浅谈桥梁顶升施工技术

李勇勇

【摘 要】目前国内外桥梁同步顶升方面的研究资料和专著较少，掌握新的技术势在必行。桥梁整体同步顶升技术是最近越来越多得到使用的一项桥梁改造技术，一般在桥梁净空不足的航道桥梁、跨线立交桥梁以及桥梁支座的更换中运用。掌握桥梁同步顶升施工方法、工艺，解决桥梁顶升施工限位控制技术要求高，对顶升的同步性和控制精度要求高等施工难题。能提高企业在将来既有线施工市场。桥梁顶升施工在以后的既有线施工中会越来越多的得到使用。在桥梁顶升作业施工过程中，解决现场的所有技术难题，掌握桥梁顶升的工艺，从面优化创新出企业桥梁同步顶升的施工工艺和方法。

【关键词】桥梁顶升技术；施工方案；顶升监控

1、工程简介

1.1工程概况

本标段现有上跨主线天桥共计2座，均与主线角度为90°，其中K35+472.8、K37+979.831上跨拖拉机天桥改扩建方案为整体顶升利用。拖拉机天桥上部结构为2×30m预应力混凝土简支小箱梁，每孔梁上宽550cm，下宽470cm，全桥顶升重量238.9吨，梁体与墩台顶空间约16cm。下部结构为柱式墩、肋板台，扩大基础。桥宽5.5m，桥下净空5.15～5.16m，桥长68.04m。天桥平面及立面布置图如下：

1.2桥梁顶升改造说明

按设计图纸要求，主线桥桥梁顶升高度以满足主线改扩建后桥下净空要求。上跨桥顶升高度为：K35+472.8天桥主梁整体顶升，保留原有桥面整体化混凝土铺装层，箱梁底面抬高60cm，桥墩台盖梁相应加高。K37+979.831天桥主梁整体顶升，保留原有桥面整体化混凝土铺装层，箱梁底面抬高55cm，桥墩台盖梁相应加高。天桥新支座桥台四氟乙烯橡胶支座GYZF4300×54（NR），桥墩橡胶支座GYZ300×52（NR）。顶升主梁的同时拆除全部支座、减震板、护栏，更换新的支座、减震板、护栏，护栏采用SB级方横梁护栏。桥头采用简易伸缩缝。

1.3工程难点及特点

1.3.1顶升施工必须保证原桥结构的整体性、安全性、可靠性。顶升过程中极易发生的水平偏位、扭曲、振动、冲击必须克服，确保新结构安全可靠不低于原结构，因此顶升位移的同步性和受力均衡是施工控制的关键。

1.3.2随着桥梁的整体顶升，桥梁的轴线偏差、桥墩倾斜度以及基础沉降都会发生变化，施工过程采取措施控制位移并严密监测，随时收集整理数据以便指导正常施工。

1.3.3桥梁顶升后墩台接高施工不同于常规施工。作业空间狭小、钢筋连接质量、新老混凝土结合密实性等都是施工难点。

1.3.4上跨桥顶升处于高速公路通行状态下进行，施工过程中的交通组织安全措施尤为重要。

1.3.5为尽量减少顶升施工作业对高速公路的交通影响，工期应尽量缩短。

2、总体施工组织及部署

2.1准备工作

（1）先对桥面伸缩缝部位进行切缝拆除并进行清理，在顶升前凿除背墙及梁与背墙之间的填充物，保证梁与背墙不再连续。顶升增高后重新安装伸缩缝以适应桥面的升高。

（2）使用桥梁同步顶升设备对粱体进行整体顶升，利用原墩台承重固定方式防止落梁以保证施工安全；将墩台整体加高到设计高度（桥梁整体增高约55--60cm）。

2.2工期安排

上跨桥：45日历天/座；

科学合理的安排施工，确保整个改造工程能够形成流水作业。

2.3项目组织管理机构

为了加强建设项目管理，我公司将为本项目的施工配备具有丰富施工经验的技术和管理人员、精干的施工队伍，以及精良的施工设备，合理组织施工，确保本项目优质高效的完成。严格按业主、甲方及监理单位要求及施工规范积极全面完成本合同段桥梁顶升工作。项目部下设工程部、安全质量环保部、物机部、工经部、工地试验室，全面保证桥梁顶升工程项目保质保量完成。

2.4劳动力配置

桥梁顶升所用的劳动力为我公司参加过桥梁顶升施工并具有丰富经验的施工队伍。所需的技术工人都具有相应的技术等级证书。本合同段按专业类别共分为五个施工班组，高峰期劳动力总数达40人。具体划分如上表。

2.5主要施工机械设备配置

结合设计说明及建设单位对整个项目总工期的安排。特编制下列机械、材料设备表，如下表所示。

2.5.1千斤顶的选用及配置

针对该项目工程具体情况，上跨桥采用整體顶升方案，每座天桥全桥顶升重量均为238.9吨，顶升力按照不小于顶升重量的2.0倍安全系数控制，在顶升过程中，根据整体顶升计算布置千斤顶，单个千斤顶最大顶升重量为19.91吨，该工程选用至少50吨千斤顶可以满足顶升要求。我项目拟配备如下特种千斤顶器具进场备用

上述千斤顶均配有液压锁，顶身顶部均配有螺旋装置，顶升到位后，拧紧千斤顶液压锁，可以实现长期负荷，便于支座更换及后序工作。可防止任何形式的系统及管路失压，从而保证荷载力的有效支撑。

2.5.2油泵站

多点同步顶升系统，是由一台油泵（工作站）通过分配阀和油管控制多台千斤顶，同时向多台千斤顶供油，各千斤顶同步伸展、回落，达到同步顶升目的。根据千斤顶布置、控制区域划分，采用每孔两端处布置一台泵站，每组泵站控制6台千斤顶。

2.5.3钢垫块加工

本工程采用钢垫块作为顶升后主梁支撑使用，垫块平面尺寸为350*350*h，其中h为顶升高度，钢管内填充微膨胀砼，结构形式如下图。（后附钢垫块详细加工示意图）

2.6桥梁顶升要点

为保证该工程早日开工，确保总工期目标的实现，必须提前做好前期施工准备工作，在做好交通组织、安全布设前提下开始施工。

本合同段桥梁施工难度相对较大，必须重点抓好梁体顶升施工、支座更换、墩台加高加固等主要施工环节，并注意做好高空作业施工安全管理。

3、总体施工方案

上跨桥整体顶升：利用原桥墩、台为反力基础，直接将千斤顶布置在墩、台顶面上，液压系统的控制，进行整体的同步顶升。顶升到位后进行墩、台的接高工作。

3.1工程施工重点

3.1.1桥梁顶升过程中应严格控制各千斤顶行程，按照计算顶升高度严格控制偏差；

3.1.2顶升过程千斤顶支撑面及临时支撑应始终保持水平，避免产生斜向不平衡力；

3.1.3施工时前应制定详细的施工工艺，并考虑可能出现问题的应急预案。

3.1.4施工中应先将梁体顶高后再进行落梁。

3.2總体施工工序

施工流程图

3.3主要施工顺序

1）施工准备、凿出原桥头简易伸缩缝、挡块耳墙及部分背墙；

2）制作加高钢垫块、临时钢垫块（可重复使用）；

3）进行梁体同步、循环顶升；具体操作如下（各工序转换体系）：

a.先用1#-4#千斤顶同步顶升，梁底安放临时钢垫块，循环倒顶，顶升到最后一个千斤顶最大顶升高度。（1#和2#顶施工步骤图如下，3#和4#顶同上循环）

b.再将1#-4#千斤顶底板安放临时钢垫块进行同步顶升，梁底安放临时钢垫块，循环倒顶，顶升到设计高后在支座位置安放永久钢垫块；（1#和2#顶升施工步骤图如下，3#和4#顶同上循环）

c.再次进行上步工作，最后顶升到设计+50cm左右，在永久钢垫块上安放50cm左右临时钢垫块，并与永久钢垫块之间用螺栓临时连接牢固。落顶将梁板安放到临时钢垫块上；撤出千斤顶。

d.最后进行植筋、绑扎钢筋、浇筑砼等工作。

e.墩台加高砼强度满足设计要求后，再用千斤顶+临时钢垫块将梁板顶升，循环进行落梁作业，落到设计支座顶1-2cm后，移除临时钢垫块，更换新支座。

4）主梁顶升至施工要求高度（设计顶升高度+50cm左右），落梁至临时支撑上，千斤顶卸载；

5）墩台帽植筋、绑扎钢筋并浇筑墩台帽及挡块加高混凝土；

6）顶升主梁，拆除临时支撑，安装支座等，落梁至设计标高；

7）耳墙及 背墙加高（可与墩台帽加高同步进行）；

8）旧梁检测，更换主梁、桥面系处理；

4、主要施工方案、方案及技术措施

4.1施工准备

4.1.1技术准备

桥梁顶升施工作业人员进场后立进行技术安全培训，明白桥梁顶升技术指标及相关要求、安全控制要点。

梁体在顶升前需要做好标高测量及复测工作。天桥梁体顶升前需在墩台顶设限位装置，以防梁体顶升过程中平移。另外，顶升前应应进行全面检查工作，确保施工安全。对每片梁体在固定位置做一标记，在顶升时用钢尺测量并填写好施工记录，以便控制顶升高度。

在正式顶升前，应进行试顶，在主梁还没有正式顶起时既可停止，并停放约一小时进行观察，无任何变化后才能开始整体顶升。

4.1.2支架搭设

a桥台护坡脚手架搭设

脚手架架搭设位置为墩台范围至梁底，平台宽度满足油泵、材料、工作人员操作的要求，支架稳固。施工脚手架搭设满足安全施工要求，便于施工操作，人员上下方便等原则，脚手架采用Φ48×3.5碗扣式脚手架和木跳板，立杆间距为0.9mх0.9m，水平杆步距为0.6m、1.2m，。根据现场实测桥下净高为6.5～7.0m，脚手架采用分层搭设，脚手架的最高搭设高度为5.8m，顶面木板脚手片需顶层满铺。脚手架中间设置剪刀撑和水平撑，确保施工操作人员在施工过程中脚手架不晃动。

b桥墩脚手架搭设

支架搭设位置为桥墩两侧及梁底，预留施工高度，平台宽度满足材料、工作人员操作的要求，支架稳固。施工脚手架搭设满足安全要求，同时便于施工操作，人员上下方便等原则，脚手架采用Φ48×3.5碗扣式脚手架和木跳板，立杆间距为0.9mх0.9m，水平杆步距为0.6m、1.2m，。根据现场实测桥下净高为5.0～6.0m，脚手架采用分层搭设，脚手架的最高搭设高度为4.8m，顶面木板脚手片需顶层满铺。脚手架中间设置剪刀撑和水平撑。确保施工操作人员在施工过程中脚手架不晃动。

c构建顶升反力基础

本项目采取原桥墩台与梁底空间直接利用盖梁作为反力基础。根据现场工作平台情况，在盖梁上可放置1.0cm厚钢板，增加盖梁受力面积。同时油顶上面放置1.0cm厚钢板，使其梁底面受力均匀，防止梁底被油顶顶破。

4.2安全维护措施

上跨桥在施工过程当中，人员仍从桥上通过，车辆进行封闭，故因对施工区域内进行安全维护措施：

4.2.1向交警申请，封闭桥下两超车道的前后100米距离；桥上实行“半幅全封闭，半幅通行”的交通管制方法，封闭时按《公路养护安全作业规程》相关要求设置好各类警示标牌。

4.2.2做好安全维护工组，对施工人员进行安全培训教育，确保在高速路上的施工安全。

4.3顶升施工方案

4.3.1桥梁顶升

4.3.1.1千斤顶反力基础

反力基础：由于顶升时上部荷载较大，根据桥台结构形式及行车安全考虑，顶升反力基础，利用原有旧桥墩台盖梁顶面直接作为千斤顶反力基础。

千斤顶布置

盖梁顶面用干砂浆找平并垫上25㎝×25㎝的薄钢板作为整体顶升千斤顶的下支撑点，梁板底部一般比较平整不需要做过多处理，但在相邻有高差的两片板梁间，在较低的一片梁底垫设1～20㎜厚25㎝×15㎝尺寸的钢板将其梁缝找平，使其在同一个水平面上，然后再在下面垫设25㎝×25㎝的薄钢板作为整体顶升千斤顶上支撑点。

4.3.1.2千斤顶布置

对于梁底与盖梁间隙较小，采用在梁底安装顶身长度为30mm、50mm超薄千斤，以盖梁为反力基础，进行顶升。

根据桥梁上部的顶升重量布置相应数量的顶升千斤顶，顶升安全储备系数按2.0考虑。单侧布置千斤顶数量为：上部梁体片数×2。千斤顶基本布置在梁底，支座中间位置两侧。如图所示。

梁体临时支撑、千斤顶、钢筋施工、支座位置关系如下：

4.3.2顶升千斤顶安装

为了顶升同步性及监控所有顶升千斤顶，在布顶前将所适用千斤顶分组、安装。

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。

千斤顶反力基础为墩台盖梁顶面，盖梁顶面用干砂浆找平并垫上钢板，为了消除梁底纵横坡，采取盖梁顶面钢板进行打磨处理，确保钢板底面水平，保证千斤顶安装时轴线垂直。以免因千斤顶安装倾斜在顶升过程中产生水平分力。

4.3.3桥梁顶升专用垫块

顶升专用临时钢垫块分别用在千斤顶下和临时支撑下。

顶升专用临时钢垫块用在千斤顶下。临时钢垫块采用250×250×100mm钢结构垫板，两端用螺栓连接。为适应千斤顶的顶升行程，钢垫块的高度为100mm，以满足不同顶升高度的要求。为避免顶升过程中支撑失稳，钢垫块间利用螺栓进行连接。

其中上跨桥顶升时，受空间限制影响，顶升10cm以内的，采用不同厚度的钢板作为临时支撑，分别布置在千斤顶和临时支撑下。为了消除落梁时，临时支撑间钢板之间的空隙引起的落梁误差，采用设计好的螺杆式加紧装置，将钢板间空隙消除掉，保证落梁的同步性。

4.3.4限位装置

利用原桥墩和桥台两侧的耳背墙作为限位基础，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60cm 直径10cm的镀锌管作为横向限位装置；纵向限位则利用桥墩和梁体间的空隙，在空隙当中塞好木楔子作为纵向限位；桥墩处以挡块安装钢板固定作为横向限位装置。

4.3.5顶升控制区域划分及监控设备的安放

以桥墩、台单侧为单位进行控制，每跨桥梁设4个控制点进行监控。每组千斤顶中心位置与梁底板间设置一个监控点。

每个监控点均设一台百分表，精度为0.01mm。控制区域设置百分表控制位移的同步性，根据桥梁的结构，位移同步精度控制在2mm。

4.3.6顶升准备

4.3.6.1顶升系统结构部分检查内容

4.3.7试顶升

为了观察及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20mm。在试顶升前须对原桥梁结构现状线形进行全面测量，以便后续正式顶升监测对比参照。

顶升时首先加载至理论顶升力的80%，再缓慢加载至根据位移传感器确定各点已经分离，再顶升至各顶达到5mm垂直位移。停机10分钟后检查桥梁各支顶部位和顶升支架有无变形和加载点有无局压破坏。试顶升合格点方可进行正式顶升。

4.3.7正式顶升

试顶升后，观察监测若无问题，便进行正式顶升，每一顶升标准行程为100mm，最大顶升速度5mm/min。

（1）按照预顶的步骤，做好准备工作，正式起顶。

（2）顶升时严格控制顶升高度，分阶段进行顶升，每次顶升高度在3 mm左右，注意观察各部位变化。

（3）顶升高度达到要求时，停止起顶，观察是否有异常情况，无异常情况立即取出旧支座。

（4）对原桥梁的旧支座的垫石、配套钢板、等进行拆除，然后清理垃圾，按支座中心线预设好放置新的桥梁支座标线，做好记号备用。

（5）对桥台及桥墩按照设计要求进行凿毛，植筋，钢筋布设，模板整合，支座标高调整及纠正，使用设计要求水泥砼进行浇筑，按要求规定时间进行养生，达到强度后进行落顶。

（6）落顶后观察新支座的受力情况，不允许出现支座压偏、受力不均、脱空等情况；上部开放交通后，观察支座受力情况正常后，才能宣告支座更换工作完成。

（7）拆除临时设施，清理现场。

4.3.7.1顶升方式

采用30mm/50t超薄千斤顶进行顶升，空间达到15cm后，更换成50mm/100t千斤顶进行顶升，达到20cm后，更换成84mm/100t千斤顶顶升。

5.3.7.2顶升步骤

1）采用30mm/50t超薄千斤顶进行全桥整体同步顶升；

2）空间达到15cm后，更换成50mm/100t千斤顶进行整体同步顶升；

3）空间达到20cm后，更换成84mm/100t千斤顶进行整体同步顶升。

4）顶到设计高度后，进行桥墩、台接高施工；

5）桥墩、台接高完成后，进行整体落梁。

在顶升前由项目部制定每顶的顶升高度，在顶升过程中一定严格按照要求进行施工，顶升流程如下图所示。

顶升流程图

4.3.8顶升过程控制事项

4.3.8.1顶升过程控制

整个顶升过程应保持同步误差小于2mm，一旦位置误差大于2 mm，控制系统立即关闭液控单向阀，以确保梁体安全。

顶升过程中要实时观测顶升系统垂直度、纵横向变化、加固系统等。

每一轮顶升完成后，对液压泵压力表和百分表显示的各油缸的位移和千斤顶的压力情况，随时整理分析，如有异常，及时处理。主梁顶升并固定完成后，测量各标高观测点的标高值，计算各观测点的顶升高度，作為工程竣工验收资料。

4.3.9墩台盖梁接高施工

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，盖梁顶面进行凿毛处理。

盖梁在加高时采用在原盖梁上植筋、钢筋绑扎、浇筑混凝土，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，因此混凝土采用大流动度混凝土，要求坍落度不小于14，其中：

①新旧盖梁混凝土接触面处理：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。为保证新旧混凝土结合良好并共同受力，凿除老混凝土表面漏出粗骨料；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。

桥梁墩台盖梁加高，盖梁顶面先进行凿毛处理，再种植钢筋，布置钢垫块，最后绑扎水平钢筋并与钢垫块焊牢。

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：混凝土采用缓凝、微膨胀混凝土，浇筑过程使用泵车。在砼浇筑过程中应缓慢放料，并分层使用振捣棒浇捣密实。通过总的砼用量，推算出浇筑砼的高度，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：加高盖梁混凝土拆除模板后，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，在盖梁顶部位浇水养护。混凝土养护根据不同季节采取不同措施。

4.3.10落梁

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，循环上步作业工序，直到梁体落到设计高度1-2cm后更换永久钢垫块，并利用调整钢板对永久钢支座进行高程调整控制，确保钢垫块满足设计标高，同时也满足均匀受力；再次进行安装支座，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1mm～20mm钢板将脱空支座部位垫实。

4.3.11全橋整体顶升措施

（1）原桥梁结构在桥梁顶升过程中严格始终保持受力特性不变。在施工过程中，要密切观察结构的变形情况；

（2）确保桥梁顶升移位施工过程中结构的整体性、安全性、可靠性，严格限制抬升移位过程中可能出现的各种水平向偏位、扭曲、振荡、冲击等情况发生。

（3）在所有设备安装完毕后，正式抬升前需进行试抬升

（4）每次顶升的高度应稍高于垫块厚度，能满足垫块安装的要求即可，不宜超出垫块厚度较多，以避免负载下降的风险；

5、桥梁顶升监控

5.1监控目的

桥梁的顶升过程中，在桥梁上布置多个观测点，通过监测各观测点实际到达的位置与预期位置的差异，判断和控制顶升过程。合理评价结构受外力作用的影响，以便及时、主动地采取措施降低或消除不利因素的影响，确保结构的安全。为此要设置一整套监测系统，并要设定必要的预警值和极限值，以便将姿态数据反馈给施工加载过程。

桥梁顶升监控主要包含：桥梁实际顶升高度、桥梁横纵向位移临时支撑系统监控三大方面。具体监控内容如下：

①梁底面标高观测；

②梁横向位移观测；

③梁纵向位移观测；

④箱梁梁自身裂缝变化；

⑤顶升系统的垂直度；

5.2监控设备

5.2.1裂缝监控采用裂缝测宽仪器（DJCK-2），测量范围：0.02-2.0mm，估读精度0.01mm；

5.2.2梁体顶升高度采电子水准仪，每公里往返水准观测精度达0.3mm，最小显示0.01mm；

5.3顶升检测监控实施

5.3.1梁体裂缝监测

在施工前利用裂缝测宽仪将梁体原有裂缝进行检查、标记。顶升施工过程中，安排专人进行裂缝观测。

5.3.2梁底标高及纵横向位移观测

梁底标高的测量是最重要的一项监测，是控制顶升标高与各组千斤顶间同步性的主要手段。梁底标高检测通过在相应位置的百分表，通过累计数据确定梁底标高，以便实时监测、及时调整各组千斤顶的顶升速度。

在桥面上设置横向位移观测点，在桥梁外架设全站仪，观测梁体的横向位移情况，并设定预警值5mm，如果快达到预警值，立即通知操作人员停止顶升，并且分析超出预警值的原因，提出解决方案，正常后方可开始顶升。在监测过程中，由于经纬仪有一定的监测范围，在其范围之外就不能进行实时监测，需将经纬仪改变位置才能继续监测。对于这种问题，我们将在桥梁两侧的限位位置利用钢卷尺固定一个比较直观的监测点。然后安排专人在此监控点出进行实时观察，当梁体发生位移变化时，能够及时的通知总指挥，停止顶升，对发生位移原因进行分析并解决后再继续进行顶升。

5.3.4顶升系统加固点监测

顶升系统加固点监测采用人工观察的方式，每个顶升阶段安排专人进行巡视检查，发现问题及时向总指挥汇报。

6.结束语

桥梁顶升属专项施工技术，随着各类桥梁结构工程的发展，对既有且仍有使用价值的桥梁进行维修、更换支座、调整标高、加固等作业中已经开始普遍采用。这种工艺工法的采用，较好地解决了快速发展的交通工程建设中既有桥梁的维修改造问题，避免为了调整桥梁使用功能而进行拆除重建、更换支座而进行工程浩大的拆除原有梁体等问题，这样既保证了应有功能又大幅节约了投资而且低碳环保。

参考文献：

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[4]某大桥同步顶升技术研究[J].张小刚，李王辉，王技.中国高新技术企业.2016（34）

（作者单位：中铁一局集团第二工程有限公司）