桥梁托换顶升施工技术研究与应用

常乃坤 （安徽省路桥工程集团有限责任公司，安徽 合肥 230031）

0 前言

当前经济社会高速发展，桥梁升级改造需求也在随之增加。土地和空间资源相对紧缺，需要增加桥跨下部净高，满足同行通航需求，或者公路交通荷载加大，桥梁使用年限较长，需要对支座维修更换。这些桥梁主体结构大多仍可继续服役，如果直接拆除重建，势必造成大量人力物力浪费，带来环境污染。因此这就需要在确保不破坏桥梁主体结构的前提下，对原先桥梁进行抬升施工。

已有的桥梁顶升施工技术按是否断柱，可分为断柱式顶升技术和非断柱式顶升技术。前者主要有上、下抱柱梁式、下抱柱梁-盖梁式、承台-盖梁式和承台-抱柱梁式；后者包括直接顶升式和牛腿式施工技术。但现有的桥梁顶升施工均存在一定的缺陷，比如抱柱梁顶升施工，其作为反力平台，承载力较小，无法应用于自重大的桥梁结构，直接顶升，对整个施工会带来较大的工作量，与抱柱梁结构相比，经济性较差。

依托实际工程项目研究，本文重点介绍了一种新型的基于可拆卸式预应力托换体系的桥梁顶升施工技术，克服已有技术的不足和缺陷，为桥梁“增高”提供一种现场施工效率高、施工工艺简洁、安全性高的工艺。

1 技术原理

对一般桥梁而言，桥梁结构的受力状态仅与桥跨两侧支撑边界的约束条件有关，而与桥梁的整体支撑高度则没有必然联系，这是桥梁顶升可行性的理论基础。因此可以通过采用适当的临时支撑结构，替换原支座或桥墩的支撑作用，通过PLC控制系统结合千斤顶和同步顶升设备对桥梁结构采取抬高移位操作，以进行下一步改造。

本文提出的新型桥梁顶升施工技术，其整个顶升系统结构由支撑用插接式施工架，可调抱箍预应力支撑平台，定型化盖梁接高支模体系、横向限位装置、PLC同步顶升系统等几大部分组成，如图1所示。支撑用插接式施工架固定在扩大承台上，利用预埋地脚螺栓连接，施工架通过连接套管，实现竖杆，横杆以及斜杆的快速连接。利用两块双凹形槽组成可调抱箍预应力支撑平台，减少以承台作为反力平台的施工量。定型化盖梁接高支模包括侧模，端模和张拉槽口模板，通过凹凸企口和连接杆实现快速连接。横向限位装置设置在桥面板两端，由限位桁架、支撑块、供支撑块滑动的轨道、固定板以及横向限位千斤顶组成，当桥面板出现横向偏移，依靠横向限位千斤顶进行逐步微调纠正。PLC同步顶升系统包括液压系统和计算机控制系统，监控顶升速度、位移误差、负载压力，通过均衡油压千斤顶自动完成同步位移。

图1 基于可拆卸式预应力托换体系的桥梁顶升系统结构图

2 技术要点

为了确保现场施工顺利进行，项目技术人员编制相应的施工方案，确保按如下流程进行同步作业（见图2）。

图2 施工工艺流程

2.1 桥梁基础开挖

对桥梁基础进行开挖，直至露出承台底面。然后按设计图纸规定，对开挖区域进行支模，对原承台进行凿毛处理，铺设钢筋笼，并在设计位置处提前安装预埋地脚螺栓。待上述工作均完成以后，开始浇筑混凝土，养护完成后得到扩大承台（见图 3）。

图3 扩大承台正视图

2.2 搭设支撑用插接式施工架

搭设如图4所示的支撑用插接式施工架，施工架底部与预埋地脚螺栓进行固定，待底部施工架搭设完毕后，覆盖上填土至原地面。竖杆是直接插入连接套管内实现连接，横杆和斜杆在端部分别做了相应处理，横杆端部设置了横杆L型接头，斜杆端部设置了斜杆连接头。连接结构如图5、6所示，共分上、中、下三部分，中部设置了L型槽，可以实现横杆的快速连接，上、下两部分结构相同，各设置有两个转动环。转动环内嵌固定爪，通过高强螺栓实现固定爪的松紧调节固定，上方有齿口，配合固定爪进行固定转动环。转动环上还设有八字槽，可以连接斜杆连接杆，最终斜杆可直接与斜杆连接杆通过高强螺栓进行连接。当施工架全部搭设完毕后，在每层表面铺设钢板网，以方便后续工人的施工。

图4 支撑用插接式施工架结构正视图

图5 横杆L型接头、斜杆连接头示意

图6 连接套管示意

2.3 可调抱箍预应力支撑平台施工

在支撑用插接式施工架上方施工可调抱箍预应力支撑平台，采用双凹形槽，在双凹形槽安装之前，先沿墩柱一周铺设橡胶垫以增大摩擦。吊机将双凹形槽吊运至设计位置时，由工人实现初步固定，紧接着在双凹形槽内部安装钢筋笼和预应力筋，利用先张法施工工艺提前张拉施工并利用锚具固定。紧接着往两块双凹形槽中浇筑混凝土，养护后得到如图7所示的可调抱箍预应力支撑平台。

图7 可调抱箍预应力支撑平台剖视图

2.4 解除桥面板和盖梁之间的支座固定

按设计位置在可调抱箍预应力支撑平台上布置顶升千斤顶和随动托架，并在桥面板底面，与顶升千斤顶布置位置相对应处布置桥底分配梁。千斤顶底部均设有垫块，随着千斤顶顶升桥面板，每顶升一定距离，顶升千斤顶下方的垫块和随动托架均需要进行接高，利用法兰盘进行接高处理。

2.5 顶升施工

如图8所示，为控制顶升施工的竖向位移，在桥面板上表面设置了水准仪监测点，而根据连续梁受力的特点，在桥面板底部随动托架作用处以及跨中位置布设了应力监测点，以便随时监控顶升施工期间桥面板的情况。而为了控制桥面板顶升施工期间的横向位移，在桥面板两端面安装如图8所示的横向限位装置。其结构包括限位桁架、支撑块、供支撑块滑动的轨道、固定板以及横向限位千斤顶。限位桁架固定在盖梁上；横向限位千斤顶设置在支撑块和固定板之间；固定板安装在桥面板两端面。当桥面板在顶升期间出现横向偏移时，轨道和限位桁架均会受力，此时依靠横向限位千斤顶进行逐步微调纠正。控制千斤顶顶升的顶升控制系统安装在施工架上，待上述施工完毕后，按规定要求逐步开始顶升施工。正式顶升时应控制顶升速度和顶升压力，由于边梁本身自重及桥面附属设施，（如护栏、分联处连接件）的影响，与中梁在顶升力上差异较大，在顶升时，一定要压力与行程双控制，并以行程为最终控制，避免由于起顶不均匀而造成桥面的剪切破坏。顶升到位后，统一在梁底安放预先准备好的楔型枕木及预制钢板进行临时支垫，支垫要求牢固可靠，支垫过程不可放松千斤顶。由于顶升高度有限因此必须在更换支座处划十字线精确定位，新支座更换可按图纸推算，桥梁纵向距离以桥台（盖梁）边缘到支座边缘，距离为准，横桥向距离以梁边缘到支座边缘为准，施工前应对照图纸对应算出纵横向距离，多数桥梁中这两个距离是相对固定的，可采用预制钢模板将支座匀速，缓慢地推到指定位置。

图8 监测布置示意图

3 结束语

桥梁整体顶升技术在确保不破坏桥梁主体结构的基础上，实现对桥梁的维修改造，符合绿色节约环保的技术发展理念，同时大大缩短了工期，减少了对城市交通运行的压力，其所蕴含的经济和社会效益显著，进一步探索研究加以运用十分有必要。本文提出的可拆卸式预应力托换体系的桥梁顶升施工技术克服了现有顶升施工的缺陷，工艺操作简单、施工质量可靠、安全性高，经实践证明具有广阔的推广应用前景。