上跨航道钢箱梁交替顶升工艺分析

何海泉

（中亿丰建设集团股份有限公司，江苏苏州215131）

0 引言

随着我国桥梁工程项目建设数量以及技术的不断发展，对于各种技术的应用方式也越来越先进，同时加之现有的技术得到了更新改造，给后续航道升级改造工程奠定了良好的基础。原桥位于新G204 上，跨越九圩港，2009 年建成。主桥为变截面连续钢箱梁，跨径布置为（50+80+50）m，北引桥为（9×25）m 预应力混凝土组合箱梁，南引桥为（2×25）m 预应力混凝土组合箱梁，原接线纵坡最大2.45%，路桥分界填土高度约5m。原桥梁全长461.12m，桥面宽度组成（2×0.25）m（护 栏）+1.55m（人 行 道）+3.5m（非 机 动 车道）+0.5m（机非分隔带）+12m（行车道）+0.5m（护栏）+3m（中央分隔带）=39.6m。桥位处水面宽150m，通航孔净宽60m，净高5.5m，通航孔净空不满足三级航道通航要求。

根据2014 年南通市城市桥梁九圩港大桥定期检查报告可知，桥钢箱梁内仅防锈漆局部起壳剥落，局部锈蚀等。具体内容见《2014 年南通市城市桥梁九圩港大桥定期检查报告》。

1 工程概况

1.1 改造设计分析

此次九圩港航道整治，原桥位设在新G204 国道上，横跨九圩港通航河道，于2009 年完成。主桥为变截面连续钢箱梁，跨径布置为(50+80+50)m，桥面宽度39m，桥位处水面宽150m，通航孔净宽60m，净高5.5m。因通航孔净空不满足Ⅲ级航道通航要求，所以该工程改造主桥采用分幅整体顶升方案，整体抬升2.4m，可满足通航净空60m×7m 的要求。主桥墩号为9#～12#墩，其中10#～11#桥墩位于通航河道中。引桥和地面衔接道路新建抬升。

1.2 地质分析

工程区属平原河网区，地形平缓，受暴雨中心、河口潮汐调节和引排水道等因素影响，水域面积较小，河流纵横形成网状分布，彼此衔接。同时，人类活动对河流水位变化与水量交换的影响也很大。航道水位也明显受长江水位变动和人工操作影响，除汛期时节有一定的径流量外，其他时段径流量都较小。但工程现场及沿线断层对施工环境无明显危害，场地属于区域地质稳定区。

2 桥梁交替顶升施工步骤

主桥9#～12#墩钢箱梁顶升纵向布置，见图1。

图1 主桥9#～12#墩钢箱梁顶升纵向布置图（单位：m）

第一，桥梁9#和12#墩同时施工上下抱柱梁反力体系，10#和11#墩承台放样植螺栓。

第二，9#和12#墩上抱柱梁底千斤顶位置找平和10#、11#墩钢箱梁顶升点位置梁体内加固，随后进行所有承台支撑安装、限位系统安装、横向联系及分配梁安装、顶升千斤顶设备安装。

第三，顶升设备全部安装完成后即进行称重试顶升。梁体顶升施工前，清除伸缩缝内杂物，安装桥梁限位装置；具备顶升条件后，试顶升梁体10mm，试顶升结束后进行整体顶升施工。

第四，待梁体顶升完成后，对墩柱进行断柱顶升到位和接高施工，养护达到强度后即可进行落梁[1]。

3 主桥主墩支撑系统搭设

3.1 主墩钢管桩支墩和顶升千斤顶布置

中墩承台为主要的顶升承重部位，根据重量分布，共布置16 台300t 顶升千斤顶，下设直径500mm 钢管支墩，千斤顶支撑间隔为一组，间距0.95m，分A/B组布置，下部与承台提前预埋的钢板连接。

主墩钢管桩在每达到2m 高度以后，需进行横向联系加固。在一个0.5m 高的支撑上下两端各安装一块（700×700×12）mm 的法兰钢板，通过螺栓与支撑紧密连接。法兰钢板上焊接（100×6）mm 的方钢，将钢支撑进行横向联系。上下法兰钢板方钢对撑焊接，并在上下方钢之间，采用L75×8 的角钢进行“之”字形焊接联系。通过方钢与角钢的焊接，组成一个格构柱形式的横向连接体系，保证支撑体系的安全和稳定。

3.2 顶升千斤顶上部分配梁体系

在钢箱梁内部浇筑混凝土横梁，加上箱梁外部设置的I36a 双拼工字钢分配梁组成顶升系统分配梁体系。

3.3 主墩上脚手架施工平台

脚手架施工平台设置于原有承台面上，立杆横桥向间距1m，纵桥向间距1.2m，横杆间距1.2m。扶梯位于墩柱纵桥向一侧，主墩横桥向为方便最外侧千斤顶顶升施工操作。横桥向两侧悬挑1.2m，下设两道斜撑，与承台上立杆相连。

3.4 限位系统

限位系统采用（150×8）m 方钢和（75×8）m 角钢焊接联系成型。限位骨架全部由（150×8）m 方钢焊接而成。斜向和立柱（150×8）m 方钢与预先焊接在梁底的（200×300×10）m 钢板进行焊接固定，同时在钢板与箱梁焊接位置焊接加劲板以防止箱梁的局部变形[2]。

3.5 主墩支撑系统静力计算（以A 组为例，B 组相同）

为了清晰分析钢支撑的可靠性，水平力均按顶升荷载的2%取值（施工经验）。

拟A 组四个钢支撑单柱承受竖向荷载1125kN，顺桥向横向荷载22.5kN，横桥向横向荷载22.5kN。钢构件的最大应力见图2。

图2 A 组顶升钢支架应力和位移图（单位：MPa）

钢支架的最大压应力为141.4MPa，最大拉应力为131.7MPa，水平向的最大位移为5.5mm。以上各构件应力均小于190MPa，应力位移均满足《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）的要求。

3.6 屈曲分析

考察结构在施工过程中的稳定性。由于在水平力作用下，结构更为不利，因此不单独考虑结构在自重下的失稳模态。模拟A 组四个钢支撑单柱承受竖向荷载1125kN，顺桥向横向荷载22.5kN，横桥向横向荷载22.5kN。经受力验算前两阶失稳模态中，最小的稳定系数为23.5＞4。满足《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）的要求。

4 交替顶升施工

4.1 顶升前的准备

4.1.1 顶升前的支座拆除

10#、11#墩直接顶升梁体，需要在顶升前对支座进行拆除。用对应型号扳手拧松，采用氧气乙炔将支座上下钢板固定螺栓顶帽进行割除。解除墩柱和梁体间的支座联系。顶升过程中检查支座是否完全解除。待墩顶空间足够拆除支座后，采用葫芦将支座整体拖出和吊运至地面进行集中存放。

4.1.2 过渡墩的断柱切割

在顶升前，设备调试完成后，需要对过渡墩柱进行切割断开。切割位置位于下抱柱梁顶面往上40cm处。切割主要采用金刚石绳锯系统进行静力切割施工。

4.2 交替顶升

4.2.1 设备连接和布置

在该工程项目开展的过程当中，施工采用的千斤顶需要将其安装在梁底的位置，并且梁体的顶升同步要做到一致性。在具体施工环节要做好顶升设备以及桥面各个桥墩位置的控制，使其能够处于一个平衡点，然后在每一个墩柱采用千斤顶油管以及传感器数据将其进行系统连接之后，再把分站之间的信号串联起来，最终形成一个控制系统[3]。

4.2.2 控制点布置

桥面控制点位于桥面墩柱轴线上，分别位于轴线横桥向两侧，防撞墙内缘位置。桥梁底面位移传感器控制点位于梁底墩柱轴线横桥向两侧，分别位于底板边缘。位移传感器可记录梁体顶升高度，并将数据实时发送至控制主机上。

4.2.3 试顶升

在施工之前需要进行试顶升，一般来说试顶升的高度要控制在5mm，并且在试顶升的阶段，还需要对各关键内容进行全面监测，确保每一方的施工参数达到运行的标准需要。

第一，需要对油缸油管以及泵站操作台等相关设备进行全面检查，确保设备处于一个就绪状态。

第二，对整体系统工作情况进行全面检查，确保系统处于一个稳定的状态。

第三，为了能够实现同步顶升，需要对顶升之前每一个顶点位置的后再进行检测，按照各在30%～90%的参数进行加压，同时对油缸进行压保试验，时间控制在2h。

第四，结合计算顶升荷载的参数标准，对加载的方式进行确定，在项目实践阶段中，顶升的高度要控制在1～5mm，并且对各个组的油压进行反复调节，保证每一个点的参数具备一致性。

第五，及时对顶升位置进行观察，查看是否出现脱离等情况，要采用百分表对它的行程进行测试。

第六，试顶升结束之后，需要对顶升系统的整体姿态结构位移等情况进行全面监测，记录相关的数据，并做好相应的调节，从而给正式顶升提供良好参考。

4.2.4 正式顶升施工

试顶升后，观察若无问题，便可进行正式顶升，千斤顶最大行程为140mm，每一顶升标准行程为100mm，最大顶升速度3～4mm/min。

所有准备工作完成后，即可进行正式的顶升。根据设计要求增加顶升高度后，全桥微调到位。待墩柱改造完成后，进行落梁至新支座上，以完成设计顶升施工。

5 交替顶升优势

该方案采用交替式顶升。相较于随动顶升，交替式顶升在顶升工艺和技术防范措施上有着诸多优势。

随动顶升过程中，千斤顶顶升节段到位，随动进行支撑。由于随动无法顶升，只能给予一定反力跟随，当需要随动支撑时，随动自锁并进行机械支撑。在随动进行支撑时，类似于刚性支撑，这时随动支撑体系的弹性压缩会根据各随动支点的荷载成比例，存在不均匀沉降。随着顶升高度的增加，支撑体系也会逐渐加高，不均匀沉降也会越来越明显。交替顶升过程中，一组千斤顶顶升节段到位后，另一组千斤顶直接进行顶升。通过千斤顶主动加压，千斤顶会根据各个节点的不同荷载进行主动加载反力，主动消除掉支撑的不均匀沉降，解决顶升构筑物附加应力因支撑不均匀沉降而带来的不受控问题[4]。

交替顶升在每个千斤顶上安装有平衡阀装置，当设备断电或者油管泄漏等事故出现时，平衡阀会自动关闭油管油路，保证千斤顶内压力不泄漏，防止千斤顶突然失压，造成顶升构筑物的不受控情况。随动装置虽然在顶升过程中跟踪保护，但是随动支撑在加垫块的过程中处于不工作状态，千斤顶处于保压状态，此时出现油管泄漏、断电等情况时，桥梁会突然下落。

交替式顶升主要是指在顶升项目开展的阶段中，梁体处于两组千斤顶交替支撑状态背景下进行作业，这种方式主要是由开始到顶升结束，处于一种受力的控制状态。所以对于每个千斤顶的压力，也要采用连续的监测方式对其进行监控，这样才能够有效确保梁体在顶升的阶段中不会出现损坏问题。

6 结语

桥梁左右幅施工完成后，通过公司和第三方监测，将桥梁顶升完成后综合高差和位移均控制在设计允许范围内。通过对上跨航道钢箱梁交替顶升工艺进行分析，支撑系统设计的合理性，交替顶升工艺的先进性和牢靠性均在该工程中取得良好的效果。随着内河航道提级改造工程越来越多，全国在建钢箱梁顶升桥梁工程也在不断增加，市场前景广阔。该工程为同类型工程原位顶升提供了一个高效、节能、安全的改造施工方案。