厦门仙岳路西段跨线桥顶升与加高技术研究.doc

1、厦门仙岳路西段跨线桥顶升与加高技术研究摘 要：通过对仙岳路西段跨线桥顶升与加高的施工方法和过程进行研究，体现目前桥梁最新的顶升施工技术水准，可供路桥工程同类项目借鉴和参考。 关键词：桥梁顶升 施工难点 技术措施 工序 效果 厦门市 厦门仙岳路位于本岛中部，西连海沧大桥，东接翔安隧道，全长 12公里，是东西走向的交通要道。由于近年交通量的激增，仙岳路西段改造工程势在必行。仙岳路西段（疏港路成功大道）长 5.7km，设疏港路立交、湖滨中路立交、成功大道立交，湖滨东路跨线桥、莲岳路跨线桥、嘉禾路跨线桥 3 座跨线桥总长约 1.95 km。经过方案论证比选，决定采取对既有三座跨线桥顶升加高利用，通过调

2、整标高和曲线与新建高架桥相接，力求最大程度上节约资金和工期，对道路交通和环境的影响降到最低。 一、桥梁概况 由于既有三座跨线桥的箱梁顶升工序类同，在此选择施工难度大且具代表性的湖滨东路跨线桥第一联预应力钢筋混凝土连续箱梁顶升（如图 1.1）作为研究对象，该桥起讫点桩号为 K0+161.840K0+846.840，共六联，长 685m，首联孔跨布置为 435，140 米。全桥除第五联采用钢箱梁外，其余各联采用纵横双向体系等高度预应力混凝土连续箱梁，梁高 2.0m，桥宽 25.0m，按整幅布置，采用扁平流线型箱梁截面（如图1.2） 。桥墩采用上端略为张开的双矩形门式墩身，桩柱对应，桩径2.0m。桥

3、台采用一字轻型桥台，每个桥台布置 10 根 1.5m 钻孔桩，桥面铺装采用 4cm 厚 SMA-13 改性沥青混凝土与 6cm 厚 AC-16I 沥青混凝土。二、顶升施工难点与重点 （一）该跨线桥属城市主干道，顶升工期紧，桥下交通量大，顶升时桥下不封闭交通，要求采取同步措施确保桥下行车安全。 （二）顶升重量大，桥面较宽，第一联 H1H3 每跨顶升重量达21000KN，桥宽 25m，整个顶升体系的反力构建难度大。 （三）顶升高度大，主干道全线最高顶升高度达 6m，临时支撑和油缸反力支撑高度较大，施工中需多次在支架上进行托换顶升，对支架整体稳定性要求较高。 （四）预应力混凝土箱梁重量较大、底板较薄

4、，必须采取措施保证梁底板不受损坏，同时对分配梁的刚度要求较高。 （五）顶升过程中，相邻两联的旋转角度、顶升高度和坡度调整量均不同，对整个顶升系统的精确度和操控性要求较高。 （六）桥梁顶升后，墩、台接高施工不同于常规施工，需解决作业空间狭小、钢筋连接、原桥墩截断震动、新老混凝土结合密实性等问题。（七）反坡顶升坡度大，梁体极易产生水平偏位和纵向滑脱，梁体在正常的纵向位移过程中，为保证原桥结构的整体性、安全性以及保持伸缩缝间隙宽度，对限位措施要求较高。 （八）混凝土箱梁各支座点顶升高度不同，而且顶升施工时间在 6-8月份，为本地区的台风多发季节，对整体支撑系统的强度和稳定性要求较高。 （九）桥梁在顶

5、升施工时轴线偏差、桥墩倾斜度、伸缩缝间隙以及基础沉降等都会发生变化，同时常见发生水平偏位、扭曲、振动、碰撞等，需严密监测并实时收集整理数据指导和纠正施工，确保新结构安全可靠程度不低于原结构。 三、主要技术措施准备 （一）受力面处理 1.承台处理。湖滨东路跨线桥共计 1 个 H0 桥台、H1H4 四个墩柱，因准备利用原承台基础作为顶升支撑基础，所以综合考虑承台受力面积、承台桩基础、钢柱支撑位置、螺栓预埋位置、墩柱接高时模板安装和施工空间等条件，本桥 H2 承台尺寸为 8.83.22.5m 不能满足顶升需要，故在 H2 承台顶面植筋布设两层 16 钢筋网片，间距 20cm，浇筑 40cm 厚混凝土

6、，同时对承台横桥向两侧面进行植筋浇筑各扩宽30cm。H1、H3、H4 承台实际尺寸满足需求，只加厚顶面，方法与 H2 相同，利用完毕后，将承台埋入桥下绿化带。 2.箱梁底面楔形处理。箱梁底部为倾斜面，纵横都有坡度，而分配梁顶面水平，为使梁体承受竖直力，防止因梁底不平整造成顶升时倾斜失稳，避免局部接触产生过大局部应力使梁体受损，施工时对梁体顶升部位底面进行加楔块抄垫平整。 3.临时楔形块制作安装。桥梁顶升为比例调坡顶升，各墩处顶升高度不同，竖平面内的任何转动都将造成钢分配梁或墩台临时支撑偏压，局部应力变大，因此，根据每顶升 1m 各支点处的楔形变化，事先制作各种型号楔形块，在顶升过程中按顺序逐块

7、加入支撑中，以消除局部受力影响。 4.专用垫块设置。专用垫块用在千斤顶与钢管支撑或支撑与承台之间，采用 50020mm 钢管，两端焊接厚 12mm 法兰，高度为100mm、200mm、500 mm 等。每个临时支撑点配置一组垫块和薄厚不一的钢板，以满足不同顶升高度的需求。为避免支撑体系失稳，垫块间通过法兰连接，当加垫高度到达 1.0m 时增加一节钢管支撑替换垫块，以增强支撑整体性。 （二）钢支撑托架体系安装 钢支撑托架体系由分配梁、支撑杆、专用垫块和连系杆等组成，分配梁采用三根 I36b 钢组焊而成，在箱梁底钻孔植 20 钢筋，按照 1m 间距布置在分配梁两侧（注意避开箱梁内钢筋） 。每个墩柱

8、支撑杆采用工具式 60016mm 螺旋钢管，部分倒顶用临时钢支撑采用 50020mm 螺旋钢管，两端焊接厚 12mm 法兰，下部通过植入 M20 锚栓与承台连接，管节间通过螺栓连接（见图 3.1） 。严格控制钢支撑垂直度偏差不超 0.5%，以防顶升时倾斜失稳，支撑与原墩身间保留 25cm 空隙为后续施工需要。整个托架体系通过水平连系杆及剪刀撑形成水平稳定体系。 （三）纵横向限位施工 为防止顶升系统与梁板在施工中产生纵横向相对滑移，设置平面限位装置。本桥在高端 H4 墩伸缩缝处安装纵向限位装置，两端为梯形钢结构锚固块，横向间距 100cm，锚固块与伸缩缝预埋钢筋焊接牢固，利用未顶升段牵制 H0H

9、4 顶升段梁体。在低处端 H0 台背上设置横向限位装置，钢牛腿和竖向钢管通过植筋与桥台连接成整体，水平工钢与梁体桥面植筋连接，并撑在两竖向钢管之间，利用水平工钢限制梁体横向移动。 （四）引进 PLC 同步顶升系统 1.系统组成与性能特点 传统顶升设备不可避免地对构件产生较大附加应力，具有极大的安全隐患。PLC 同步顶升系统由液压系统（油泵、油缸等） 、监测系统、计算机控制系统等几部分组成（如图 3.2） ，其主要参数见表 3.1，能够精确按照构件的实际荷重平稳顶举，使附加应力降至最低。液压系统完全实现力和位移控制、负载压力控制、操作闭锁、故障报警、紧急停止、误操作自动保护和过程信息显示保存等，

10、精确度和操控性极高且全部由计算机控制，全自动完成同步移位，确保顶升同步性和结构安全，从根本上解决了长期困扰移位工程界的技术难题。 2.液压系统布置 本次采用 200T 型千斤顶，顶身高 395mm，底座 375mm，顶帽258mm，行程 140mm 按照设计单位提供的数据，安全系数均按 1.6 考虑，每台千斤顶配备液压锁和随动装置，防止任何形式的失压保证负载的有效支撑。根据顶升精度控制需要，各墩柱千斤顶分两组，每组中心位置与梁底板间设置一个监控点，每点设置一把精度 0.01mm，量程为 1200mm光栅尺进行监测，同步精度控制在2mm 内，位移传感器与中央控制器相连形成位移闭环控制。 （五）箱

11、梁应力模拟分析 本桥第一联顶升布置（如图 3.3） ，顶升将使梁体的受力点发生转变，结构刚度、混凝土收缩徐变、预应力索、气候温度等因素变化将使其变形和应力变化更趋于复杂。为掌握桥梁顶升时的内应力变化，对相对位移差进行量化控制，确保梁体产生的附加拉应力不超限，本次利用ANSYS10.0 有限元软件对顶升梁体进行模拟计算分析。全联分六个工况进行模拟计算：工况一：H0 号桥台施加 1cm 的竖向强迫位移；工况二：H1号桥墩施加 1cm 竖向强迫位移；工况三：H2 号桥墩施加 1cm 的竖向强迫位移；工况四：H0 号桥墩的内侧施加 1cm 竖向强迫位移、外侧施加 2cm竖向强迫位移；工况五：H1 号桥

12、墩的内侧施加 1cm 竖向强迫位移、外侧施加 2cm 竖向强迫位移；工况六：H2 号桥墩的内侧施加 1cm 竖向强迫位移、外侧施加 2cm 竖向强迫位移。以下仅列出工况一、四分析结果（如图 3.4图 3.12） ，其余工况模拟计算方法相同。 根据各工况建模加载计算分析结果，当顶升时相邻支座竖向位移差不超过 10mm 时，梁体拉应力增量不超过 1Mpa，箱梁结构将在安全范围内。其中，H0 号台和 H4 号墩位箱梁局部主拉应力将达到 2.17MPa，所以 H0号台和 H4 号墩处梁底需加装顶升横梁以分散集中应力，并且箱梁底面与横梁必须保证充分相贴接触。 （六）PLC 顶升系统检验与调试 系统顶升前

13、进行全面检验与调试，主要检验液压系统在通过保压试验后，再以 31.5MPa 满载试验 24 小时后进行 031.5MPa 循环试验其运行是否正常，所有管路连接是否正确可靠，液压油清洁度、油箱液面是否符合规定；PLC 控制系统对力闭环和位置闭环设定的执行灵敏度、稳定性，所有接线是否正确；支撑体系、限位装置安装是否牢固正确，影响顶升的设施、连接结构是否拆除；监测系统设备安装、信号传输是否到位，主要为位移与应变监测两方面，具体为：基础沉降监测、梁底面标高监测、梁位移监测、梁应力监测、支撑钢管应力监测。 （七）称重与试顶升 顶升前测定各点的实际顶升荷载，称重时依据理论计算的顶升荷载初设定一组顶升油压值

14、，采用逐级加载方法在 110mm 的顶升高度内反复调整各组油压，使每个顶点的顶升压力与上部荷载基本平衡。将每点的实测值与理论值进行比较，计算差异量，由液压工程师和结构工程师确定各点的顶升基准值后缓慢加载至基准值的 80%直至各点分离达到10mm 垂直位移，停机 10 分钟检查支撑托架有无变形、各支顶部位和加载点有无局部损坏，试顶升合格后进行正式顶升。 四、正式顶升工序 （一）顶升工艺流程 对上部梁体、墩帽分两步骤顶升实现抬高目的，各墩柱处顶升数据（见表 4.1） ，工序为：施工准备、部分区域封闭拆除伸缩缝等连接构件支撑系统基础施工安装临时支撑杆、分配梁安装顶升系统、系统调试安装限位装置安装监控

15、系统各节段分别试顶升循环接高千斤顶支撑钢柱和临时支撑顶升至设计标高桥墩截断顶升墩柱钢筋连接及砼浇筑、养护支座改造安装落梁完善桥面系统。 （二）顶升控制技术 1.梁体顶升 顶升施工实施同步顶升分步到位方案，每顶升标准行程设定为100mm，最大顶升速度 5mm/min。首先将 H0H4 墩顶箱梁全部同步顶起200mm，对 H4 墩顶施工处理后降低 H4 点，过程中 H0H3 按比例同步顶升，保证各墩位千斤顶均匀受力直至 H4 到位，第二联梁体在 H4 处始终固定于钢管支撑上。全部顶升过程分 45 阶段进行：第 1-2 阶段：梁体整体顶升 2100mm，各阶段分五步，每步位移 20mm；第 3 阶段

16、：梁体整体顶升 39mm，分两步，步长分别为 20mm、19mm；第 4-41 阶段：以 H4 为轴旋转梁体，H0 处顶升 37100mm，各阶段分五步，每步 H0 处位移 20mm，其它各墩处同比例顶升；第 41 阶段：以 H4 为轴旋转梁体，H0 处顶升57mm，分三步，步长分别为 20mm、20mm、17mm，其它各墩处同比例顶升；第 42-44 阶段：整体落梁-3100mm，各阶段分五步，每步位移-20mm；第 45 阶段：整体落梁，为使最后梁体高程达到设计标高，H0 处位移比其他处位移多 1mm，分四步，H0 处步长分别为 320mm、11mm，其他四处均为 320mm、10mm。

17、2.纵坡调整 桥梁顶升前纵坡为 3.82%，调整后为 1.15%。梁体在顶升的过程中产生水平位移和坡度变化致使千斤顶和支撑之间产生间隙，为防止偏心受力，千斤顶底部安装可倾斜式鞍座，鞍座最大倾角为 5，直接减小了顶升过程中因梁体旋转造成的角度变化。在千斤顶悬挂的钢板上开长方形孔槽，长度与水平位移长度相同，宽度为螺栓直径大小，每顶升两个行程，对吊顶螺栓进行一次调整，可满足千斤顶中心与钢支撑中心保持相对。 3.倒顶施工 本联最高顶升高度 3625mm，千斤顶最大行程为 140mm，在实际施工过程中采用了倒顶施工法，行程控制在 100mm 内，倒顶施工每步阶以100mm 为一个循环，每步长 5mm，每

18、步长完成后及时在临时钢管支撑处安放 5mm 厚钢垫板以分散集中力保护结构。有 4 个关键工艺环节：（1）千斤顶撑起梁体，专用垫块支撑；（2）千斤顶顶升 100mm+3mm 后停止动作，加垫高块（100mm 高） 。 （3）千斤顶回油下降，梁体荷载转换至垫高块及临时钢管支撑。 （4）千斤顶回缸到底，加高顶升钢管支撑处的垫块。为确保安全，千斤顶和临时支墩所受压力不得超过设计压力的 10%。 4.墩柱施工 桥梁顶升到位后，采用新型无震动线锯对原桥墩距承台顶面 50cm 处位进行切割，在上部墩柱安装钢构托盘进行顶升，以梁底顶升高度为准。顶升到位后，对上下截断面各凿除 15cm 左右高度的砼，使主筋露出

19、 6d长度，加高段采用与原立柱同规格等数量的竖向主筋和箍筋，主筋采用套筒冷挤压机械连接法，选用缓凝微膨胀混凝土以 30cm 分层浇筑，严格控制模板圆顺度和拼缝严密性，确保墩柱成型外观质量。 5.支座安装 在加高段墩柱砼养护达到设计强度，落梁之前进行支座安装，本工程采用新型 CLRB 矩形铅芯隔震橡胶支座，由于梁体在顶升过程中产生了水平位移，支座安装时上部预埋钢板的螺栓孔与墩台螺栓孔会出现错孔的情况，且此处梁体内有预应力钢筋存在，不宜使用钻孔的方法进行螺栓套筒重新预埋，采用根据最后实际坡度的大小加工楔形钢板与梁底预埋钢板进行围焊，采用间接性方法与支座顶板进行塞焊连接，使上钢板与梁底充分紧密接触，

20、避免了支座受力不均出现变形病害。 6.落梁 在支座安装完成后进行落梁，落梁前根据各油压值，可计算得到各墩的实测支反力 R/、实测梁重 G/=R/，根据计算梁重 G、设计支反力R、实测梁重 G/，计算出各支点的理论支反力 R/=RG/G。通过 R/与R/比较，在支反力偏小的支点下面垫钢板调整其支反力。由于调整部分支点高程后，所有支点的反力值都将产生变化，所以需要重复进行多次循环就位调整，直至各支点反力达到或接近理论支反力。落梁施工方法与顶升相同，但千斤顶油缸行程按相反顺序进行回缩。 五、效果总结 厦门仙岳路建成通车不久，对既有跨线桥进行顶升加高利用，达到保护环境和经济适用的要求。本次桥梁顶升工期紧、难度大、工序复杂、安全性要求高，既包括托换顶升、墩柱加高、桥台改墩也包括纵坡调整、桥面调平、支座更换、落梁等，采取措施解决了箱梁结构安全、桥梁水平偏位、扭曲、振动、碰撞、纵向滑脱、伸缩缝破坏以及基础沉降影响等常见技术难题，希望对今后类似的桥梁顶升工程能够起到借鉴和参考作用。 参考文献： 1 蓝戊己，张志军，顾远生，等.南浦大桥东主引桥整体同步顶升工程J.城市道桥与防洪，2009. 2刘建宏.钢筋混凝土柱托换分析方法与应用D.上海：同济大学