桥梁同步顶升施工方法探析

刘冬梅

摘要：桥梁顶升工程具有广阔的发展前景，随着交通运输建设日新月异的发展，交通压力与日俱增，桥梁顶升技术拥有经济环保、施工工期短、交通干扰小、成本节约等多种优点，极具推广应用价值。本文结合G105京澳线K1160+951、K1160+952处上下分离式双幅梁桥同步顶升施工，分析通过PLC多点同步顶升变频同步控制系统、无震动液压链锯切割系统、千斤顶及相关辅助设备，在不改变原桥梁形态情况下，不改变桥梁结构强度，采用整体同步顶升的新型实用技术，将桥梁安全顶起，并升高到所需高度。

关键词：桥梁；同步顶升；施工

DOI：10.12433/zgkjtz.20231944

桥梁顶升是指采用液压千斤顶将桥梁上部结构整体抬高的操作过程，是桥梁改造施工中较高效、经济的一种施工方法，采用先切割桥墩，后整体顶升到位，再将到位后的桥墩和原桥墩重新连接浇筑混凝土并形成整体，实现抬高桥面高程目的。与桥梁拆除新建相比，采用顶升工艺施工，不仅能节约建设的经济成本和时间成本，而且更环保，可降低对周边环境和交通的影响。

一、 桥梁同步顶升准备

（一）现场调查

桥梁同步顶升施工前，先认真研究施工图纸，明确荷载布置，然后分析受力，再详细核验相关数据，核验包括桥梁同一墩台临时支点高差影响、顶升过程主梁安全度计算、中下部结构受力验算等，确保实际施工过程的桥梁结构安全。例如，G105京澳线K1160+951、K1160+952处上下分离式双幅梁桥，勘察基础承载自上而下可分为三层：第一层：杂填土，杂色，稍湿，松散，本层土成分不均匀，极易变形，基础施工时应挖除，高压缩性，力学性质变化大。第二层：粉质黏土，灰—灰黑色，软塑，稍有光泽，中等干强度，韧性一般，摇震反应无，属中压缩性土。承载力特征值：fak=100kPa。第三层：中风化泥质砂岩，棕褐色、红棕色，泥质粉砂结构，属软岩，岩体基本质量等级Ⅳ级，岩石呈短柱状，RQD为80%，裂隙不甚发育，岩石结构清晰，金刚石钻进抖动较小，进尺较慢。承载力特征值：fak=1000kPa。

调查过程中，详细了解要更换的支座位置及现场实际情况，将支座现状与检测报告中的描述进行比对，详细记录需更换支座的型号及其他数据，并作为制定施工方案的依据，提出合理的处理方案。

（二）准确制作监测刻度标准线

在盖梁、桥台上水平横向制作一条通长刻度线，全线统一平差，确定顶升前初始高度，测量梁板底距刻度标准线的高，在每一个盖梁上取5个点，当桥梁同步顶升时，测量其高度，同时与初始高度对比，准确控制顶升的高度差，在下一站防线时，和前一站对比，所放中桩点至少有两个点复测。移动测站前，要校核使用的仪器，误差值一定保留在限差之内，否则放点的位置就必须重新检查并校正。

（三）临时支撑设施准备

钢管支架安装应严格控制水平及竖直杆件精度，满足公路桥涵施工技术要求，还应配备各种厚度钢垫板，配备足量的钢垫盒作为临时支撑。

制作加工1mm、2mm、6mm、8mm、12mm、16mm、20mm等厚度钢垫板。同时，依据现场支座的缺陷复查实际情况，选定厂家根据测量的尺寸对脱空调平钢板及倾斜支座楔形钢板进行精细加工。

（四）顶升位置处理

桥梁同步顶升之前一定要确保修复支座的位置不出现问题：首先，对支座垫石混凝土中的蜂窝及空洞采用环氧砂浆混凝土修复。其次，支座上面的预埋钢板要做除锈防腐处理，如果出现预埋的钢板不平衡，要及时找平楔形钢板。更换新的支座时，要实地考察，实际联测支座与盖梁顶的距离。在梁体顶升时，把千斤顶布置在吨台上，同时凿除布置表面浮浆层的位置，并打磨表面，确保平整度符合工序要求。

安装千斤顶前，使用环氧砂浆调平相邻两箱梁间的高差；高差较大时建议选择环氧砂浆、楔入薄钢板密实垫平，确保相邻的顶升处两片空心板梁保持同一水平面，保证两侧铰缝的梁体受力均匀。

安装薄千斤顶时，为增大受力面积，可以垫设10mm钢板在千斤顶上下面，做到桥台盖梁顶局部混凝土安全承压。

（五）控制系统调试

在桥梁同步顶升前，做好统筹安排调试控制系统工作，确保顶升时正常进行。一般情况下，同步顶升的系统由高压液压泵、分流器、千斤顶、油管、油箱以及操作控制系统、电动机等组成，主要通过位移和顶升进行控制，通过压力传感器传递外部压力的数据、电子传感器传递位移数据，依据每个测点信号，位移控制系统控制带载顶升速度，整个梁体实现同步提升。

二、同步顶升桥梁的新技术、新工艺

（一）分级顶升液压千斤顶

分级顶升液压千斤顶突破本身行程限制，重型物体通过分级顶升达到很高的顶升高度时，配套使用同步顶升液压系统，可以实现高精度分级同步顶升。标配5°球型鞍座以适应荷载表面不平整工况，同步精度可达1%，可选用高分子合成垫块，重量轻、强度大，减少工人劳动强度。双作用设计，选用顶升专用升降阀组可确保顶升和下降的安全。柱塞缩回，在底盘中央插入2根垫块，以支撑下次顶升。再次顶升负载，在底盘下面再次插入2根垫块。

（二）PLC 多点同步顶升变频同步控制系统

PLC多点同步顶升液压系统分为PLC计算机控制系统、液压泵站、液压终端、位移压力检测与人机界面操作系统五个部分。该系统将PLC信号处理、位移监控、液压顶升与桥梁结构分析及施工技术进行集成，在集成系统上进行技术开发，根据桥梁特性设计计算机PLC信号处理与液压系统，输出液压系统油量控制信息，输入外部监控设施的位移信号，利用终端多组液压千斤顶，实现平衡、安全与高效的桥梁顶升目标，顶升精度误差不超过正负0.5mm。同步顶升系统可选用单作用或双作用液压千斤顶执行顶升和下降工作，适用大部分凯恩特标准液压千斤顶，能实现多点同步升降的多点同步液压顶升系统，促使多点协调一致地完成高精度同步升降。顶升时变频、脉宽调速闭环控制、低速顶升、高速贴合，速度可以任意控制；均载阀的过载保护功能，可以避免多缸顶升时出现胀缸的事故；先进的进油调速与重载先锋液压回路，不只顶升时达到高精度同步，同时在带载下降时同样保证了高精度；扩展至32点或32点以上的多点同步，除保持多点位置的同步外，可按用户的要求调节各支点的载荷分布。

（三）无震动液压链锯切割系统

对立柱切割采用的是新型无震动直线切割设备，该设备具有体积小、切割能力强的优点，在切割时采用水冷却的方式，可以保持切割面平整，没有粉尘和噪音的污染。在顶升土建完成时，要安装千斤顶和液压系统，所有的顶升工作都准备到位，即可使用桥墩采用无震动液压链锯切割系统切割立柱。

三、桥梁顶升施工要点

（一）千斤顶布置

根据施工图图纸及现场踏勘资料，计算G105京澳线K1160+951、K1160+952处大河厂左、右幅桥截断桥墩后，一排墩柱及上部结构恒载为500t，考虑全桥整体顶升安全需求，千斤顶顶升力预留2.5倍安全度，严禁千斤顶满载顶升，因此，在桥墩处的顶升支架P245X8钢管上各布置一台100t分级顶升液压千斤顶，一处桥墩处共计18台。

（二）顶升施工工序

大河厂左、右幅桥顶升施工期间，按照半幅施工半幅封闭的交通组织实施，主要施工顺序如下：

第一，熟悉施工图图纸，现场踏勘复核，进行施工准备工作。

第二，开挖桥墩及桥台处局部河床，进行墩台基础改造施工。

第三，对借桥跨河的供水管，电缆线等临时迁改；进行道路半幅通行半幅封闭的交通组织导改布置。

第四，安装半幅桥梁墩台顶升支架系统、千斤顶顶升设备、施工监控设备以及限位装置等。

第五，顶升设备调试，分级顶升液压千斤顶，PLC多点同步顶升变频同步控制系统等配套设施联合调试，确保设备安全运行。

第六，采用无震动液压链锯切割系统对桥墩进行静力切割，切割位置可选取在桥墩距离基础顶面90cm处。

第七，墩柱截断后试顶升，确定各千斤顶的同步性和实际受力情况，设定计算机控制中心对应的动作指令及调整各传感器为零的状态，确保后期顶升的同步性，并作为调整同步性及操作预演的重要环节。

试顶升高度可为1cm，可根据现场情况适当调整，观察顶升系统及支撑系统的稳定性及各设备的协同性。试顶升前应做好充分的准备工作（人员、设备、安全防护、应急预案及初始测量等）。试顶升如有异常情况，要重新调试顶升设备，直至各设备协调无异常工作方可进行正式分级顶升。

第八，依据整体顶升高度2360mm，将顶升分12个大级实施，每个大级分5个小级。每个大级顶升高约200mm，每个小级顶升高约30～50mm。每顶升一个设计行程，配套分级液压千斤顶油缸伸缩及时塞垫标准垫块，垫块塞垫应牢固、密贴，应设置防滑防偏位装置确保安全。顶升至设计高程后，及时复核上部结构及盖梁位置并纠偏。

第九，对立柱新老混凝土结合部分进行凿毛处理，对上下截断面各凿除30cm左右高度的混凝土，使主筋出露便于钢筋连接。采用Ⅰ级挤压套筒机械连接竖向主筋，焊接环向箍筋，浇筑微膨胀混凝土。

第十，凿除重力式桥台顶台帽，及时接高挡墙，新建台帽及挡块、垫石等构造和安装支座。

第十一，混凝土强度形成后，及时卸载顶升千斤顶，将上部荷载转移至桥梁墩台。

第十二，交通组织导改，开放该半幅交通，转移支架及和设备至另半幅施工。

（三）墩台切割及接高施工方法

1.桥墩切割

当顶升准备工作到位，千斤顶及液压系统安装完毕，实施桥墩切割。采用无震动液压链锯切割设备切割立柱，柱切割位置一般在承台以上0.9m处附近。

柱切割注意事项：

第一，通过水准测量、传感器等检查桥梁形态状况。

第二，对立柱按切割位置及顺序进行切割。

第三，千斤顶安装时，活塞允许伸出的长度不得大于5mm，确保切割时桥梁绝对安全，避免千斤顶失压，改变桥梁姿态。

第四，将千斤顶加压至计算荷载的70%。

2.桥墩接高

在立柱实施切割后，应在上下截断面各凿除30cm左右高度的混凝土，使主筋出露，立柱加高部分要利用同规格等数量的竖向主筋和箍筋，竖向受力主筋用挤压套筒机械连接（必须达到Ⅰ级接头的标准），并与立柱两端露出部分的主筋连接，采用焊接连接箍筋。

为更有利于新老混凝土的连接，将立柱新老结合部分的表面凿毛处理，连接立柱的混凝土使用微膨胀混凝土，浇筑前用高压水清洗干净结合面。浇筑过程中应缓缓放料，并及时分层振捣密实，通过浇筑混凝土总用量，推算浇筑混凝土高度，每隔30cm为一层，确保所浇捣的每层混凝土的密实性符合要求。

3.桥台凿除及接高

当千斤顶及液压系统安装完毕后，顶升准备工作到位后，将千斤顶加压至计算荷载的70%，使支架及顶升系统和梁板紧密贴合，凿除桥台混凝土台帽，并及时绑扎钢筋浇筑混凝土。

（四）桥梁同步顶升施工监控参数

根据桥梁顶升过程可能出现状况，制定六类监控参数：

第一，混凝土梁体顶升桥面的标高及水平位移。

第二，混凝土梁体盖梁处的顶升实时位移。

第三，混凝土盖梁处控制截面的实时应力。

第四，混凝土盖梁顶升着力处局部变形和应力。

第五，混凝土基础各控制点的沉降。

第六，钢管支撑体系各控制点的应力及偏位。

实时位移监控为顶升施工过程中全过程监管桥梁结构位移的情况，采用高精度的位移传感器及与其配套的测试仪进行监测，监控各点顶升高差，确保顶升高度偏差控制在许可范围内。实时位移监控点可各墩顶桥面处及两侧桥台处左右侧各布置一处，共计10个测点。

为便于控制桥梁的顶升位移、形态及同步性，千斤顶的同步误差应满足以下两点：第一，相邻墩顶升点同步差不应超过5mm；第二，同一桥墩相邻顶升点同步差不应超过0.5mm。

盖梁应力监测可通过实时监测，采用精度达到0.1με的静态应变传感器、传感器的截面端数据收发器以及电脑端数据收发器监控。

同步顶升着力处的监测是对混凝土顶升点处的全过程持续性跟踪观察。通过监控观测点的局部是否变形，判断顶升着力处混凝土是否处于安全范围内，实现控制局部变形的目标。

桥梁整体顶升施工监控参数量检测及控制可委托具有资质的单位进行施工全过程监控，及时获取施工数据，快速调整纠偏，确保施工过程各工艺措施安全可控。

（五）危险性较大的分部分项工程施工

本项目部分分项工程属于危险性较大的分部分项工程范围，包括顶升过程使用的钢管支架系统、千斤顶顶升系统及桥梁墩台接高等，应按《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》要求施工，施工单位专项施工前，应遵守相关管理规定，编制专项施工方案，保障工程周边环境安全和工程施工安全。同时，危险性较大的分部分项工程需经技术负责人、监理工程师签字同意后方可实施，专职安全生产管理员进行现场跟踪监督。

对于复杂的分项工程而言，应组织专家进行论证、审查。施工前，辨识危险源，并应按《公路工程施工安全技术规范》要求对桥梁等工程进行施工安全风险评估，并在现场监控。施工前，施工单位要逐级进行安全技术交底，包括应急处置措施、风险状况、安全技术要求等内容。

四、结语

我国桥梁目前保有量较多，随着交通行业的快速发展，车辆、船舶、泄洪等所需的桥梁高度不断提高，交通压力与日俱增，要将已建桥梁标高调整到所需标高，确保满足桥下通航净空要求，桥梁整体顶升技术具有节约成本、缩短施工工期、交通干扰小、四节一环保等多方优点，有极大的推广价值及应用价值和发展前景，可以为企业带来更大的经济效益。

参考文献：

[1]徐宏，郭敏.既有简支梁桥整体同步顶升施工技术[J].世界桥梁，2016，44（02）：82-86.

[2]王辉.同步顶升技术在扩建桥梁施工中的应用[J].交通世界（中旬刊），2021（03）：131-132.