王守強(qiáng)，閆興非，程 燁

(1.上海隧道工程股份有限公司，上海 200032； 2.上海城市基礎(chǔ)設(shè)施更新工程技術(shù)研究中心，上海 200032；3.上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海 200125)

0 引言

現(xiàn)階段越來越多的橋梁凈空高度難以滿足交通需要，橋梁拆除重建將拉長建造周期、浪費(fèi)大量資源并增加建造成本，橋梁頂升施工技術(shù)符合橋梁可持續(xù)發(fā)展的理念，可在有效利用原有橋梁的基礎(chǔ)上解決這一問題[1-2]。

隨著橋梁改造的需要，橋梁頂升方面研究越來越多。李方韜[3]研究了鋼橋頂升方法，吳毅彬等[4]、李藝等[5]、袁鑫等[6]對整體頂升進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，王海等[7]、潘躍順等[8]對橋梁調(diào)坡進(jìn)行了闡述，然而他們沒有提出針對橋梁調(diào)坡頂升位移計(jì)算公式。

本文對大坡度橋梁頂升過程中水平位移和千斤頂垂直度偏差進(jìn)行了公式推導(dǎo)，并結(jié)合上海某匝道橋頂升為新建高架橋主線道路工程，對每個(gè)墩臺處水平位移及千斤頂垂直度偏轉(zhuǎn)情況進(jìn)行了計(jì)算，提出了大坡度橋梁頂升時(shí)需采取的措施。

1 大坡度橋梁頂升計(jì)算

1.1 工程概況

頂升段橋梁為現(xiàn)澆單箱5室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，頂升段橋面寬16.5m，頂升段全長220.51m，共計(jì)3 638.4m2，橋梁標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖1所示。頂升段橋梁分2聯(lián)布置，每聯(lián)5跨：第1聯(lián)長110.51m，跨徑組合為(19.51+24×3+19)m；第2聯(lián)長110m，跨徑組合為(19+24×3+19)m，橋梁現(xiàn)狀如圖2所示。橋梁共有11個(gè)橋墩(臺)，編號分別為NS1～NS11，其中NS1為橋臺位置，NS2～NS11為雙柱式橋墩，頂升高度為0～7 916mm，每個(gè)墩臺頂升高度為：NS1號為7 916mm，NS2號為7 216mm，NS3號為6 354mm，NS4號為5 492mm，NS5號為4 631mm，NS6號為3 949mm，NS7號為3 267mm，NS8號為2 405mm，NS9號為1 544mm，NS10號為682mm，NS11號為0。單聯(lián)橋梁體積1 260m3，用C40混凝土澆筑，加上橋面鋪裝及附屬結(jié)構(gòu)，可估算單聯(lián)箱梁重約4 120t。

圖1 橋梁標(biāo)準(zhǔn)斷面

圖2 頂升橋梁現(xiàn)狀

NS11號橋墩頂升高度為0，NS1號橋臺頂升高度達(dá)7.916m，這勢必會引起箱梁在水平方向角度的變化，箱梁投影長度變大，每個(gè)墩臺處存在水平位移，頂升施工過程中千斤頂垂直度也會發(fā)生變化，應(yīng)嚴(yán)格控制行程大小。頂升過程中各墩頂升高度互不相同，為保證梁體線形不變，頂升控制系統(tǒng)需同時(shí)具有多點(diǎn)同步控制能力和角速度等比例調(diào)坡頂升功能。

1.2 橋梁頂升計(jì)算

大坡度橋梁調(diào)坡頂升時(shí)，隨著橋梁坡度的不斷變化，箱梁的水平位移不斷發(fā)生變化，千斤頂隨著梁體的轉(zhuǎn)動(dòng)垂直度也在不斷發(fā)生變化，為了防止下部支撐偏心失穩(wěn)而發(fā)生事故，需嚴(yán)格控制千斤頂行程。假設(shè)橋梁長度在頂升過程中伸縮量不會發(fā)生變化，現(xiàn)將頂升過程中牽扯到的水平位移及千斤頂偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行計(jì)算：橋梁頂升前總長度為S，水平投影長度為L1，豎直高度為H1，橋梁與水平面夾角為α1；頂升高度ΔH后，由前面假設(shè)可知頂升長度不變(為S)，水平投影長度為L2，豎直高度為H2，橋梁與水平面夾角為α2；頂升后水平位移變化量為ΔL，千斤頂高HJ，千斤頂偏轉(zhuǎn)角為b，計(jì)算過程如圖3所示。已知L1，α1，可得S，H1如下：

(1)

圖3 頂升前后計(jì)算

頂升高度ΔH后，可得S，H2，L2，ΔL如下：

(2)

將式(1)帶入式(2)并化簡可得ΔL如下：

(3)

千斤頂偏轉(zhuǎn)角b如下：

(4)

以上給出的橋梁計(jì)算公式適用于橋梁單跨、整聯(lián)橋梁墩頂水平位移、千斤頂垂直度變化計(jì)算；計(jì)算公式適用于橋梁兩端存在頂升高度差的情況，特別是當(dāng)橋梁頂升高度差ΔH=0時(shí)，橋梁墩頂水平位移、千斤頂垂直度變化均為0，這與橋梁整體頂升結(jié)果一致。

對于第1聯(lián)橋梁NS6號墩，已知L1為110m，α1為2.862°，ΔH=3.948 8m，由式(3)可求得NS6號墩水平位移為：

ΔL=0.126 5m=126.5mm

考慮兩聯(lián)橋梁之間存在伸縮縫，第1聯(lián)橋梁伸長不會傳遞到第2聯(lián)，從而可求得每個(gè)墩臺處水平位移為：NS1號為127.1mm，NS2號為104.7mm，NS3號為77.1mm，NS4號為49.5mm，NS5號為21.9mm，NS6號為126.5mm，NS7號為104.7mm，NS8號為77.1mm，NS9號為49.5mm，NS10號為21.9mm，NS11號為0。第1聯(lián)橋梁頂升前后計(jì)算結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，隨著箱梁沿NS11號墩轉(zhuǎn)動(dòng)，橋梁坡度不斷變小，水平位移不斷增加，最大增長為NS1號橋臺，達(dá)127.1mm。

圖4 第1聯(lián)頂升計(jì)算(單位：m)

本工程均采用200t液壓千斤頂，液壓千斤頂參數(shù)：高366mm、底徑244mm、行程最大230mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和理論分析，千斤頂垂直度偏轉(zhuǎn)控制在1%以內(nèi)安全，剛開始頂升時(shí)橋梁抬高相同高度情況下，水平位移大。經(jīng)試算，頂升行程控制在200mm，則NS1號相對于NS6號的頂升高度ΔH=100.2mm，則由式(3)、式(4)可得第1次頂升千斤頂垂直度b變化為：

ΔL=0.005m=5.0mm

這符合千斤頂垂直度偏轉(zhuǎn)控制在1%以內(nèi)，頂升過程中其他支撐點(diǎn)處計(jì)算結(jié)果如表1所示。本工程兩聯(lián)箱梁整體同步頂升，同步頂升的支撐點(diǎn)共有10處，各處頂升高度不等，高度之比為200∶182.3∶160.5∶138.8∶117.0∶99.8∶82.5∶60.8∶39.0∶17.2，必須按這一比例精確控制同步頂升，避免頂升過程中出現(xiàn)千斤頂脫空現(xiàn)象。

2 大坡度橋梁頂升措施

2.1 抵消千斤頂偏轉(zhuǎn)措施

頂升時(shí)隨著坡度的變化，液壓千斤頂與箱梁夾角由垂直變成不垂直，最大偏轉(zhuǎn)為0.88%(約0.504°)，為了防止千斤頂頂升時(shí)對橋梁產(chǎn)生局部應(yīng)力，選用帶球頭可轉(zhuǎn)動(dòng)的液壓千斤頂，頂部球頭轉(zhuǎn)角最大可達(dá)5°，可轉(zhuǎn)動(dòng)千斤頂球形頭部隨著上部結(jié)構(gòu)坡度的變化而自動(dòng)調(diào)整。

考慮頂升時(shí)安裝墊塊方便，千斤頂?shù)怪冒惭b，如圖5所示。

圖5 球頭千斤頂及安裝示意

2.2 確保千斤頂垂直度和水平位移措施

橋梁調(diào)坡頂升達(dá)7.916m，換算可得橋梁與水平面夾角變化累計(jì)達(dá)2.054°，千斤頂與箱梁的夾角不斷發(fā)生變化；隨著箱梁沿NS11號墩轉(zhuǎn)動(dòng)，橋梁坡度不斷減小，水平長度不斷增加，千斤頂水平位移不斷變化。頂升過程中，需不斷調(diào)整千斤頂垂直度和位置，防止產(chǎn)生結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力。

千斤頂垂直度調(diào)整通過楔形鋼板來實(shí)現(xiàn)，每頂升1/6=0.27°時(shí)，用楔形鋼板調(diào)整1次千斤頂與箱梁底部垂直度，這一措施可使頂升時(shí)產(chǎn)生的水平力大大減小。千斤頂水平位移調(diào)整通過滑動(dòng)鋼板實(shí)現(xiàn)，滑動(dòng)鋼板可對千斤頂?shù)奈恢眠M(jìn)行調(diào)整，使千斤頂中心與支撐中心重合，可確保頂升安全。

2.3 頂升過程中限位裝置

橋梁調(diào)坡頂升過程中，隨著梁體水平投影長度的不斷變化，會造成相鄰聯(lián)梁體的夾角發(fā)生變化，進(jìn)而影響梁體間距，所以應(yīng)在伸縮縫位置處安裝適當(dāng)?shù)南尬谎b置。第1聯(lián)伸長127.1mm，第2聯(lián)伸長126.5mm，預(yù)留8～9mm的自由活動(dòng)空間，故兩聯(lián)間縱向限位裝置預(yù)留135mm的空隙。

縱向限位裝置通過固定在墩柱側(cè)立面的2根鋼結(jié)構(gòu)柱實(shí)現(xiàn)，如圖6所示。在墩柱上植筋時(shí)為了避開普通鋼筋與預(yù)應(yīng)力鋼筋，需采用鋼筋探測儀進(jìn)行探測；鋼結(jié)構(gòu)柱通過焊接連接，焊接時(shí)需保證各構(gòu)件垂直平整。

圖6 橋墩限位設(shè)計(jì)示意

3 結(jié)語

1)橋梁調(diào)坡頂升高度達(dá)7.916m，引起箱梁墩臺處產(chǎn)生水平位移，其中第1聯(lián)伸長127.1mm，第2聯(lián)伸長126.5mm；頂升施工過程中頂升行程控制在200mm時(shí)，千斤頂垂直度最大偏差為0.88%(約0.504°)。

2)本工程兩聯(lián)箱梁整體同步頂升，同步頂升的支撐點(diǎn)共有10處，各處頂升高度不等，高度之比為200∶182.3∶160.5∶138.8∶117.0∶99.8∶82.5∶60.8∶39.0∶17.2，必須按這一比例精確控制同步頂升，避免頂升過程中出現(xiàn)千斤頂脫空現(xiàn)象。

3)橋梁頂升施工時(shí)，需采取一系列措施：選用帶球頭可轉(zhuǎn)動(dòng)的液壓千斤頂可防止千斤頂頂升時(shí)對橋梁產(chǎn)生局部應(yīng)力，楔形鋼板用來調(diào)整千斤頂與箱梁底部垂直度，滑動(dòng)鋼板調(diào)整千斤頂水平位移，在兩聯(lián)間設(shè)置縱向限位裝置可防止相鄰聯(lián)梁體的夾角產(chǎn)生變化。