高速公路橋梁蓋梁頂升施工與監(jiān)測(cè)

李 富，黃華江，李明國

(1．廣東省南粵交通粵湛高速公路管理中心東雷管理處，廣東 湛江 524000； 2．廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

隨著科技發(fā)展和相關(guān)機(jī)械設(shè)備的研發(fā)，橋梁頂升技術(shù)也迅速發(fā)展，其中應(yīng)用較廣泛的就是整體同步頂升技術(shù)。

國內(nèi)橋梁頂升技術(shù)從20世紀(jì)中期開始應(yīng)用于鐵路橋梁的架設(shè)、位移及落梁等。20世紀(jì)80年代末，液壓同步頂升技術(shù)逐漸成熟并快速發(fā)展，在公路建設(shè)領(lǐng)域中的橋梁同步頂升技術(shù)也得到了更多的重視[1-3]。近年來，國內(nèi)橋梁頂升技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，如橋梁支座的更換、橋面標(biāo)高改造、增高通航凈空及橋梁架設(shè)等多個(gè)方面[4-5]，取得了較多成功的案例[6-8]，但通過墩柱接長、蓋梁整體頂升的方式來調(diào)整新建橋梁標(biāo)高的方法，應(yīng)用不多。

1 工程概況

東雷高速公路TJ2合同段經(jīng)路改橋工程變更后，將原龍灣大橋與教門港大橋合并延長為K11+520～K12+895龍灣特大橋(55×25m預(yù)制箱梁)，其中K11+670～K12+145、K12+395～K12+895段由路基變更為橋梁，路線縱坡從K10+620～K15+100交點(diǎn)間進(jìn)行了坡度調(diào)整。由于在路改橋的設(shè)計(jì)變更之前，施工現(xiàn)場已按原設(shè)計(jì)完成了原龍灣大橋1#～5#墩全部的樁基、立柱、蓋梁與擋塊，因此，在進(jìn)行路改橋設(shè)計(jì)變更后，受路線縱坡調(diào)整影響，原龍灣大橋1#～5#墩(路改橋后為龍灣特大橋1#～5#墩)設(shè)計(jì)高程增加+0.790m～+1.828m(表1)。

表1 龍灣特大橋變更后頂升高度

本次頂升施工主要是對(duì)龍灣特大橋1#～5#墩通過墩柱的接長和蓋梁整體頂升來調(diào)整橋梁標(biāo)高。龍灣特大橋1#～5#墩為普通雙柱式橋墩，墩柱直徑為120cm，蓋梁長1 106cm、寬170cm、高160cm。路改橋后龍灣特大橋蓋梁、擋塊結(jié)構(gòu)尺寸、墩柱直徑、混凝土標(biāo)號(hào)與原設(shè)計(jì)的龍灣大橋保持一致。

2 蓋梁整體頂升施工難點(diǎn)

(1)對(duì)頂升精度控制要求高，尤其是頂升后上下兩個(gè)墩柱的平面位置和垂直度必須嚴(yán)格控制，確保其截面中心位置一致。

(2)由于切割后的墩柱及蓋梁重量較大，對(duì)抱柱梁和頂升支撐架的施工質(zhì)量要求較高，尤其是抱柱梁的基礎(chǔ)須滿足設(shè)計(jì)承載力的要求。

(3)需要采取有效的限位措施，控制頂升過程中墩柱偏移，防止結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

3 蓋梁整體頂升施工

3.1 施工工藝

(1)由于龍灣特大橋頂升高度較低，在既有墩柱底部新增抱柱梁結(jié)構(gòu)，作為反力基礎(chǔ)。

(2)在抱柱梁上安裝頂升支撐體系及限位結(jié)構(gòu)，然后安裝千斤頂及PLC液壓同步頂升控制系統(tǒng)。

(3)將千斤頂頂升托住蓋梁，然后切割墩柱。

(4)頂升蓋梁至調(diào)整后的高程，利用轉(zhuǎn)換支撐替代千斤頂完成受力體系的轉(zhuǎn)換。

(5)完成墩柱加高施工，拆除支撐體系，完成整個(gè)頂升施工流程。

3.2 抱柱梁

抱柱梁長320cm、寬200cm、高60cm，普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用與墩柱同標(biāo)號(hào)的C40海工砼。抱柱梁與既有墩柱的連接面作鑿毛處理。

3.3 頂升支撐體系及限位結(jié)構(gòu)

頂升支撐體系由橫橋向布置的4根D500鋼管柱及橫連桿組成，其中外側(cè)2根D500鋼管柱為千斤頂頂升的支撐柱，內(nèi)側(cè)2根D500鋼管柱為頂升托換的支撐柱。頂升支撐體系如圖1所示。

圖1 蓋梁頂升支撐體系

為確保頂升過程中墩柱及蓋梁的姿態(tài)，在墩柱四周設(shè)置頂升水平限位結(jié)構(gòu)，采用∠100×100×10mm角鋼焊接成抱柱形式。頂升水平限位結(jié)構(gòu)沿墩柱垂直布置，間距為120cm，可根據(jù)墩柱實(shí)際高度適當(dāng)調(diào)整。第一道水平限位結(jié)構(gòu)設(shè)置在墩柱擬截?cái)嗝嫔霞s50cm處，頂升水平限位結(jié)構(gòu)與墩柱間預(yù)留3mm間隙，以確保墩柱自由頂升。頂升水平限位結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 蓋梁頂升水平限位結(jié)構(gòu)

3.4 同步頂升控制系統(tǒng)

PLC液壓同步頂升控制系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)(液壓千斤頂、油泵、平衡保護(hù)閥、比例閥、進(jìn)出油管等)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)軟件、操作臺(tái)、電控箱等)、檢測(cè)傳感器(位移傳感器、力傳感器)等組成。該系統(tǒng)通過力和位移傳感器將液壓系統(tǒng)的受力情況及液壓千斤頂當(dāng)前狀況反饋給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)反饋的信息，精準(zhǔn)控制4個(gè)液壓千斤頂平穩(wěn)頂舉結(jié)構(gòu)物，確保頂升過程的同步性以及結(jié)構(gòu)物的位移和姿態(tài)。

3.5 千斤頂布置

采用100t液壓千斤頂，每墩布置4臺(tái)，安全儲(chǔ)備系數(shù)為3.63。千斤頂本體高度450mm，缸體內(nèi)徑140mm、外徑178mm，法蘭盤直徑258mm，有效行程250mm，工作壓力63MPa。

根據(jù)蓋梁及被切割后墩柱的自重荷載分布情況布置頂升千斤頂，同時(shí)確保頂升千斤頂?shù)陌踩珒?chǔ)備系數(shù)不低于1.6。4個(gè)頂升千斤頂設(shè)置在墩柱外側(cè)的鋼立柱上，每邊各設(shè)置2個(gè)。

3.6 頂升順序

本次頂升為縱坡調(diào)整頂升，采用同步頂升、逐級(jí)到位的方式。每片蓋梁單獨(dú)頂升，頂升時(shí)，蓋梁下的4個(gè)千斤頂同步頂升，步履式逐級(jí)升高，直至設(shè)計(jì)高程。

3.7 頂升過程監(jiān)測(cè)

頂升過程中，為保證蓋梁的整體姿態(tài)，需進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括蓋梁平面位置和高程、墩柱平面位置和垂直度以及頂升支撐的垂直度。監(jiān)測(cè)貫穿于頂升及落梁的全過程中。蓋梁頂升過程中的控制指標(biāo)：蓋梁與墩柱的平面位置偏差不大于8mm，蓋梁頂升每個(gè)行程的四角(左右墩柱前后側(cè)4點(diǎn))高差不大于2mm，墩柱的垂直度偏差與頂升支撐的垂直度偏差均不大于0.5%。

(1)監(jiān)測(cè)內(nèi)容：對(duì)蓋梁的平面位移和高程、墩柱的平面位移和垂直度、頂升支撐的垂直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并及時(shí)采取相應(yīng)的控制措施。

當(dāng)蓋梁或墩柱的平面位置偏差超出監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)8mm時(shí)，將在下一個(gè)行程頂升開始前調(diào)整頂升千斤頂?shù)膬A斜方向與位置偏移方向相反，但同時(shí)需保證千斤頂?shù)拇怪倍绕畈淮笥?%。經(jīng)過若干個(gè)行程頂升后，當(dāng)平面位置偏差小于3mm后，再調(diào)整千斤頂?shù)拇怪倍?，繼續(xù)正常頂升。

當(dāng)蓋梁四角高程偏差超過2mm時(shí)，關(guān)閉同步頂升系統(tǒng)，單獨(dú)開啟高程較低位置一側(cè)的1個(gè)或2個(gè)千斤頂，補(bǔ)頂至四角高程偏差均小于2mm為止。補(bǔ)頂完成后依次微調(diào)其他千斤頂?shù)膲毫?，直?個(gè)千斤頂?shù)膲毫颈３志狻?/p>

當(dāng)墩柱垂直度偏差超過0.5%時(shí)，關(guān)閉同步頂升系統(tǒng)，單獨(dú)開啟偏斜方向相反位置的2個(gè)千斤頂進(jìn)行頂升糾偏，糾偏至墩柱垂直度偏差小于0.3%。垂直度糾偏后，需重新對(duì)蓋梁平面位置和高程進(jìn)行復(fù)核與糾正。

當(dāng)頂升支撐的垂直度偏差超過0.5%時(shí)，在鋼支撐開始偏斜方向的鋼支撐塊連接法蘭間支墊合適的薄鋼片，或通過水平旋轉(zhuǎn)調(diào)整鋼支撐的安裝方向，控制鋼支撐垂直度滿足0.5%的偏差要求。

(2)測(cè)點(diǎn)布置：在蓋梁頂面橫軸線兩側(cè)對(duì)稱布置觀測(cè)點(diǎn)。

(3)頂升前進(jìn)行測(cè)量：墩柱切割前，對(duì)蓋梁平面位置、高程以及墩柱平面位置進(jìn)行一次測(cè)量并記錄。

(4)頂升過程的監(jiān)測(cè)：頂升千斤頂每走3個(gè)行程，對(duì)蓋梁平面位移和高程、墩柱平面位移和垂直度、頂升支撐的垂直度進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)；當(dāng)頂升至設(shè)計(jì)高程后，進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)；立柱施工完成后，進(jìn)行最后一次監(jiān)測(cè)。

4 蓋梁整體頂升施工控制

(1)應(yīng)控制好墩柱的垂直度，確保墩柱連接施工完成后，墩柱不存在偏心受力的狀態(tài)。

(2)確保臨時(shí)支撐用的鋼板和鋼墊塊的穩(wěn)定，鋼墊塊采用標(biāo)準(zhǔn)件，用螺栓連接牢固。

(3)頂升過程中，嚴(yán)格控制每個(gè)液壓千斤頂?shù)男谐蹋_保同步頂升。蓋梁頂升設(shè)置4個(gè)千斤頂，4點(diǎn)同步頂升。頂升前在左右墩柱前后側(cè)共設(shè)置4個(gè)拉線傳感器，拉線傳感器及在4個(gè)千斤頂設(shè)置的壓力傳感器均與同步頂升系統(tǒng)連接，在同步頂升系統(tǒng)參數(shù)內(nèi)設(shè)置4個(gè)拉線傳感器的同步誤差小于等于2mm，4個(gè)千斤頂?shù)膲毫φ`差小于等于10%。

蓋梁同步頂升時(shí)，由同步頂升系統(tǒng)按照設(shè)定的頂升速率自動(dòng)控制4個(gè)千斤頂同步勻速頂升作業(yè)。頂升過程中一旦位移誤差與任何一缸的壓力誤差大于系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定的2mm與10%時(shí)，控制系統(tǒng)將立即自動(dòng)停止頂升，以確保結(jié)構(gòu)的安全。為確保同步頂升，避免拉線傳感器可能出現(xiàn)讀數(shù)異常的情況，在拉線傳感器旁的墩柱上固定4把鋼卷尺進(jìn)行人工讀尺，復(fù)核頂升高度。

(4)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，確保蓋梁在頂升過程中不發(fā)生橫向或縱向偏移。蓋梁平面位置的最終偏移量不得大于10mm，如頂升過程中監(jiān)測(cè)到位置偏移大于8mm時(shí)，需進(jìn)行糾偏。

(5)地基承載力須滿足設(shè)計(jì)要求，防止支架失穩(wěn)。

(6)待墩柱連接部位的砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方能拆除支架。

5 蓋梁整體頂升實(shí)施效果

本次蓋梁整體頂升施工應(yīng)用于東雷高速公路龍灣特大橋墩柱的接長、蓋梁整體頂升，解決了項(xiàng)目實(shí)施過程中路改橋設(shè)計(jì)變更后原施工橋梁蓋梁標(biāo)高的問題。工程現(xiàn)已建成通車，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良，其中蓋梁頂升高度偏差為4mm，符合±10mm的技術(shù)要求；頂升水平偏移為3mm，符合小于10mm的技術(shù)要求[9]；混凝土無出現(xiàn)影響結(jié)構(gòu)及行車安全的裂縫。

(1)充分利用原有橋梁的樁基礎(chǔ)作為頂升立柱的基礎(chǔ)，通過抱柱梁聯(lián)結(jié)原有的橋梁墩柱，將頂升荷載有效傳遞到原有橋梁的樁基礎(chǔ)，不僅能減少施工占地面積，還可有效降低施工成本。

(2)采用PLC液壓同步頂升控制系統(tǒng)，解決了多臺(tái)千斤頂同步頂升操作的技術(shù)問題，確保了頂升過程中橋梁結(jié)構(gòu)姿態(tài)穩(wěn)定。

(3)驗(yàn)證了頂升工藝在高速公路橋梁墩柱改造工程中應(yīng)用的可行性、穩(wěn)定性和安全性。

6 結(jié)語

本文以東雷高速公路龍灣特大橋工程為例，針對(duì)高速公路橋墩改造的施工特點(diǎn)，采用同步頂升系統(tǒng)對(duì)雙柱式蓋梁整體頂升的方式，介紹了高速公路既有橋墩改造頂升的施工工藝、施工監(jiān)測(cè)、施工控制等要點(diǎn)，可為類似工程項(xiàng)目施工提供經(jīng)驗(yàn)參考。

蓋梁整體頂升技術(shù)充分利用原有橋梁的樁基礎(chǔ)，減少占用施工場地，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁的頂升改造，符合綠色節(jié)能環(huán)保的技術(shù)發(fā)展理念。同時(shí)，較大地縮短了施工工期，減輕了原有高速公路橋梁通行的壓力，節(jié)約了工程成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。