高速公路桥梁盖梁顶升施工与监测

李 富，黄华江，李明国

(1．广东省南粤交通粤湛高速公路管理中心东雷管理处，广东 湛江 524000； 2．广东华路交通科技有限公司，广州 510420)

0 引言

随着科技发展和相关机械设备的研发，桥梁顶升技术也迅速发展，其中应用较广泛的就是整体同步顶升技术。

国内桥梁顶升技术从20世纪中期开始应用于铁路桥梁的架设、位移及落梁等。20世纪80年代末，液压同步顶升技术逐渐成熟并快速发展，在公路建设领域中的桥梁同步顶升技术也得到了更多的重视[1-3]。近年来，国内桥梁顶升技术应用较为广泛，如桥梁支座的更换、桥面标高改造、增高通航净空及桥梁架设等多个方面[4-5]，取得了较多成功的案例[6-8]，但通过墩柱接长、盖梁整体顶升的方式来调整新建桥梁标高的方法，应用不多。

1 工程概况

东雷高速公路TJ2合同段经路改桥工程变更后，将原龙湾大桥与教门港大桥合并延长为K11+520～K12+895龙湾特大桥(55×25m预制箱梁)，其中K11+670～K12+145、K12+395～K12+895段由路基变更为桥梁，路线纵坡从K10+620～K15+100交点间进行了坡度调整。由于在路改桥的设计变更之前，施工现场已按原设计完成了原龙湾大桥1#～5#墩全部的桩基、立柱、盖梁与挡块，因此，在进行路改桥设计变更后，受路线纵坡调整影响，原龙湾大桥1#～5#墩(路改桥后为龙湾特大桥1#～5#墩)设计高程增加+0.790m～+1.828m(表1)。

表1 龙湾特大桥变更后顶升高度

本次顶升施工主要是对龙湾特大桥1#～5#墩通过墩柱的接长和盖梁整体顶升来调整桥梁标高。龙湾特大桥1#～5#墩为普通双柱式桥墩，墩柱直径为120cm，盖梁长1 106cm、宽170cm、高160cm。路改桥后龙湾特大桥盖梁、挡块结构尺寸、墩柱直径、混凝土标号与原设计的龙湾大桥保持一致。

2 盖梁整体顶升施工难点

(1)对顶升精度控制要求高，尤其是顶升后上下两个墩柱的平面位置和垂直度必须严格控制，确保其截面中心位置一致。

(2)由于切割后的墩柱及盖梁重量较大，对抱柱梁和顶升支撑架的施工质量要求较高，尤其是抱柱梁的基础须满足设计承载力的要求。

(3)需要采取有效的限位措施，控制顶升过程中墩柱偏移，防止结构失稳。

3 盖梁整体顶升施工

3.1 施工工艺

(1)由于龙湾特大桥顶升高度较低，在既有墩柱底部新增抱柱梁结构，作为反力基础。

(2)在抱柱梁上安装顶升支撑体系及限位结构，然后安装千斤顶及PLC液压同步顶升控制系统。

(3)将千斤顶顶升托住盖梁，然后切割墩柱。

(4)顶升盖梁至调整后的高程，利用转换支撑替代千斤顶完成受力体系的转换。

(5)完成墩柱加高施工，拆除支撑体系，完成整个顶升施工流程。

3.2 抱柱梁

抱柱梁长320cm、宽200cm、高60cm，普通钢筋混凝土结构，采用与墩柱同标号的C40海工砼。抱柱梁与既有墩柱的连接面作凿毛处理。

3.3 顶升支撑体系及限位结构

顶升支撑体系由横桥向布置的4根D500钢管柱及横连杆组成，其中外侧2根D500钢管柱为千斤顶顶升的支撑柱，内侧2根D500钢管柱为顶升托换的支撑柱。顶升支撑体系如图1所示。

图1 盖梁顶升支撑体系

为确保顶升过程中墩柱及盖梁的姿态，在墩柱四周设置顶升水平限位结构，采用∠100×100×10mm角钢焊接成抱柱形式。顶升水平限位结构沿墩柱垂直布置，间距为120cm，可根据墩柱实际高度适当调整。第一道水平限位结构设置在墩柱拟截断面上约50cm处，顶升水平限位结构与墩柱间预留3mm间隙，以确保墩柱自由顶升。顶升水平限位结构如图2所示。

图2 盖梁顶升水平限位结构

3.4 同步顶升控制系统

PLC液压同步顶升控制系统由液压系统(液压千斤顶、油泵、平衡保护阀、比例阀、进出油管等)、计算机控制系统(计算机、计算机软件、操作台、电控箱等)、检测传感器(位移传感器、力传感器)等组成。该系统通过力和位移传感器将液压系统的受力情况及液压千斤顶当前状况反馈给计算机控制系统，由计算机控制系统根据反馈的信息，精准控制4个液压千斤顶平稳顶举结构物，确保顶升过程的同步性以及结构物的位移和姿态。

3.5 千斤顶布置

采用100t液压千斤顶，每墩布置4台，安全储备系数为3.63。千斤顶本体高度450mm，缸体内径140mm、外径178mm，法兰盘直径258mm，有效行程250mm，工作压力63MPa。

根据盖梁及被切割后墩柱的自重荷载分布情况布置顶升千斤顶，同时确保顶升千斤顶的安全储备系数不低于1.6。4个顶升千斤顶设置在墩柱外侧的钢立柱上，每边各设置2个。

3.6 顶升顺序

本次顶升为纵坡调整顶升，采用同步顶升、逐级到位的方式。每片盖梁单独顶升，顶升时，盖梁下的4个千斤顶同步顶升，步履式逐级升高，直至设计高程。

3.7 顶升过程监测

顶升过程中，为保证盖梁的整体姿态，需进行监测，包括盖梁平面位置和高程、墩柱平面位置和垂直度以及顶升支撑的垂直度。监测贯穿于顶升及落梁的全过程中。盖梁顶升过程中的控制指标：盖梁与墩柱的平面位置偏差不大于8mm，盖梁顶升每个行程的四角(左右墩柱前后侧4点)高差不大于2mm，墩柱的垂直度偏差与顶升支撑的垂直度偏差均不大于0.5%。

(1)监测内容：对盖梁的平面位移和高程、墩柱的平面位移和垂直度、顶升支撑的垂直度进行监测，并及时采取相应的控制措施。

当盖梁或墩柱的平面位置偏差超出监测控制指标8mm时，将在下一个行程顶升开始前调整顶升千斤顶的倾斜方向与位置偏移方向相反，但同时需保证千斤顶的垂直度偏差不大于1%。经过若干个行程顶升后，当平面位置偏差小于3mm后，再调整千斤顶的垂直度，继续正常顶升。

当盖梁四角高程偏差超过2mm时，关闭同步顶升系统，单独开启高程较低位置一侧的1个或2个千斤顶，补顶至四角高程偏差均小于2mm为止。补顶完成后依次微调其他千斤顶的压力，直至4个千斤顶的压力基本保持均衡。

当墩柱垂直度偏差超过0.5%时，关闭同步顶升系统，单独开启偏斜方向相反位置的2个千斤顶进行顶升纠偏，纠偏至墩柱垂直度偏差小于0.3%。垂直度纠偏后，需重新对盖梁平面位置和高程进行复核与纠正。

当顶升支撑的垂直度偏差超过0.5%时，在钢支撑开始偏斜方向的钢支撑块连接法兰间支垫合适的薄钢片，或通过水平旋转调整钢支撑的安装方向，控制钢支撑垂直度满足0.5%的偏差要求。

(2)测点布置：在盖梁顶面横轴线两侧对称布置观测点。

(3)顶升前进行测量：墩柱切割前，对盖梁平面位置、高程以及墩柱平面位置进行一次测量并记录。

(4)顶升过程的监测：顶升千斤顶每走3个行程，对盖梁平面位移和高程、墩柱平面位移和垂直度、顶升支撑的垂直度进行一次监测；当顶升至设计高程后，进行一次监测；立柱施工完成后，进行最后一次监测。

4 盖梁整体顶升施工控制

(1)应控制好墩柱的垂直度，确保墩柱连接施工完成后，墩柱不存在偏心受力的状态。

(2)确保临时支撑用的钢板和钢垫块的稳定，钢垫块采用标准件，用螺栓连接牢固。

(3)顶升过程中，严格控制每个液压千斤顶的行程，确保同步顶升。盖梁顶升设置4个千斤顶，4点同步顶升。顶升前在左右墩柱前后侧共设置4个拉线传感器，拉线传感器及在4个千斤顶设置的压力传感器均与同步顶升系统连接，在同步顶升系统参数内设置4个拉线传感器的同步误差小于等于2mm，4个千斤顶的压力误差小于等于10%。

盖梁同步顶升时，由同步顶升系统按照设定的顶升速率自动控制4个千斤顶同步匀速顶升作业。顶升过程中一旦位移误差与任何一缸的压力误差大于系统参数设定的2mm与10%时，控制系统将立即自动停止顶升，以确保结构的安全。为确保同步顶升，避免拉线传感器可能出现读数异常的情况，在拉线传感器旁的墩柱上固定4把钢卷尺进行人工读尺，复核顶升高度。

(4)加强监测，确保盖梁在顶升过程中不发生横向或纵向偏移。盖梁平面位置的最终偏移量不得大于10mm，如顶升过程中监测到位置偏移大于8mm时，需进行纠偏。

(5)地基承载力须满足设计要求，防止支架失稳。

(6)待墩柱连接部位的砼达到设计强度后，方能拆除支架。

5 盖梁整体顶升实施效果

本次盖梁整体顶升施工应用于东雷高速公路龙湾特大桥墩柱的接长、盖梁整体顶升，解决了项目实施过程中路改桥设计变更后原施工桥梁盖梁标高的问题。工程现已建成通车，各项技术指标优良，其中盖梁顶升高度偏差为4mm，符合±10mm的技术要求；顶升水平偏移为3mm，符合小于10mm的技术要求[9]；混凝土无出现影响结构及行车安全的裂缝。

(1)充分利用原有桥梁的桩基础作为顶升立柱的基础，通过抱柱梁联结原有的桥梁墩柱，将顶升荷载有效传递到原有桥梁的桩基础，不仅能减少施工占地面积，还可有效降低施工成本。

(2)采用PLC液压同步顶升控制系统，解决了多台千斤顶同步顶升操作的技术问题，确保了顶升过程中桥梁结构姿态稳定。

(3)验证了顶升工艺在高速公路桥梁墩柱改造工程中应用的可行性、稳定性和安全性。

6 结语

本文以东雷高速公路龙湾特大桥工程为例，针对高速公路桥墩改造的施工特点，采用同步顶升系统对双柱式盖梁整体顶升的方式，介绍了高速公路既有桥墩改造顶升的施工工艺、施工监测、施工控制等要点，可为类似工程项目施工提供经验参考。

盖梁整体顶升技术充分利用原有桥梁的桩基础，减少占用施工场地，实现了对桥梁的顶升改造，符合绿色节能环保的技术发展理念。同时，较大地缩短了施工工期，减轻了原有高速公路桥梁通行的压力，节约了工程成本，具有较好的经济效益和社会效益。