1、连续梁桥变坡交替顶升施工技术探讨与应用摘要：城市交通改造，对既有立交桥进行了改造利用，通过对桥梁引桥整体顶升与新建高架桥实现对接。 本文结合工程实例对连续梁桥整体变坡顶升方案、工艺流程、施工方法等的介绍，探讨交替顶升的 PLC控制变频同步系统、千斤顶系统、顶升临时支撑 (顶升整体式支架)系统、顶升限位系统、顶升反力系统以及顶升监控系统等关键技术的应用，为今后类似顶升工程积累了经验和提供技术参考。 关键词：桥梁变坡、交替顶升、施工工艺及关键技术 中图分类号： TU71 文献标识码： A 一、前言 在经济发展、科技进步的同时，先进的桥梁施工技术工艺需要在实践中逐渐发展成熟。桥梁整体顶升相对于拆除重
2、建新桥既经济，又极大的缩短施工周期，对铁路和公路运输等交通影响小，而且安全可靠，同时对环境的污染也是最小的，无论从建筑垃圾、噪声扬尘，还是水电的消耗都远远低于重建所造成的污染和破坏，并且通过顶升改造的桥梁，造价只有拆除重建的 1/2 至 2/3，极大节省了工程投资，具有较好环保、经济和社会效益。 根据成都市二环路改造的设计方案，新二环将修建融合快速路与快速公交的全线高架桥，需要对原二环路上既有的红牌楼立交、双楠立交等六座跨线桥进行改造。经过反复对原桥验算、论证，并从造价、工期、交通影响、环境等方面综合考虑，最终选择充分利用旧桥的原有结构进行顶升改造的施工方法。 二、桥梁顶升技术分类 桥梁顶升技
3、术是利用千斤顶及其辅助设备，在不改变之前桥梁的整体形态前提下，将桥梁顺利安全地顶起升高至设计高度的一种较为新型的桥梁纠偏的技术。桥梁顶升的技术原理看起来十分简单，但是对施工技术要求却比较高，施工的每一个环节都很十分关键。 桥梁顶升技术一般如果按顶升范围不同，可划分为分段顶升与整体顶升两种形式；如果按反力作用的位置不同，可划分为直接顶升和抱柱（墩）顶升；如果按顶升施工工艺不同，还可以划分为间歇式顶升和交替式顶升。 三、间歇式顶升和交替式顶升 （一）间歇式顶升 间歇式顶升(即跟随顶升)是一种比较常用的顶升施工工艺。采用该施工工艺在顶升过程中，梁体处于千斤顶支撑和跟随装置支撑两种受力状态，千斤顶支撑
4、时，梁体位移处于可控状态，跟随装置支撑时，由于临时支撑的压缩变形的不同，梁体位移处于非受控状态，梁体内力的变化取决于梁体各点临时支撑的压缩量。在每一个临时支撑状态，由于支撑体系的压缩量不同，梁体内力都要做一次重新分布。在这种受控与非受控状态交替作用下，梁体内力也做交替变化，这种内力的交替变化对梁体结构会产生不利影响，同时位于支座处的梁体下缘可能会产生拉应力，严重时梁体会产生裂缝。该种施工方法常用于简支梁桥和顶升高度不大、纵坡调整较小的桥梁顶升且工期要求不高的改造工程。 （二）交替式顶升 交替式顶升是一种创新施工工艺，它是由成都建筑工程集团总公司在二环路改造施工中通过对国内外顶升施工的工艺和技术
5、研究后提出的。由于红牌楼立交的顶升高度达到了 8.627m，双楠立交顶升高度达到7.386m、纵坡调整达到 7.4%(由 5%变到-2.4%)、且处于小半径平曲线（R=250m）内。若采用间歇式顶升桥梁结构安全和施工安全得不到保证，且施工工期较长，无法满足总体施工进度要求（因间歇式顶升每天顶升高度不超过 40cm） 。按交替式顶升方法施工，在顶升过程中，梁体处于两组千斤顶交替支撑的状态，两组千斤顶交替支撑时，梁体位移均处于可控状态，在每一组支撑状态下，支撑体系的压缩量几乎不产生变化，因而梁体内力也几乎不产生变化。在这种作业方式下，梁体位移自顶升开始到顶升结束均连续处于受控状态。每个千斤顶压力也
6、均处于连续监控状态，因此可以保证梁体在顶升过程中不被损坏，包括梁体在内的整个支撑体系也处于监控状态中。因此整个桥梁顶升系统也处于安全可控状态中，同时每个千斤顶均配有平衡阀，自锁螺旋和压力传感器等装置，进一步完善了设备的安全保障性能。 （三）交替顶升工作原理 交替顶升工作原理：交替顶升为每个支撑点布置处安装两组主动控制顶升千斤顶，并由控制台控制液压泵站驱动两组千斤顶进行反复交替顶升。顶升过程中，先由第一组千斤顶进行梁体顶升的一个行程，同时在顶升过程中在第二组千斤顶下逐渐加垫 1cm 钢板，以防止第一组千斤顶失效时梁体突然坠落，一个行程过后，通过控制台控制液压泵站驱动第二组千斤顶进行顶升，同时控制
7、第一组千斤顶收缸，并在收缸后的第一组千斤顶的活塞下垫设相应高度的钢支撑垫块重复以上步骤，直到完成整个顶升过程。 变原有间歇式顶升系统为交替顶升系统施工，不仅克服了过去存在的诸多不足，可消除不安全隐患，增强工程施工的安全性、可靠性和可操控性，而且有效地化简了工程施工的难度，提升工作效率，加快工程进度，缩短工程周期。 四、桥梁交替顶升实例工程概况 1、红牌楼立交桥梁概况 红牌楼跨线桥全长 455m，为双幅桥梁，每幅桥宽 13.75m，单向 3 车道。整个立交桥由 5 联预应力混凝土连续梁组成，由红牌楼路至永丰立交依次为 425m+325m+(30m+40m+30m)+325m+425m，除（30m
8、+40m+30m）为变高连续梁，其余各联均为等高连续梁。红牌楼跨线桥南北两端各顶升 2 联，保留中间 1 联不顶升。 2、双楠立交桥梁概况 双楠立交跨线桥整个跨线桥由 6 联预应力混凝土连续梁组成，由双楠向大石西路方向分别为：425m+(25m+40m+25m)+425m+425m+(25m+30m+25m)+425m 共 22 跨，跨线桥全长 570m，为双幅桥梁，单幅桥宽 13.75m，单向 3 车道。双楠立交跨线桥南北两端各顶升 1 联，保留中间 4 联不顶升。 3、顶升概况见下表 红牌楼、双楠立交引桥顶升概况表 4、两座桥梁的工程特点 红牌楼、双楠两座跨线立交桥都位于中心城区，影响施工
9、的因素多、施工干扰多；顶升改造施工的体量大、顶升高度高、坡度变化大；同时，由于施工工期紧，采用常规的跟随式顶升施工方法，施工安全和工期难以保证。 五、桥梁交替顶升的工艺流程和施工步骤 （一）交替顶升施工工艺流程 桥梁交替顶升施工流程图 （二）桥梁交替顶升施工步骤 步骤一，准备工作如下： 1、既有桥梁结构现状调查。 2、施工方案编制、专家评审以及相关单位审批。 3、反力基础施工、顶升支架加工、设备采购和检测、标定。 4、桥面系伸缩缝解除等。 步骤二，临时支撑（整体式顶升支架）及顶升系统安装： 1、安装顶升整体式支架、分配梁。 2、安装顶升设备千斤顶和泵站系统、电脑控制系统，顶升监测系统。3、安装
10、梁体纵横向限位装置。 步骤三，梁体顶升： 1、顶升系统调试，试顶升：按照理论重量将千斤顶分级加压，直到梁体脱离支座。 2、以顶升段和不顶升段伸缩缝处为旋转点整体比例同步顶升至设计标高。 3、顶升时计算机控制系统同步监测。 4、每顶升至一定高度时将临时支撑相互连接，保证其整体性。 5、顶升到位后，顶升系统加压，完成临时支撑与墩柱的托换。 步骤四，墩柱顶升： 1、当梁体顶升达到设计值时，拆除旧支座，重新浇筑墩顶支座垫石并预埋钢板。 2、浇筑梁底调平楔形块混凝土并预埋钢板，安装新支座。 3、墩柱顶升临时支撑及顶升系统安装。 4、墩柱采用绳锯切割并将墩柱顶升至设计标高，确保支座与梁底楔形块密贴并加压。
11、 5、将支座上下钢板分别与墩顶和梁底预埋钢板焊好。 步骤五，墩柱连接及桥梁恢复： 1、将墩柱接高、桥台改造成桥墩。 2、待墩柱混凝土达到设计强度后，拆除全部顶升设备和临时支架。 3、浇筑桥面调平层混凝土，摊铺沥青砼面层，安装伸缩缝及其他附属工程施工。 (三)交替顶升流程、程序和方法 1、交替顶升流程图（见附图） 2、正式顶升的程序 正式顶升时，须按下列程序进行，并作好记录： （1）操作：按预设荷载进行加载和顶升； （2）观察：各个观察点应及时反映测量情况； （3）测量：各个测量点应认真做好测量工作，及时反映顶升数据； （4）校核：数据报送至现场监控组，比较实测数据与理论数据的差异； （5）分析
12、：若有数据偏差，有关各方应认真分析并及时进行调整； （6）对策：认可当前工作状态，并决策下一步操作。 3、交替顶升方法 桥梁结构顶升方法通过在桥梁结构底部设置两组可主动施加顶升力的千斤顶，并由控制台控制液压泵站驱动两组千斤顶进行反复交替顶升，同时在一组千斤顶顶升的过程中，在另一组千斤顶的底部垫设整体支架垫块，起到消除各支撑点之间的高差问题，从而有效保证桥梁结构顶升过程中的结构安全。 交替顶升流程图 (四)试顶升 1、试顶升主要用于检验顶升系统的可靠性及桥梁整体顶升的安全性，同时检验称重结果的真实性和可靠性。 2、试顶升以角度为控制量（即同比例） ，以最远端（即桥台位置）顶升高度为准，不超过 2
13、0mm。 3、试顶升过程中要加强监测，密切监视支撑体系的稳定状况及支撑体系的变形对顶升过程产生的影响，检查限位装置在顶升过程中的工作情况。监测系统的反应数据与实际情况进行比较并且对监测体系进行优化。 4、试顶升结束后，提供整体姿态、结构位移等情况，为正式顶升提供依据。 5、试顶升前作好以下工作： （1）详细测量各个顶升支点断面桥面标高，以便精确确定顶升高度。（2）应采取必要的纵横向限位措施，以防梁体在顶升过程中产生平面偏位。同时检查限位体系是否正常运行。 （3）要做好全面检查：检查设备是否完好，检查应急物资、设备是否齐备，检查通信器材是否良好，检查计算数据是否正确，检查人员是否到位和是否进行了
14、岗前培训以及安全、技术交底等。 （4）检查顶升系统和监测系统调试情况。 （5）检查梁体两联之间的约束以及支座与梁体之间的约束是否全部解除。 （6）对搭设的顶升支架进行检查。 六、桥梁变坡交替顶升技术 桥梁交替顶升技术所包含的主要系统大致由 PLC 控制变频同步系统、千斤顶系统、顶升临时支撑 (顶升整体式支架)系统、顶升限位系统、顶升反力系统以及顶升监控系统等组成。 （一）PLC 控制变频同步系统 为了保证顶升中连续梁桥的结构安全，就要严格要求顶升千斤顶的顶升同步性。本工程采用 PLC 控制变频同步顶升系统。PLC 控制变频同步系统，它由液压系统（油泵、油缸、变频电机、变频器等） 、检测传感器、
15、计算机控制系统等几个部分组成。PLC 控制变频同步顶升是一种力和位移综合控制的顶升方法，它建立在力和位移双闭环的控制基础上，由液压千斤顶精确地按照桥梁的实际荷重平稳地顶举桥梁，使顶升过程中桥梁受到的附加应力下降至最小；同时液压千斤顶根据分布位置分组，与相应的位移传感器组成位移闭环以控制桥梁顶升的位移和姿态，同步精度为2mm，可以很好的保证顶升过程的同步性，确保顶升时分配梁、梁体结构安全。 液压系统由计算机控制，可以全自动完成同步位移，实现力和位移控制、操作闭环、过程显示、故障报警等多种功能。系统选择的液压泵分别为每个液压缸提供恒定的液压油。每台液压泵本身带有一个电磁阀，以实现升、降动作。每一千
16、斤顶液压缸和液压泵均装有一个平衡阀，可以起到平衡油缸的负荷压力、保护油缸不发生过载以及重载先开和各缸荷载自动平衡。 立交桥改建变坡中的同步交替顶升，原立交桥的引桥需要抬升与新桥衔接，施工中各个顶升位置均使用同步控制，在工控总线网络控制下，各点控制系统由一台控制器控制，按比例交替顶升，同时达到新桥梁的设计位置。 （二）千斤顶系统 千斤顶的选用和钢支撑的尺寸、反力基础砼局部受压、上部梁体受力等有关，施工时应根据顶升计算的支撑反力，选择千斤顶的顶升吨位，保证千斤顶顶升吨位需大于 2 倍的顶升重量。本工程采用顶升缸推力为200t、行程 140mm 的千斤顶。每个墩（台）的千斤顶分为两组，在每个桥墩位置的前后各布置 8 台（以桥墩纵横对称布置）共 16 台，在桥台位置内侧单侧布置 12 台（以桥纵轴线对称布置） ，见附图。为了便于顶升操作，千斤顶安装均按倒向安装，即千斤顶底座固定在梁底钢横梁（分配梁）底部，采用钢板锚栓连接。千斤顶安装时应保证千斤顶的轴线垂直，避免在顶升过程中产生水平力。 桥墩位置处千斤顶布置图 桥台位置处千斤顶布置图 （三）顶升临时支撑系统
