不中断交通的单墩顶升施工工艺探讨

廖焕旺 王光宾 俞文彬

(1.江西省高速公路投资集团有限责任公司，江西 南昌 330038； 2.江西省交通科学研究院，江西 南昌 330200)

不中断交通的单墩顶升施工工艺探讨

廖焕旺1王光宾1俞文彬2

(1.江西省高速公路投资集团有限责任公司，江西 南昌 330038； 2.江西省交通科学研究院，江西 南昌 330200)

结合泰和县某高速公路桥梁支座的病害情况，介绍了支座顶升更换的方法及设备，阐述了不中断交通情况下的单墩同步顶升技术，实践表明在不中断交通，仅适当限速的情况下，PLC计算机同步顶升系统可以实现支座的顶升更换。

桥梁，支座，同步顶升，施工工艺

0 引言

桥梁支座是桥跨结构的支承部分，承上启下是桥梁上、下部结构的连接点。它能将桥梁上部结构的反力和变形传递给下部结构，使其实际受力情况满足设计图纸，避免梁端与墩台直接接触造成损害。因此，桥梁支座应具足够的强度、刚度，有自由转动外，还应便于安装、维修、更换。根据其容许变形量的大小分为固定支座和活动支座[1]。

我国高速公路混凝土梁桥主要使用的是橡胶支座，而钢构桥采用的是钢支座或无支座，泰和县某高速公路段上的桥梁大部分采用橡胶支座，下面介绍该路段出现病害较多的板式橡胶支座的特点。

板式橡胶支座是由多层天然橡胶与薄镶嵌、粘合、硫化而成的，其构造较为简单，它的转角位移和水平位移是分别通过橡胶的弹性压缩、剪切变形来实现的。板式橡胶支座按构成材料是否含四氟乙烯板可分为普通橡胶支座和四氟乙烯滑板支座。普通橡胶支座具有强大的竖向刚度可以承受来自竖向方向的荷载，并具有良好的弹性变形，能够满足梁端的转动；其较大的剪切变形能力亦满足上部构造的水平位移。四氟乙烯滑板支座除拥有普通橡胶支座的基本性能，还可以承受来自垂直方向的荷载及支撑梁端的转动外，由于支座表层的四氟乙烯板与梁底不锈钢板之间的摩擦系数较低(μ≤0.03)使桥梁上部构造在水平方向上限制较小，可相对自由移动[2]。

1 泰和县某高速桥梁支座情况

1.1 支座主要病害

根据《泰和县某高速井冈山机场管理所桥梁定期检查报告》(2014年2月，江西省交通质量检测中心)可知泰和县某高速公路桥梁支座主要存在病害有：脱空、老化开裂、剪切变形、外鼓，如图1所示。

1.2 支座病害的危害

支座病害限制了上部结构梁体的自由伸缩，对桥梁上部结构受力造成不利影响，长期如此不仅使梁体、墩台产生附加内力，对结构安全也带来了隐患。

考虑桥梁的长远使用，如果单采用养护措施，不但不能从根本解决病害问题，还会增加桥梁养护投入，直接更换存有病害支座才能有效的解决问题。因此，泰和县某高速公路决定对存有病害的支座进行顶升更换。

2 支座顶升更换的方法及设备

2.1 支座顶升更换方法

桥梁支座顶升更换的主要施工技术是采用千斤顶或其他设备将桥梁上部结构顶升至一定的高度后对存在病害的支座进行维修更换。传统的全桥整体同步顶升法对连续桥梁产生的附加内力较小或不产生，相对安全，但是当梁体被整体顶起后失去了支座对它的约束，容易在受到较小的外力作用下形成机动体系，给施工带来安全隐患。“全桥整体同步顶升法”需要的仪器设备比较多，较为适用小跨径桥梁，对大跨连续梁，施工成本高，遇桥梁支座局部损坏，不需要整体同步顶升[3]，如用此法则大大浪费了施工成本。

结合泰和县某高速公路桥梁存有病害支座的实际分布情况来看，并非全桥的支座都存有病害，大部分桥梁都是单墩或多墩存有病害支座，无需采用“整体同步顶升技术”。依此特点我们提出的顶升方法为横向同步、纵向分阶段逐步顶升方法中的“纵向单点(逐墩)，横向同步”方法来进行支座顶升更换。该法是通过沿桥墩横向方向布置千斤顶并同步控制顶升高度，达到顶升高度时将病害支座更换后落梁，接着将千斤顶纵向摆放至另一桥墩上进行作业。

2.2 支座顶升更换设备

1)单墩同步顶升法的设备选择。针对本项目桥梁更换支座施工特点，所选取的设备系统为PLC计算机同步顶升系统，该设备除了具备通用顶升设备的基本功能外，还具备以下几个优点：a.具有较小体积、较轻重量、可在施工现场灵活的组合、分布。b.适宜远距离、大跨径连续梁桥的同步作业。c.对同步性的精准控制，不论是沿桥梁的纵向方向或是横向方向，确保各个顶升点之间精密同步，且相对位移满足桥梁体系的结构受力要求；在液压管道中，油压力降低主要表现为能量的损失，应尽量避免，从图2可以看出，采用计算机控制微泵组多点位移同步顶升系统可以有效控制油管长度，消除因油管长度不同而产生的管道压力降，从而减少压力降所带来的各点顶升不同步的缺陷。

2)设备突出技术特点。同步位移控制精度不大于0.2 mm。拉线式位移传感器：误差小于1 mm。采用Windows平台软件系统自动控制同步顶升作业，智能判断误差超限并报警停止作业。对每一个作业点的顶升压力和顶升量都可以进行单独设置和操作，同时支持单作用千斤顶或双作用千斤顶。设备可以在梁体顶升过程中和落梁过程中保持相同的精度控制。设备可以通过增加油箱的方法或分流油管来满足提升千斤顶数量及顶升吨位。位移检测传感器：拉线式位移传感器(有效测量行程500 mm)。

3 主要的施工工艺及理论分析

3.1 施工方法和步骤

在正式梁体顶升开始前，必须对梁体进行试顶，用来检查仪器设备安装的是否正确，各作业点是否稳定。试顶时将梁体顶起1 mm，并稳定一段时间后进行监测，如无异常情况，则正式顶升。

3.1.1 施工前的准备

首先，根据桥梁支座检测的结果确定需要更换的数量及位置。其次，根据设计图纸确定需要更换支座的类型和数量，再结合现场桥梁的结构形式选择相应的千斤顶及数量，组织安排相关的施工人员。

对仪器设备的检查、校核和调试，如油泵是否完好，油管表面是否老化开裂，油管长度是否合适，以及千斤顶吨位、行程是否满足要求，位移计量程是否能满足等。

3.1.2 标注原支座中心线

用记号笔在梁底、垫石中心线及左右两边做好记号，以便更换支座时对位移的控制。

3.1.3 安装千斤顶，试顶梁体

梁体顶升时采用PLC位移同步顶升液压系统控制整体同步顶升系统[4]，分级分次顶升，千斤顶布置在盖梁或桥台上，如图3所示。

3.1.4 梁体顶升

1)梁体顶升时，需要有技术人员指挥，每次顶升高度根据设计要求所定，本项目桥梁每次顶升量为3 mm，但顶升总量不宜超过1 cm。2)梁体顶升时采用梁体位移控制与千斤顶顶力控制双重控制，其中梁体位移为主，千斤顶顶力为辅。当油泵显示异常时立刻停止工作，稳定梁体，调查问题原因并解决后，方可继续顶升。3)对于桥梁梁端有约束的情况(设有伸缩缝装置、桥面连续、护栏)，顶升前应将约束解除后才能进行顶升。

3.2 顶升理论分析

施工方案落实后，现场施工必须参考理论数据，检查顶升高度的上限、起梁、落梁的位移、应力变化是否符合要求等。我们利用迈达斯软件建立有限元模型为实际施工提供一定的理论指导与安全保障。

用有限元仿真技术建立全桥模型，对相应墩台进行模拟梁体顶升施工，根据梁体混凝土不出现拉应力的原则，计算出各墩台梁体顶升量的上限值。

根据桥梁主桥施工设计图，建立桥梁模型，在桥梁模型上对相应墩台施加5 mm，10 mm，20 mm的强迫位移[5]，计算并分析梁体顶升高度不同时主梁应力的变化规律，通过各强迫位移的对比，得出泰和县某高速公路桥梁单墩顶升的极限值为10 mm，如单墩顶升至10 mm，支座仍无法取出，则应加顶，并同时顶升相邻两墩，避免施工墩顶升量超限造成桥面连续性破坏等问题。

4 结语

本次泰和县某高速公路桥梁支座顶升更换顺利完成，其施工过程中并未对桥面进行封道，而是短暂的占用应急道和行车道，对超车道限速通过，对整个桥梁的顺利通行并未造成影响。支座更换前后桥梁的标高基本保持一致，实现了单墩同步顶升在不中断交通状态下的施工。与传统的全桥整体同步顶升更换支座的方法相比，采用不中断交通的单墩同步顶升工艺，拥有施工工期大大缩短，节约成本，工艺简单等优点。值得注意的是必须结合不同工程项目对其桥梁进行极限顶升量计算，因地制宜的制定施工方案，切忌生搬硬套。

[1] 张 煜.混凝土连续梁桥支座更换顶升优化研究[D].长沙：中南大学，2014.

[2] 邢志杰，王 磊.浅析桥梁材料——橡胶支座[J].科技风，2012(9)：77-78.

[3] 刘 萌，刘世忠，冀 伟.大跨连续梁桥单墩顶升工艺设计与过程监控[J].兰州交通大学学报，2011(2)：23-24.

[4] 卓 仪.钢混叠合梁整体提升作业的施工组织和相关计算[J].交通建设与管理，2014(4)：105-106.

[5] 泰和县某高速公路桥梁维修工程设计图[Z].

On introduction of uninterrupted traffic single-pier jacking-up and its research

Liao Huanwang1Wang Guangbin1Yu Wenbin2

(1.JiangxiExpresswayInvestmentGroupCo.,Ltd,Nanchang330038,China; 2.JiangxiAcademyofTraffic,Nanchang330200,China)

Combining with the diseases of the bridge bearing of some expressway in Taihe County, the paper introduces the replacement method and equipment for the bearing jacking-up, illustrates the single-pier simultaneous jacking-up technique under the uninterrupted traffic, and proves by the practice that PLC computer simultaneous jacking-up system can realize the bearing jacking-up under the speed limitation and uninterrupted traffic.

bridge, support, simultaneous jacking-up, construction craft

1009-6825(2017)03-0171-02

2016-11-01

廖焕旺(1990- )，男，助理工程师; 王光宾(1991- )，男，助理工程师; 俞文彬(1982- )，男，助理工程师

U445

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