跨线桥顶升施工技术探讨

・２６２・　工程科技　跨线桥顶升施工技术探讨　程洛生　（厦门兴海湾监理咨询有限公司，福建厦门３６１００４）　摘要：根据福建某跨线桥顶升施工改造工程，介绍了提升技术在连续梁桥改造中的具体应用。此种桥梁在提升过程中要经历多次　强迫位移，难度较大。所以既有桥的顶升从方案上来说比重新修建要既快有节省成本，但是技术上是要求很高的，所以顶升的难度是可以　想像的，尤其是连续梁桥，如果整体顶升不同步，产生的不是刚体位移，整座桥将产生附加应力，由此在运营阶段加上车辆荷载会带来安　全隐患，十分不利，甚至在顶升施工过程中产生梁体的侧翻和开裂。通过对顶升施工过程组织控制和力学分析，证明了连续梁桥的提升施　工改造在理论上的可行性，施工方法的可操作性，并辅以理论值进行验算，为理论指导实际，实际反应理论提供依据，并为既有桥梁的改　造提供了参考．　关键词：钢箱梁；顶升；强迫位移；有限元；落梁；换顶　１工程概述　随着公路建设的发展，对可利用的桥梁进行维修　加固已经开始普遍采用，这样既保证了应有功能又节　约了投资，就是其中一方面。现就顶升施工的工艺及　施工现场控制相关情况作简单阐述。桥梁顶升即是在　原桥台附近开挖基坑浇筑临时砼作为顶升支架的基　础，顶升支架采用无缝钢管，无缝钢管加工高度根据　现场情况实测高度进行加工，保证同轴无缝钢管上部　放置工字梁面处于同一高度。并在桥台或墩柱外侧安　装防位移装置（高度根据现场实际情况而定）。顶到位　后落梁垫好临时支撑柱。在原桥台、墩上进行支座垫　石放样，凿除埋设支座垫石基槽并打磨平整，调制环　氧砂浆安放支座垫石，对支座垫石进行焊接，最后安　放橡胶支座并找平、落梁。本跨线桥是钢箱梁桥，由于　道路的交通压力日益增大，现有的跨线桥没法很好的　解决交通拥堵现象，最后决定将现有的跨线桥和新建　的桥梁练成整体，实现全程高架全封闭上下行通车，　。　可以和好的解决红绿灯过多引起的堵车现象，所以既　有桥的顶升从方案上来说比重新修建要既快有节省　成本，但是技术上是要求很高的，所以顶升的难度是　可以想像的，尤其是连续梁桥，如果整体顶升不同步，　产生的不是刚体位移，整座桥将产生附加应力，由此　在运营阶段加上车辆荷载会带来安全隐患，十分不　利，甚至在顶升施工过程中产生梁体的侧翻和开裂。　（见图１）　２施工工艺组织　顶后位置　一　．　㈠　３５　图１顶升示意图　图２施工监测示意图　顶升工艺流程：施工准备一在桥台（墩）处凿除预　一　放千斤顶位置一监测设备的安装一试顶升（问题反馈　。　及处理）一正式顶升一第一次顶升完成一临时支撑的　放置一继续顶升至设计位置一临时支撑的放置一落　梁至临时支撑上一安装预制垫石及支座一现场清理。　一一。　施工准备工作：在顶升第一次完成后墩、帽顶基面清　ｌ　理，凿除基面凸起部分，并清除破碎松散砼渣子。在桥　台（墩）预支临时钢垫块部分如存在钢筋头的应予以　ｊ　割除并处理至低于砼表面高度。顶升系统的调试安　。　装：顶升系统采用位移和顶升压力的双控作为顶升控　ｊ　制依据，外部数据采集以位移电子传感器作为位移采　’　集，压力传感器作为压力采集。顶升前应单一和统一　调试各控制系统的正常运行性，以保证顶升过程中的　图３第九联连续钢箱梁的有限元模型　正常进行。监测设备的安装：监测设备为顶升系统的　图４第九联连续钢箱梁的二期荷载示意图　配套设备，主要为压力传感器、位移传感器、百分表　等。位移传感器的安装应注意安装位置必须在支顶千斤顶位置附　证顶升过程中的顶升系统能真实反映顶升过程中的情况。排异检查　近，最近的距离控制以真实反映顶升过程中的位移情况。压力传感　的专业技术人员检查完毕后应各自出具检查报告给现场施工负责　顶升前应对参加顶升的管理人员和操作人　器的安装应保证配套安装，真实反映千斤顶所承受的压力数值。同　人。人员工作细致分工：并进行书面分工岗位的书面技术交底。书面交　时应在梁底板安装百分表作为辅助位移控制和纠正控制措施。顶升　员进行明确的分工，　前系统不同人员排异检查：顶升系统安装完成后应保证两人以上的　底内容应包括组织机构、分工岗位、岗位职责、紧急频道处理信号、及施工禁止项等。信息反馈及传递渠道检查：顶　排异检查，且应保证两人的排异检查的时间、工况等的隔离性，以保　信息渠道常用术语、工程科技　・２６３・　图５工况一自重作用下Ｈ１５　Ｉ临时墩处底部的梁位移云图　图６　Ｈ１７号墩顶升２ｃｍ时Ｈ１６号墩处梁顶应力　篱靠学¨ｕ剥　蕊　：　嚣１　糕　Ｅ　孵　ｌ　笼　ｉ　《　Ｌ　班　．．　一　糕　强　…蝣　躺…　■删嘲　ｇ　ｌ　ｉ　嚣　潞Ｉｇ　－　≯　“　＿　■　‘　图７　Ｈ１７号墩顶升２ｃｍ时Ｈ１５号墩处梁底应力　图８　Ｈ１６号墩顶升２ｃｍ时Ｈ５号墩梁顶应力　升的信息的传递工具宜采用手持对讲机。顶升前应统一为施工当地　现象，必要时可调整钢板的厚度以满足顶升要求；认真检查千斤顶　未禁止的频道作为信息传递渠道。检查每部对讲机的有效沟通性及　放置位置下的结构物有无区别于顶升前的现象，如存在，应认真查　清晰性。并应再应明确频道的禁止语、紧急语、急令等关键语言。进　出原因后方可正式顶升，严禁情况未明时继续进行顶升。卸载后还　场工人安全教育及安全防护措施：顶升前应保证对每个参加顶升人　应立即组织沟通会议，把出现的问题及时协调处理，明确对于组织　员的现场安全教育，强调安全的必要性、严格性、全员性、责任性。其　机构、信息传递及反馈等过程控制中有无需再次强调及改进等。所　他准备工作：顶升前应断开顶升施工处的桥面联系，以保证支座更　有各项均核对无误后可再次顶升一个量程，即ｌＯｃｍ，顶升到位后应　换不影响到相邻跨的结构，先凿除桥面处的现浇混凝土，然后切断　及时加上辅助支撑。换顶：对于，要求顶升高度较大，对于千斤顶有　连接钢筋以解除两跨之间的联系，施工应采用人工凿除，避免使用　效行程时，则需要换顶。即加高千斤顶必须严格按照既定的方案进　机械损伤梁体　对搭设的顶升支架进行检查，保证其足够的强度、刚　行，控制内容包括所千斤顶下部加高钢板数量、高度及下次顶升高　度、稳定性，支架跨中挠度要小于ｌ０ｒａｍ，确保在梁被顶起时支架不　度等。顶升换顶过程中，如换顶时间预计要超出ｌＯｍｉｎ在其他墩处　倒塌、不倾斜、沉降较小且均匀。顶升前应认真检查防侧移装置及限　应把梁落于临时支撑上，严禁以千斤顶持续承载换顶的方式进行换　位装置：预顶升（以梁体顶起５ｒａｍ为准）：预顶升主要目的为消除　顶作业。加高千斤顶前应提前在加高的放置位置标线，加高后的千　顶升系统可能出现的问题，如油路接头漏油、油泵压力不够等，同时　斤顶要求可参考预顶升部分。顶升至设计位置：经现场再次确认千　消除顶升过程中可能出现的非弹性变形。预顶升以千斤顶顶至设计　斤顶无移位等现象后可统一继续顶升工作。根据不同墩号顶升工作　荷载为控制荷载，要确保在顶升巾梁体同步被顶起，并应持荷５ｒａｉｎ　需要不同顶升循环才能顶升至设计高度，应严格过度过程中的换顶　以上卸载。卸载后应认真检查系统的各自控制系统及表观现象，检　作业等工序。应注意顶升过程中千斤顶不可顶升至顶的最大的行程　查重点有：所有油路有无漏油现象、千斤顶有无异常现象、供电线路　高度，应考虑７０％～８０％的降效。顶升至设计高度位置过程中，临时　的表观磨损等。卸载后同时还应认真检查千斤顶上下钢板有无变形　支撑超过２０ｃｍ以上时应对临时支撑进行点焊连接，防止可能出现　・２６４・　工程科技　ｔ　辩　＃　蹦　０慧　０　＃　｝ｔ　群　图９　Ｈ１６号墩顶升２ｃｍ时Ｈ５号墩梁底应力　图１０横向Ｈ１７号墩一侧顶升２ｃｍ时Ｈ１５墩处梁顶应力　ｉｌ：　≈　≮　媾　＿　’　　÷ｌ｜　－ｕ　一　图１　１工况四横向Ｈ１７号临时墩一侧顶升２ｃｍ时Ｈ１５墩处梁底应力云图　的失稳及侧倾斜撑现象。顶升过程应严格按照规定分级加载控制程　工监测系统示意图如图２所示。监测的主要目的：保证在每个施工　序执行。临时支撑的放置：临时支撑的放置位置应考虑新支座垫石　阶段过程中整座梁体安全；主要措施：在关键截面布置位移传感器　的安装宽度，留出足够安装对应的支座垫石进口宽度。支座垫石安　和应变计，通过位移传感器控制主梁顶升过程中的梁体的运动轨　放时应在相应位置凿除垫石槽，并将Ｌ型角钢与支座垫石预留钢板　迹，应变计监测主梁内力变化。　进行上下焊接，焊接完毕后检查焊缝并用环氧砂浆修补边槽。待形　４试顶监控制流程　成一定强度后放置支座。落梁：落梁程序与顶升程序相反，应严格执　在正式顶升之前进行试顶，目的是为了对顶升控制系统的工作　行其程序。落梁前应确认所有临时支撑已拆除、钢垫块已安装好。落　状态进行评估，同时对梁体进行称重，考核理论计算结果的准确性，　至支点承载以后应注意位移和压力传感器所示数据，各墩减速是否　确保后续正式顶升工作的顺利进行。试顶计划分三个阶段进行：第　致，位移变化是否一致，相差过大时应找出原因处理后重新落梁。　阶段：加载至理论顶升力的８０％，然后缓慢加载使梁整体竖向位　临时设施的安全拆移临时设施的拆移应注意安全、有序，采用与顶　移达到２ｒａｍ，保持油压稳定，对梁体进行称重，采集位移及应力数　升时相同的保障措施进行监控，同时应注意成品保护和拆除时的施　据，对实测数据进行分析，数据在限值内方可进行下一阶段，若数据　工安全。相关注意事项：施工中尤其注意施工安全保障措施；对进场　异常，则顶升暂停，分析原因，解决问题。第二阶段：继续同步顶升，　的支座的规格性能要逐个进行检查，确保其大小、性能合适；支座垫　使梁体竖向位移达到１０ｒａｍ，稳定２ｍｉｎ后采集位移及应力数据，对　实测数据进行分析，判断整个工作系统的可靠性与稳定性。第三阶　石必须调平，待环氧树脂砂浆形成强度后方可落梁。　３安全施工控制系统的建立　段：千斤顶回油，梁体缓慢落至原位置，试顶结束。　施工监测系统是桥梁施工控制系统中的一个重要部分，各种桥　由于Ｈ１７最大顶升高度达１４４３ｍｍ，为保证梁体整体平衡和结　梁施工控制中都必须根据实际施工情况与控制目标建立完善的施　构安全，顶升应分阶段进行，以Ｈ１７处位移值１００ｍｍ为一阶段，逐　工监测系统。不论何种类型的桥梁，其施工监测系统中一般都包括　步进行，每步以１００ｍｍ为限，每完成一步行程，对位移和应变数据　结构设计参数监测、几何状态监测、应力监测、动力监测、温度监测　进行采集，将实测数据与理论数据进行对比，判断是否存在强迫位　等几个部分。通过施工监测系统的建立，跟踪施工过程并获取结构　移及附加应力，及时处理异常情况。全部顶升过程分１９个阶段进　的真实状态，不仅可以修正理论设计参数，保证施工控制预测的可　行：第１～１６阶段：以Ｈ１４为轴旋转梁体，先将Ｈ１７处顶升　靠性，同时又是一个安全警报系统，通过警报系统可及时发现和避　１６ｘｌ００ｍｍ，每一阶段１００ｍｍ，每步Ｈ１７处位移相同，其它各墩处同　免桥梁结构在施工过程中出现的超出设计范围的参数（如变形、截　比例顶升；第１７阶段：以Ｈ１４为轴旋转梁体，Ｈ１７处顶升４３ｍｍ，步　面应力等）以及结构的破坏。另外，该监测系统还可在桥梁使用中对　长分别为４３ｒａｍ，其它各墩处同比例顶升；第１８阶段：整体落梁　其安全状况进行监测，为桥梁的科学管理与维护提供数据资料。施　ｌＯＯｍｍ，其他墩相同位移的下降；第１９阶段：整体落粱９８ｍｍ，为使　一一工程科技　・２６５・　赫　＾对乳　霉　静螅　黔一ｌ　翻　Ｉ　｛　；　麟　｜　ｇ０黔删　，　．０：　｜　§　｜＿棚舒　嘲　描蝌　∞　＃掰　图１２工况五横向Ｈ１６号临时墩一侧顶升２ｃｍ　时梁位移云图　图１３工况五横向Ｈ１６号临时墩一侧顶升２ｃｍ时Ｈ１６　墩处梁底应力云图　最后梁体高程达到设计标高，均为一９８ｒａｍ。　５工况说明　拉应力最大的，增量为２７．９Ｍｐ，其他各处的应力增量均很小，所以　梁体拉压应力增量是在安全范围内。　由于本工程的特殊要求，在施工过程中对技术的要求较高，但　８结论与建议　是现场的施工局限性和不可确定性，必须对各种施工中可能产生的　所以对大多数既有桥来说，顶升方案比重新修建要既快有节省　工况进行可行性分析研究，因为现场无法保证顶升的绝对的同步，　成本，但是技术上是要求很高的，所以顶升的难度是可以想像的，尤　所以对不同的工况进行有限元模拟分析是必要的，通过计算给出最　其是连续梁桥，如果整体顶升不同步，产生的不是刚体位移，整座桥　　大的允许偏差。并且通过计算来控制现场的施工操作，做出实时监　将产生附加应力，由此在运营阶段加上车辆荷载会带来安全隐患，控来保证梁体在顶升过程中的安全，如果顶升偏差一旦超过容许　十分不利，甚至在顶升施工过程中产生梁体的侧翻和开裂，所以对　值，必须马上给出预警报告。全桥分六个工况计算：工况一：全桥自　顶升的组织控制是尤为重要的，只有施工方法得当，科学的去组织　重和二期铺装荷载作用下；工况二：Ｈ１７号桥墩施加２ｅａ竖向强迫　控制，把前期的顶升过程要经过合理的验算和多因素的思考，ｒ才能　位移；工况三：Ｈ１６号桥墩施加２ｅｒａ的竖向强迫位移；工况四：Ｈ１７　保证顶升目标的预期完成，所以顶升的组织控制要科学合理，从技　号桥墩的一侧施加２ｅｒａ竖向强迫位移；工况五：Ｈ１６号桥墩的一侧　术要可操作性，在理论上要合乎安全性，最终可以实现成功顶升。　施加２ｃｍ竖向强迫位移；　经多工况优化计算，顶升中，相邻支座竖向位移差不超过２０ｍｍ　６有限元模型　时，钢箱梁的拉压应力增量不超过５９．６ＭＰａ，在安全范围内。所以现　ＡＮＳＹＳ有限元模型见图３、４。　场施工过程中我们给出最大允许的偏差２ｃｍ是可行的，只要顶升偏　７有限元计算结果　差在２ｃｍ以内梁体是安全的。包括纵向相邻墩的顶升高差和同一个　经过工况一原结构计算，以便对原结构在顶升前对该桥有个应　墩的横向高差。　Ｈ１６号台和Ｈ１７号墩处箱梁局部拉压应力达到２０２ＭＰａ，有富　力的了解，知道何处是最不利的位置，并为后期顶升分析提供数据，　梁体拉压应力的增量是否在安全范围内（图５）。　余量，但是前提是顶升时梁与箱梁底部须紧密相贴，保证箱梁底部　（２）工况二强迫位移作用下结果见图６、７。经过工况二顶升后结　与顶升横梁充分接触。所以在实际的顶升过程中保证匀速、缓慢的　构计算分析可见，对原结构在Ｈ１７墩处顶升２ｃｍ后该桥有应力的　供油，并且在换顶的时候还要确保千斤顶的保压性能的正常运作　变化，其中Ｈ１７处钢箱梁的上下表面的应力增量是最大的为　等，即使钢箱梁的容许应力较混凝土的大，但是在顶升的过程中还　４４．７ＭＰ是最不利的位置，其他各处的应力均减小，所以梁体拉压应　是有很多需要慎重的环节，比如分配梁放置位置的准确可以防止底　力增量是在安全范围内。　板的局部屈曲，顶升的精确和同步可以避免整体钢箱梁内顶升附加　ｆ３）ｉ况三强迫位移作用下结果见图８、９。经过工况三顶升后结　内力和应力的产生。　构计算分析可见，对原结构在Ｈ１６墩处顶升２ｃｍ后该桥有应力的　千斤顶安装时应保证千斤顶的轴线垂直。以免因千斤顶安装倾　变化，其中Ｈ１６处钢箱梁的上下表面的应力增量是最大的为９ＭＰ　斜在顶升过程中产生水平分力，千斤顶的上下均设置钢垫板以分散　是最不利的位置，其他各处的应力均减小，所以梁体拉压应力增量　集中力，保证结构不损坏。　是在安全范围内。　其中随动装置与千斤顶配套起用，一个千斤顶一个随动装置，　ｆ４）工况四强迫位移作用下结果见图１０、１　１。经过工况四顶升后　保证千斤顶在失压的情况下随动装置可以代替千斤顶受力，保证梁　结构计算分析可见，对原结构在Ｈ１７墩处一侧顶升２ｅｍ后该桥有　体的安全。　应力的变化，其中Ｈ１７处钢箱梁的上下表面的应力增量是最大的　参考文献　为５９．６Ｍｐ是最不利的位置，其他各处的应力增量均小于该值，所以　【１】范立础．桥梁工程（上）ｆＭ１．北京：人民交通出版社，２００１，７．　梁体拉压应力增量是在安全范围内。　【２］蔺鹏臻，黄卫东，吴荔青．部分斜拉桥箱梁横向应力分析　兰州铁　（５）工况五强迫位移作用下结果见图１２、１３。经过工况五顶升后　道学院学报，２００２，２１（４）：４６—４９．　结构计算分析可见，对原结构在Ｈ１６墩处一侧顶升２ｃｍ后该桥有　ｆ３］邵旭东，程翔云，李立峰．桥梁设计与计算ＩＭ】．北京：人民交通出版　应力的变化，其中Ｈ１６处钢箱梁的上下表面的应力增量是最大的　社，２００７，１．　为２２Ｍｐ是最不利的位置，其他各处的应力增量均小于该值，所以　『４】中华人民共和国行业标准ｆＭ】．公路钢筋混凝±及预应力混凝土桥　梁体拉压应力增量是在安全范围内。同理经过梁体局部应力分析可　涵设计规范（ＪＴＧ　Ｄ６２—２００４）［Ｓ］．北京：人民交通出版社．２００４．　、　见，当梁底受局部顶升荷载时，结构在Ｈ１７墩处有应力的变化，压　『５】叶见曙．结构设计原理『Ｍ１．北京：人民交通出版社。２００５，５．　力增量最大为３０ｒａｐ，其中Ｈ１６处钢箱梁的上下表面的应力增量是