桥梁同步顶升技术在大型桥梁改造中的应用

沈灏

摘 要：随着桥梁工程建设速度的加快，一些旧有桥梁老化或难以满足使用需求，需要进行改造，拆除重建成本高、周期长、污染大，桥梁顶升技术的出现可以在低成本环保的前提下，提高桥下净高，解决沉降和支座老化问题，本文在研究桥梁顶升技术的工作原理基础上，分析顶升系统的构成及其工作过程。

关键词：桥梁改造;同步顶升;顶升系统

1 桥梁顶升技术概述

近些年来，随着交通设施的快速发展，桥梁建设的改造升级需求随之增加。一些使用年限较长的大型桥梁已无法满足使用需求，需要增加桥跨下部净高，或者由于支座变形、基础沉降等需要进行维修改造，如果直接拆除重建，造成人力物力浪费与环境污染，而同步顶升技术在不改变结构完整性的前提下，通过在刚性立柱支撑部位设置千斤顶，将桥墩和柱承受的上部荷载转移至千斤顶，然后对桥墩进行切割，将高强材料垫入，完成后拆去千斤顶，实现桥梁的顶升。

整体顶升技术与传统的桥梁拆除改造相比，大大缩短工期，节约资金50%-75%，减少建筑垃圾和对周围居民的影响，不需要大面积中断交通。典型的案例如我国的上海南浦大桥顶升重量1万吨，高度约5米，湖州南林大桥重量约5千噸顶升约3米。

2 工作原理

2.1 力学原理

桥梁上部结构的受力情况只与支撑的约束边界相关，固定铰支座和滑动铰支座不受支撑高度影响，固端约束支座受影响较小，这是桥梁可以实现顶升的前提条件。据此，可以使用临时支座在附近的位置上替代旧支座，对桥梁结构的受力情况影响较小，而且桥的横梁以及腹板可以用作顶升支撑的作业平台。在作业过程中需要保证上部结构的受力情况与顶升前基本一致，因此在顶升过程中需要避免顶升点不同步发生剪切和扭曲，在实际工程中应用PLC顶升技术（计算机可编译程序控制器）进行精确控制顶升的同步性，精确度可以控制在2mm以内。

2.2 PLC液压顶升技术原理

PLC液压顶升技术的原理为操作台通过PLC发送顶升指令后，通过压力和位移传感器的双重监测将信号反馈至操作台，监测到偏差时PLC控制系统发送指令可及时进行纠偏。具体流程如图1所示，首先可将顶升的部位进行分区，在相应的区域布设压力传感器和位移监测传感器，压力传感器与预设的压力信号对比，产生偏差进行调整可以最大限度的降低附加应力，排除外界干扰;位移传感器监测到的数据与预设信号对比，将误差信号进行反馈，PLC据此调节顶升力增大或减小来消除误差。

3 同步顶升系统构成

3.1 千斤顶及支撑装置。千斤顶通常布设在支座上，如图2（a）所示，当顶升起一定高度后，需要在支点附近设置钢垫块或者钢墩的支撑材料，如图2（b）所示，随千斤顶的升高而升高，当千斤顶失效或发生意外情况时承担支撑作用，避免危险的发生。

3..2 托架系统。托架体系如图3（a）和（b）所示，在柱四周浇筑抱柱箍，顶升时作用力通过抱住箍传至墩柱再传到基础，通过新旧混凝土的摩擦力传递。千斤顶临时钢垫块下为Φ500钢管支撑，钢管通过工字钢焊接为整体，加强整体的稳定性。

3.3 限位装置。限位装置的作用是限制结构产生横向以及纵向的位移偏差，该装置包括墩柱的横向限位和桥面的纵向限位，限位装置为具有足够刚度的钢结构。横向限位选取墩柱的四角设置分肢角钢，形成格构柱限制横向的位移。纵向限位的方法是安装螺栓桥面牵拉装置，其作用是在使桥梁在坡度不变情况下降低水平投影长度。

3.4 监控系统。监控系统既包括上述PLC液压控制装置，对断面受力和位移进行监控与实时纠偏，另外还需要对结构温度场、混凝土材料试验、主梁在各施工阶段的变高变化等进行监控，对误差及时报告，通过综合分析识别参数，进行现场实时修正，从而形成施工→测量→判断→修正→施工的良性循环。

4 工作过程分析

桥梁的顶升过程主要分为以下几个阶段：预顶试验→荷载称重→顶升→持荷→荷载逐步降低。

正式顶升前需要进行预顶试验，确保各系统能够正常运行，检查是否有漏油、接头是否紧密，桥梁基础有无异常形变。之后对上部结构的顶升部位进行称重，确定荷载情况，从而准确布设顶升点，使得产生的结构内应力最小化。进入正式顶升阶段，针对简支梁各段的顶升位移不完全相同，初始阶段将其整体同步进行顶升，到位的分段停止顶升，未到位的继续顶升，即分步到位。对于连续梁桥，从桥头到桥尾根据高度不同，按比例设定顶升的高度，同步到位，避免产生较大的结构应力造成损伤。

顶升后需要保持持荷状态一段时间垫入高强材料，通过液压系统进行精确调整。如果检测到持荷的误差超出设定范围，启动动力源，调用顶升程和顶升结恢复到位。在高强材料垫入完毕或支座更换完毕后，需要进行卸荷，通过对液压缸的控制使负荷逐渐降低。

5 结语

桥梁整体顶升技术在大型桥梁改造工程中起到重要作用，适用于梁式结构、刚架桥结构和拱式结构等各类桥梁，可以避免大量的拆除重建工作，缩短工期，减小大型桥梁对城市交通运行的冲击，有利于桥梁工程的可持续性发展。

参考文献：

[1]吴桐.桥梁同步顶升对桥梁结构影响分析[J].建材与装饰，2020（07）：292-293.

[2]袁放. 既有线上跨桥梁同步顶升与平移技术研究[D].华东交通大学，2011.

[3]蓝戊己，顾远生，束学智，彭勇平.大型桥梁整体顶升平移关键技术[J].建筑结构，2010，40（S2）：687-689.