高速公路现浇连续梁顶升施工关键技术研究

骆鸿雁

【摘要】随着我国经济以及汽车产业的高速发展，城市普遍存在不同程度的交通拥堵问题。为缓解并解决日益突出的拥堵问题，很多城市选择在有限的空间资源内新建、改建、扩建高架桥，而建设过程面临的问题就是需提前拆除许多既有桥梁，这无疑是对社会及经济资源的极大浪费。采用顶升施工工艺对既有桥梁进行改造利用，将会有效节约工程成本及社会资源[1]。

【关键词】连续梁;顶升; 支撑体系

1.工程概况

广中江高速公路TJ08合同段东凤互通高架桥全长2.83km，其左幅第十一联为39m+60m+32m 变截面现浇连续箱梁，横截面为单箱三室。受公路、铁路合建影响，2015年1月起桥梁停止施工，需后续变更方案稳定后再行实施。

为充分利用资源，节省工程建设成本，减小废弃工程对环境造成污染，公铁合建变更方案通过采用顶升工艺利用了既有东凤高架桥左幅第十一联。因总体线路路面标高调整，结合设计方案要求，对东凤互通高架桥左幅第十一联（墩号为DZ42、DZ43、DZ44、DZ45）进行调坡顶升，坡度由现状的-0.03%调整为1.32%，顶升总面积2345.5m2，顶升总重达64813KN。

2.顶升施工支撑体系设计

2.1支撑体系构造

顶升钢支撑体系由钢支撑、临时垫块、联系杆件、分配梁等组成，主要作用是承担上部结构梁体的重量。为确保支撑体系有足够承载力、刚度及稳定性，在顶升过程中需保证支撑体系以及梁体的受力状态基本不变。

顶升支撑体系的主体为φ609×16钢管，上下两节钢支撑通过法兰连接，原则上节段长度宜长不宜短，支撑底部与基础间通过植筋固定连接。在调坡顶升工程中还需要高度不同的调节垫块。钢支撑间通过型钢加固成整体，高度方向不超过2.5m设一道水平支撑，上下水平支撑之间设剪刀撑。水平支撑采用14号槽钢、剪刀撑采用∠100×8。

2.2桥墩支撑体系布置

在满足受力安全的前提下，桥梁DZ42、DZ43、DZ44、DZ45墩根据所需布置顶升支撑和稳定支撑，支撑间通过型钢连成整体，在支撑与墩柱盖梁之间，以及每排支撑两邻墩柱之间预留空间，保证墩柱、盖梁拆除及新建所需施工空间。

DZ42墩：共布置12根顶升支撑和6根稳定支撑，各支撑间通过型钢连成整体，在支撑和墩柱盖梁之间预留空间不小于50cm，保证墩柱、盖梁拆除及新建所需施工空间。

DZ43墩：共布置32根顶升支撑和12根稳定支撑，各支撑间通过型钢连成整体，在支撑和墩柱盖梁之间预留空间不小于40cm，在每排支撑两邻墩柱之间预留80cm的空隙，便于材料、模板和人员进出，保证墩柱顶升改造所需施工空间。

DZ44墩：共布置38根顶升支撑和12根稳定支撑，各支撑间通过型钢连成整体，在支撑和墩柱盖梁之间预留空间不小于40cm，在每排支撑两邻墩柱之间预留80cm的空隙，便于材料、模板和人员进出，保证墩柱顶升改造所需施工空间。

DZ45墩：共布置12根顶升支撑和6根稳定支撑，各支撑间通过型钢连成整体，在支撑和墩柱盖梁之间预留空间不小于50cm，保证墩柱、盖梁拆除、新建施工所需施工空间。

2.3支撑体系安装

2.3.1安装要点

钢支撑采用机械、人工配合进行安装。钢支撑进场后需对直顺度、端面平整度和锈蚀情况等主要指标进行检查，不符合要求的不得使用。安装时先在其底部用薄厚不一的小钢板进行垂直度调整，严格控制垂直度不超过0.5%后，底法兰盘与基础间的缝隙用高强灌浆料灌实，边墩以及中墩承台扩大部分通过M20预埋螺栓与新浇筑承台连接，预埋深度30cm;中墩则通过植入M20螺栓与原承台链接，植入深度20cm。

2.3.2支撑体系加固

在初始节安装完毕后，在高度方向上不超过2.5m设一道水平支撑，上下水平支撑之间设剪刀撑。水平支撑采用14号槽钢，剪刀撑采用∠100×8，联系杆件与609钢支撑连接为一个整体。为使钢管支撑具有更好的整体性和稳定性，在边墩的新浇承台上、中墩原承台扩大位置布置稳定支撑，将稳定支撑与顶升支撑相连接。

支撑结构的相互连接必须稳定、牢固，即专用垫块之间栓接、钢管支撑与承台栓接、钢管支撑与专用垫块之间采用转换垫块栓接、钢管支撑之间采用型钢焊接[2]。通过以上措施保证支撑结构有良好的整体性，防止因桥梁顶升可能发生的滑移造成支撑体系的失稳破坏。

2.3.3专用垫块

在千斤顶与临时支撑之间放置高度分别为10cm、20cm、50cm、100cm的专用垫块，以解决千斤顶行程有限的问题。垫块为直径500mm×壁厚12mm的钢管，两端焊接厚度为12mm法兰，为确保在顶升过程中安全稳固，垫块与支撐钢管之间，以及垫块之间都采用螺栓连接。

2.3.4分配梁

为避免梁底出现局部受压破坏，在箱梁与千斤顶之间需设置有足够刚度、强度及稳定性的分配梁，保证在梁体顶升过程中受力平稳、不发生变形。本工程采用六根三腹板箱式分配梁，梁宽800mm，梁高800mm，梁长13～17.8m。分配梁水平安装于箱梁底板下方，与箱梁腹板间设置调平垫块，调平垫块内配钢筋网片，用灌浆料压注而成。

3.限位装置

由于桥梁调坡顶升，梁体的水平投影长度会变化，顶升支撑和千斤顶的安装误差，也会在顶升过程中产生水平力，为保证梁体的正常姿态和位置，保证顶升系统的安全及梁体的结构安全，需要设置纵横向限位装置，本工程限位装置设在DZ42、DZ45墩盖梁顶面，通过植筋在箱梁端部盖梁顶面上设置两根砼限位柱，限位柱与箱梁的距离要考虑梁体在调坡顶升过程中梁长的变化和梁端转动引起的位置变化。限位柱截面尺寸为800×800，DZ42限位柱高2.5m，DZ45限位柱高4.3m，两根限位柱间用型钢连成整体。在箱梁端部靠近限位柱位置通过植筋设两个限位挡块，限位挡块与限位柱间预留2cm的空隙。

4.顶升系统

4.1 千斤顶选用

顶升时由于梁体坡度的调整，千斤顶与箱梁底之间逐渐变得不垂直，为有效解决不垂直后产生局的部应力以及失稳可能，关键技术在于选用带球头的液压千斤顶。本工程采用200t、300t两种液压千斤顶，根据各墩顶升高度的不同，千斤顶本体高度有两种472mm、572mm，行程分别为140mm、240mm，顶部球头最大转角可达5度，球头随着顶升梁体坡度的变化进行自动调整。同时为避免顶升过程因顶升系统液压失压带来的隐患，本工程采用了同步顶升跟随系统，做到同步无间隙跟随、机械同步支撑保护。与液压顶升千斤顶规格相适应，本工程采用200t、300t两种规格的跟随顶，根据各墩顶升高度的不同，千斤顶本体高度有两种472mm、572mm，行程分别为140mm、240mm。

4.2 千斤顶安装

在分配梁上按照吊顶钢板四周槽口的位置焊接螺杆，利用螺杆将吊顶钢板固定在分配梁上。因为本工程为调坡顶升，在顶升过程中梁体会随着顶升高度的增加而产生水平位移，因此在每顶升一定的高度后在千斤顶之间加入楔形钢板将调整千斤顶垂直度，并将千斤顶移动至与钢支撑中心重合的位置。

4.2.1随动钢板

本工程将吊放千斤顶的钢板螺栓孔沿桥长方向设成椭圆孔，顶升过程中可根据需要前后调整千斤顶的位置，以适应顶升过程中坡度及梁长水平投影长度的变化。

4.2.2 楔形钢板

同样为适应顶升过程中坡度的变化，避免千斤顶和钢支撑承受较大的水平力，需在顶升过程中在千斤顶和分配梁之间分次安装楔形钢板，各墩调整的频率同千斤顶位置调整。

5.顶升系统调试

頂升系统采用力和位移双控，顶升系统初始加载由液压工程师会同桥梁工程师共同确定并报总指挥，最终由系统操作员输入PLC，读取控制系统力传感器和位移传感器初值或将其归零。

（1）油缸、油管、泵站操纵台、位移传感器等安装完毕检查无误;

（2）按计算荷载的80%加压，进行油缸的保压试验5小时;

（3）检查整个系统的工作情况，油路情况。

6.试顶升

为了观察和考核整个顶升施工系统的工作状态以及对称重结果的校核，在正式顶升之前，应试顶升10mm。根据试顶升情况确定顶升支撑体系、顶升系统、跟随系统的工作状态和箱梁结构的反应。在试顶升前须对原桥梁结构现状线形进行全面测量，以便后续正式顶升监测对比参照。

顶升时首先加载至理论顶升力的80%，再缓慢加载至根据位移传感器确定各点已经分离，再顶升至各顶达到10mm垂直位移。停机10分钟后检查桥梁各支顶部位和顶升支架有无变形和加载点有无局压破坏。试顶升合格后方可进行正式顶升。

7.正式顶升

试顶升后，观察监测若无问题，便进行正式顶升，以DZ45墩每一顶升标准行程为200mm进行控制。

7.1千斤顶位置和垂直度调整

在调坡顶升过程中，为解决由梁体水平位移而导致的千斤顶与钢支撑中心不对称问题，本工程考虑在悬挂千斤顶的钢板上开设长方形孔，孔长大于梁体最终的水平投影位移。每顶升两个行程后，根据需要对千斤顶的位置进行适当调整，确保千斤顶与钢支撑中心对称，避免出现偏心受力及失稳问题。

7.2注意事项

（1）每次顶升的高度应稍高于钢垫块厚度，能满足垫块安装的要求即可，不宜超出钢垫块厚度较多，以避免负载下降的风险;

（2）顶升关系到主体结构的安全，各方要密切配合;

（3）顶升过程中，应加强巡视工作，应指定专人观察整个系统的工作情况。若有异常，直接通知指挥控制中心;

（4）结构顶升空间内不得有障碍物;

（5）顶升过程中，未经许可非作业人员不得擅自进入施工现场。