证了各台液压千斤顶平移的同步性，是一种力和位移综合控制的顶升方法，这种力和位移综合控制方法，建立在力和位移双闭环的控制基础上。

6 结语

该桥已于2016年9月顺利顶升到位，目前立柱连接工作也已完成，正在后续的支座更换施工工作。此次顶升作业共投入使用顶升总控机1台，顶升泵站7台，200 t顶升千斤顶80台，200 t随动千斤顶56台，同时采用先进的控制液压系统，同步顶升跟随保障系统及整体顶升支撑系统，并保证了顶升工作的顺利实施。在河北省内施工中属于首次顶升这么多跨数的工程，此次顶升规模较大，调坡顶升高度也最高。

该工程可为整个工程大约减少三个月的工期，节约总投资2 800万元，并能大大减少施工过程中对周围居民的影响。

[1]尹天军.高速公路上跨桥整体顶升技术[J].世界桥梁,2009(1): 61-63.

[2]李品涛.桥梁顶升和加高技术[J].公路,2011(1):158-161.

[3]肖军.城市多跨简支体系梁桥整体顶升施工过程控制技术[J].四川建筑科学研究,2015,10(5):151-155.

U445.4

B

1009-7716(2017)01-0113-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.033

2016-10-23

潘跃顺（1988－），男，山东巨野人，工程师，从事道路桥梁施工工作。