上跨运营公路的桥梁顶升设计与施工

冯思雨

上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336

1 工程概况

武汉三环线上的先建村桥、黄家棚桥、八库湾桥3座上跨桥因为三环线改造路面标高抬升50 cm，致使桥下净空达不到设计要求的5 m高度，拟采用桥梁整体顶升的方案实现桥下净空的调整。

先建村桥、八库湾桥桥型结构基本一样，为两跨连续变截面钢筋混凝土箱梁（2×23 m），中间墩处梁高1.5 m，端处梁高0.8 m，桥宽8.5 m。下部结构的中间墩采用矩形柱墩，桥台为U形桥台，基础均为扩大基础（图1）。

图1 先建村桥、八库湾桥桥型布置

黄家棚桥为三跨连续钢筋混凝土箱梁，梁高1.5 m，桥宽8 m。下部结构的中间墩采用方形墩柱，桥台采用U形重力式桥台，基础均为扩大基础（图2）。

图2 黄家棚桥桥型布置

2 总体顶升方案

3座上跨桥顶升高度均为50 cm。

在原墩台基础上植筋浇筑混凝土，安装钢支撑提供顶升反力实施顶升，顶升过程中临时支撑放置于原支座的位置，顶升完成后实施台帽及墩柱接高、支座安装工作。

钢支撑安装时，要紧靠原墩柱或台帽，如果对应位置的基础平面尺寸不能满足钢支撑安装的要求，可采用凿毛植筋浇筑混凝土的方法予以加大。

千斤顶安装在梁底，其中心与钢支撑相对应。为确保桥梁顶升过程中梁体处于正确姿态，在桥台伸缩缝处安装纵横向限位[1-3]。

3 上部荷载计算

利用桥梁博士计算软件建立模型（图3），并计算各墩台处的支座反力，作为布置千斤顶位置及数量的基础。由于先建村桥与八库湾桥跨径、桥宽、结构形式基本一致，故只计算其中一座桥。

图3 全桥三维模型（八库湾桥）

4 千斤顶的布置

结合桥梁自身状况及上述计算结果，3座桥桥台处各布置2台200 t顶升千斤顶（图4），中间墩处各布置4台200 t千斤顶（图5）。

5 桥台处地基承载力的计算

根据相应位置及数量布置千斤顶后，桥台处千斤顶位置与原支座位置有较大偏差，安全起见，需要对桥台基底压力做进一步验算。

八库湾桥、先建村桥及黄家棚桥的桥台结构形式基本一致，在此只简要地对八库湾桥2#桥台基底压力计算作阐述。

图4 桥台处顶升结构布置

图5 中间墩处顶升结构布置

1）将桥台承受荷载分为5块进行计算（图6），分别为基础G1=4 840 kN，墩台G2=2 662.5 kN，侧墙G3=3 745 kN，填土G4=4 592.25 kN，立柱荷载N=1 410 kN。基础底面积为9.50 m×10.44 m=99.18 m2，则基础底面平均压力Pk=173.9 kPa＜地基承载力特征值fa=300 kPa，满足要求。

图6 八库湾桥台受力示意

2）各载荷作用点距基础中心距离分别为0.12、3.107、1.51、1.51、4.62 m，则考虑偏心载荷作用的基底最大压力Pkmax=184.2 kPa＜1.2fa=360 kPa，满足要求。

由此可知，桥台处地基承载力满足要求。梁两侧进行顺坡处理。另外，该工程中的钢支撑受压稳定性经验算亦符合相关要求。

6 主要工序施工

6.1 顶升基础处理

原基础所有的新旧混凝土接触面必须进行凿毛处理，凿毛要均匀且全覆盖，凿毛深度控制在6～15 mm，保证露新鲜的混凝土面。凿毛应该在植筋孔全部打完之后进行，要保证凿毛面的清洁，且浇筑混凝土前要对凿毛面进行洒水处理（图7）。

图7 施工现场示意

基础加大施工工序：开挖→打孔（植筋孔）→凿毛→植筋→钢筋绑扎→模板安装→杂物清理（新旧混凝土洒水处理）→混凝土浇筑→混凝土养护→模板拆除。

施工时，要保证新浇筑混凝土上表面平整，以减少安装钢支撑之前的修整工作。

6.2 千斤顶的选用

顶升千斤顶均选用同一型号的200 t液压千斤顶（图8）。顶身长度395 mm，底座直径375 mm，顶帽258 mm，最大行程为140 mm。千斤顶均配有液压锁，可防止任何形式的系统及管路失压，从而保证负载的有效支撑。

6.3 千斤顶及钢支撑

支撑体系由千斤顶、钢支撑及联系杆件等组成。

200 t千斤顶下部的临时支撑采用精加工的φ500 mm×12 mm钢管作为支撑杆，钢管上下两端焊接厚为20 mm的法兰。为适应不同高度的顶升及千斤顶行程的需求，钢支撑的高度分别为：2.0、1.0、0.5、0.2、0.1 m。顶升过程中，当小垫块叠加高度到达1 m时，增加一节1 m钢支撑用以替换，以增强支撑稳定性。

安装钢支撑时要严格控制其垂直度偏差不超过1%，防止顶升时出现失稳的情况。

千斤顶采用倒置的方式安装，活塞向下，采用植入膨胀螺丝的方法吊装在梁底。千斤顶安装时必须保证其垂直度偏差不超过2%，以免在顶升过程中产生较大水平分力或者拉伤缸壁。千斤顶安装时必须在指定位置。

6.4 泵站的选用

选用在多项顶升工程中应用的PLC同步控制变频泵站（图9）。每台泵站2个控制点，是目前顶升工程应用最广泛、性能最稳定的同步控制液压设备。

6.5 千斤顶分组

为了实现顶升过程中的高精度同步控制，结合所选用泵站的规格参数，将所安装的顶升千斤顶分组，每组设一个监控点，与所连接的液压泵站相对应（图10、图11）。

图8 200 t液压千斤顶

图9 两点同步控制液压泵站

图10 八库湾桥、先建村桥顶升千斤顶分组示意

图11 黄家棚桥顶升千斤顶分组示意

6.6 位移传感器

位移传感器采用精度为0.01 mm的拉线式传感器，确保整体顶升同步控制在2 mm范围以内。

6.7 限位装置的安装

限位装置分为纵向限位装置、横向限位装置。

1）纵向限位：3座上跨桥抬升高度均没有超过台背的高度，所以均采用台背设置纵向限位。伸缩缝清理完成后，在伸缩缝中每间隔1 m插入厚度与伸缩缝宽度相应的钢板，以限制顶升过程中梁体的纵向偏移。

2）横向限位：3座上跨桥桥台处通过在盖梁上表面梁体植筋安装钢牛腿以实现侧向限位（图12）。

图12 桥台侧向限位示意

6.8 整体顶升

为了观察和考核整个顶升施工系统的工作状态以及对称重结果的校核，在正式顶升之前应进行试顶升，试顶升高度10 mm。试顶升结束后，提供整体姿态、结构位移及各监控点实际荷载等数据，为正式顶升提供依据，观察无问题后，进行正式顶升。顶升采用PLC控制液压同步顶升系统，整个操纵控制都通过操纵台实现，操作台全部采用计算机控制，通过工业总线，施工过程中的位移、载荷等信息，被实时、直观地显示在控制室的彩色大屏幕上，使人一目了然，施工中的各种信息被实时记录在计算机中，长期保存。由于实现了实时监控，工程的安全性和可靠性得到保证，施工的条件也大大改善。

6.9 监控措施

桥梁顶升过程中通过梁底标高观测来控制顶升高度与各组千斤顶间的同步性，主要监测设备为光栅尺或拉线式位移传感器，精度均为0.01 mm。其监测点布置主要以千斤顶分组情况为依据，每组千斤顶两侧各布置一台监测仪器。监测内容主要包括位移监测、桥梁的整体姿态监测等。

6.10 墩柱接高

顶升结束后，对原墩柱进行墩顶接高。

1）墩柱混凝土凿除。采用人工配合风镐将墩柱切缝上、下25 cm混凝土凿出，露出原墩柱钢筋。

2）钢筋施工。当在同一连接区段内必须实施100%钢筋接头的连接时，应采用Ⅰ级接头。墩柱接高部分采用与原墩柱同规格、等数量的竖向主筋和箍筋。竖向主筋与墩顶露出部分的主筋采用套筒冷挤压连接。

3）混凝土浇筑。接高墩柱的混凝土采用缓凝、微膨胀细石混凝土。在混凝土浇筑过程中应缓慢放料，并分层浇捣密实，每层厚30 cm。

4）混凝土养护。墩柱混凝土拆除模板后，用塑料薄膜将新浇筑的混凝土进行缠绕，再利用彩条布或者塑料布包裹，在墩顶部位浇水养护。

7 结语

经过4个月的设计与施工，我们平稳、安全地完成了对八库湾桥、先建村桥及黄家棚桥3座既有跨线桥的顶升工作，圆满地解决了武汉三环线改造所衍生出来的矛盾，为既有市政交通设施的改造提供了一个很好的思路。

桥梁顶升技术从21世纪初进入我国，经历了十几年的发展，在市政改造、航道升级改造及新建工程中被广泛应用，创造了可观的社会效益和经济效益，逐渐被广大工程人所接受。

截至目前，国内大大小小的桥梁顶升案例已有上百例，但是还没有成熟的规范或者标准用以指导、规范施工，使得日益被大家所接受的桥梁顶升技术尚且停留在一种解决实际问题的方法阶段。