張 翀，李軍華，劉國曉，孫良博

（1.上海先為土木工程有限公司，上海市 200331；2.中建八局第一建設(shè)有限公司，山東 濟南 250014）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，高速公路交通流量日益增長，交通運輸行業(yè)發(fā)展迅速。我國早年修建的高速公路交通流量幾乎飽和，道路擁堵現(xiàn)象嚴重；橋涵凈空不足，導(dǎo)致過往貨車剮蹭既有橋梁，大大降低了該路段車輛的行駛速度，影響行車安全及橋梁安全，服務(wù)水平嚴重下降，其規(guī)模能力與其承擔(dān)的交通運輸任務(wù)和在路網(wǎng)中的作用不相匹配等突出問題[1]。對高速公路的改擴建及橋涵抬升改建是社會發(fā)展的必然趨勢，而采用頂升技術(shù)對既有橋梁進行抬升改建是目前最優(yōu)的解決辦法，不僅可以有效地利用橋梁原有結(jié)構(gòu)，最大程度減少施工對周邊環(huán)境的影響，還可以節(jié)約建設(shè)資金，加快施工工期，是對建設(shè)節(jié)約型社會的積極響應(yīng)?，F(xiàn)以京臺高速公路濟南至泰安段改擴建工程一標段中，四座橋梁調(diào)坡頂升工程為例，介紹橋梁整體調(diào)坡工程多種橋梁頂升工藝在高速公路改擴建工程中的應(yīng)用，以供相關(guān)專業(yè)人員參考。

1 工程概況

京臺高速公路是《山東省綜合交通網(wǎng)中長期規(guī)劃（2018—2035 年）》中“九縱五橫一環(huán)七射多連”高速公路網(wǎng)布局優(yōu)化的“縱七”線，作為山東省最早通車的高速公路之一，1999 年建成通車以來交通量增長迅速。公開資料顯示，作為溝通首都北京和中東部重要城市的主通道，2019 該路段交通量已達到88471 pcu/d。目前該路段通行能力和服務(wù)水平嚴重不足，已不能適應(yīng)未來交通發(fā)展需求，亟需實施改擴建[2]。

京臺高速公路濟南至泰安段改擴建工程起于京臺高速和濟廣高速交叉的殷家林樞紐，沿老路擴建前行，項目采用全線原位擴建，沿既有公路“兩側(cè)拼寬（饅頭山路段改移既有中央分隔帶）”的總體改擴建方案，拓寬至雙向八車道，拓寬里程全長54.071 km。

2 橋梁概況與改造需求

2.1 橋梁概況

范莊大橋，跨徑布置6×16 m+6×16 m+6×16 m，橋梁全長288 m。橋梁單幅寬17.25 m。上部結(jié)構(gòu)為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支板，0號橋臺為U 型橋臺、擴大基礎(chǔ)，18號橋臺為樁柱式臺、樁基礎(chǔ)，橋墩為柱式墩、擴大基礎(chǔ)。斷面圖如圖1 所示。

圖1 范莊大橋斷面圖（單位：mm）

明發(fā)路分離立交橋，跨徑布置3×16 m，橋梁全長48 m。橋梁單幅寬17.25 m。上部結(jié)構(gòu)為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支板，橋臺為柱式臺、樁基礎(chǔ)，橋墩為柱式墩、樁基礎(chǔ)。斷面形式與范莊大橋類似。

孫家峪中橋，跨徑布置3×16 m，橋梁全長48 m。橋梁單幅寬17.25 m。上部結(jié)構(gòu)為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支板，橋臺為U 型橋臺、擴大基礎(chǔ)，橋墩為柱式墩、擴大基礎(chǔ)。斷面形式與范莊大橋類似。

崮山互通立交主線1號橋，跨徑布置4×20 m，橋梁全長80 m。橋梁單幅寬17.25 m。上部結(jié)構(gòu)為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支板，橋臺為U 型橋臺、擴大基礎(chǔ)，橋墩為柱式墩、擴大基礎(chǔ)。斷面圖如圖2 所示。

圖2 崮山互通立交主線1號橋斷面圖（單位：mm）

2.2 改造需求

在這次改擴建工程中，四座橋梁平面設(shè)計路線保持不變，縱斷抬高，橫坡維持不變。其中：

范莊大橋改造總面積為9936 m2，縱斷抬升改造高度為45～219 cm。

孫家峪中橋改造面積為1656 m2，縱斷抬升改造高度為19～21 cm。

明發(fā)路分離立交橋改造面積為1656 m2，縱斷抬升改造高度為90～120 cm。

崮山互通立交主線1號橋改造面積為2760 m2，縱斷抬升改造高度為50～80 cm。

合計頂升改造面積為16008 m2。

根據(jù)各橋工況及頂升高度的不同，上部結(jié)構(gòu)頂升分別采取筏板基礎(chǔ)頂升法、下抱柱梁頂升法、上下抱柱梁斷柱頂升法、植入鋼牛腿頂升法、超薄千斤頂直接頂升法五種橋梁頂升改造施工方案。下部結(jié)構(gòu)通過加高墊石、加高蓋梁、接高墩柱進行改造。

3 頂升施工方案

3.1 筏板基礎(chǔ)頂升法

考慮到范莊大橋0號橋臺原結(jié)構(gòu)采用U 型重力式橋臺結(jié)構(gòu)，橋下土質(zhì)良好，可將橋臺內(nèi)側(cè)地表土質(zhì)進行夯實（也可以鋪設(shè)碎石強化夯實），在地表澆筑100 mm 厚的素混凝土墊層，然后在墊層上皮綁扎雙層雙向鋼筋作為筏板基礎(chǔ)的內(nèi)部受力筋，筏板基礎(chǔ)高度為500 mm。

筏板基礎(chǔ)強度達到后，在其頂面進行灌漿料找平，安裝φ609 mm 鋼支撐，鋼支撐正上方對應(yīng)板梁位置底部安裝液壓千斤頂及跟隨千斤頂。由于上部板梁由17 片空心板梁組成，板梁縫隙之間采用固定錨栓鉸接，不能較好地傳遞液壓千斤頂?shù)捻斏Γ孕枰诳招陌辶合虏堪惭b雙拼工字鋼分配梁傳遞分力，在鋼分配梁下吊裝200 t 液壓千斤頂5 臺和200 t 機械跟隨保護千斤頂5 臺，共提供1000 t 頂升力，0號橋臺上部結(jié)構(gòu)總重為275 t，安全系數(shù)3.63。筏板基礎(chǔ)頂升法如圖3 所示。

圖3 新建筏板基礎(chǔ)頂升示意圖（單位：mm）

依靠液壓千斤頂頂升，跟隨千斤頂無縫跟隨、機械鎖定保壓，安全地將橋臺上部橋面頂升至設(shè)計標高，隨后鎖定雙組千斤頂，橋梁上部結(jié)構(gòu)此時全部由鋼支撐承力。

3.2 下抱柱梁頂升法

由于范莊大橋1#～9# 墩柱下部墩柱不存在樁基承臺，所以范莊大橋1#～9# 墩頂升改造無法采用常規(guī)方案直接安裝鋼支撐進行頂升，所以計劃將在原墩柱下部澆筑下抱柱梁頂升基礎(chǔ)，采用雙拼工字鋼分配梁直接頂升上部空心板梁（類似于筏板基礎(chǔ)頂升法），單墩配置200 t 液壓千斤頂10 臺和200 t 機械跟隨保護千斤頂10 臺，共提供2000 t 頂升力，單墩重550 t。安全系數(shù)3.63。頂升完成后，對原蓋梁的砂漿找平層進行鑿除，并進行鑿毛，加高原有蓋梁。下抱柱梁頂升法現(xiàn)場應(yīng)用見圖4 所示。其中崮山互通立交主線1號橋墩處及明發(fā)路分離立交橋橋墩處工況與范莊大橋1#～9# 類似，頂升施工改造均采用下抱柱梁頂升方案。

圖4 新建下抱柱梁頂升施工之實景

3.3 上下抱柱梁斷柱頂升法

根據(jù)橋梁改造設(shè)計規(guī)劃，范莊大橋10#～17# 橋墩將抬升1.38 ～2.07 m，顯然再對蓋梁面采取加厚的方案不但不美觀，還將對蓋梁的安全穩(wěn)定性造成負擔(dān)，故采取斷柱頂升的方案，在頂升完成后重新連接墩柱的縱向鋼筋，并對上下柱頭鑿毛，加粗原有墩柱。

與前文所述范莊大橋1#～9# 類似，由于下部墩柱不存在樁基承臺，故只能采取上、下抱柱梁的頂升方案：即對原有墩柱柱壁鑿毛，澆筑上、下兩道環(huán)柱壁的圈梁，以上抱柱梁作為橋梁上部結(jié)構(gòu)的頂升受力支點，下抱柱梁作為千斤頂支撐體系的頂升反力基礎(chǔ)梁，采用靜力切割繩鋸對上、下抱柱梁之間的墩柱切割，將墩柱沿切割線分離，上抱柱梁上部的蓋梁和橋梁結(jié)構(gòu)變成一個可活動結(jié)構(gòu)體，單墩安裝200 t液壓千斤頂6 臺，200 t 機械跟隨保護千斤頂6 臺。千斤頂頂升上抱柱梁帶動上部結(jié)構(gòu)的抬升，如圖5所示。待頂升完成后重新對墩柱切割面進行鋼筋連接接高，并對墩柱外包加粗。上抱柱梁與聯(lián)系梁之間設(shè)置角鋼焊接的限位裝置，防止橋梁橫縱向的移位偏差。

圖5 上下抱柱梁斷柱頂升施工現(xiàn)場之實景

3.4 植入鋼牛腿頂升法

崮山互通立交主線1號橋及明發(fā)路分離立交橋橋臺位置頂升高度較高，超薄液壓千斤頂頂升行程僅為2 cm，頂升時臨時墊塊和頂升支撐循環(huán)多，故不能選擇超薄液壓千斤頂進行頂升改造。而使用筏板基礎(chǔ)頂升，需要破壞原有橋臺位置錐坡，開挖修復(fù)成本較高，施工周期也更長。

采用植入鋼牛腿頂升法是橋臺頂升改造的最優(yōu)解決方案。

在臺帽立面對應(yīng)板梁絞縫中間位置及邊梁腹板位置植入化學(xué)錨栓，安裝鋼結(jié)構(gòu)牛腿，將千斤頂直接放置在鋼牛腿上，上下找平并鋪墊鋼板，做到對稱布置防止偏壓。以鋼結(jié)構(gòu)牛腿為頂升反力基礎(chǔ)，直接頂升梁板，如圖6 所示。

圖6 植入鋼牛腿頂升法施工現(xiàn)場之實景

頂升時該墩所有千斤頂同步出缸向上頂起梁體，其單個墩頂升速率與頂升時間均一致，單個行程為9 cm，結(jié)束后在千斤頂后側(cè)的鉸縫位置填塞臨時支撐塊，然后回收千斤頂缸體由臨時支撐塊支撐上部梁體，再將千斤頂上部增加臨時墊塊。循環(huán)上述頂升步驟直至橋梁頂升到設(shè)計高度。頂升完成后再進行蓋梁加高施工。

孫家峪中橋縱斷抬升改造高度為19～21 cm。因頂升高度較低，且原有橋墩較高（約10 m）采用超薄千斤頂直接頂升法對橋梁進行抬升改建最為合理。其板梁至蓋梁之間的凈空較小，約10 cm 左右，只能安裝50 t 的單作用超薄千斤頂，使用原有橋梁蓋梁作為千斤頂?shù)姆戳A(chǔ)，將50 t 超薄液壓千斤頂直接安裝在橋梁蓋梁上對應(yīng)板梁鉸縫中間位置，另外在邊梁腹板下也布置千斤頂，上下找平并鋪墊鋼板，做到對稱布置防止偏壓，如圖7 所示。每跨頂升共使用36 臺50 t 超薄液壓千斤頂，共提供1800 t 頂升力，單墩重550 t，安全系數(shù)為3.27，對于部分安裝凈空不足的，鑿除蓋梁找平砂漿或者使用角磨機切割蓋梁保護層。

圖7 超薄千斤頂直接頂升施工之實景

頂升過程與植入鋼牛腿頂升法類似，頂升行程為2 cm，頂升完成后再進行預(yù)制墊石安裝。

4 下部結(jié)構(gòu)改造方案

4.1 加高墊石

范莊大橋0#～2# 橋墩將在頂升后采取加厚墊石的方案來最終抬高橋梁的標高，抬高高度在約450 mm和600 mm。頂升到位后，對原橋臺臺帽、蓋梁、原墊石等進行鑿毛、設(shè)置環(huán)氧砂漿找平層后，再進行預(yù)制墊石的安裝，預(yù)制墊石上部安裝橡膠支座，塞置楔形鋼板保證支座均勻受力，防止存有脫空現(xiàn)象。一切準備就緒后打開液壓千斤頂和跟隨千斤頂液壓鎖將上部橋梁結(jié)構(gòu)下落至新臺面。拆除頂升設(shè)備，于橋臺及蓋梁上澆筑素混凝土，將預(yù)制墊石包裹加固，澆筑標高低于預(yù)制墊石15 cm 即可。

其中孫家峪中橋工況與范莊大橋0#～2# 類似，下部結(jié)構(gòu)改造施工同樣采用加高墊石方案（見圖8）。

圖8 預(yù)制墊石安裝完成施工之實景

4.2 加高蓋梁

3～9#橋墩頂升調(diào)整高度約700～1300 mm，因為調(diào)整高度相對較大，如果在頂升后直接采用加厚墊石的方法，墊石最大高度將超過1 m 會對橋梁運營中的安全性產(chǎn)生一定的影響，故此3～9# 橋墩的接高方案將采用加厚蓋梁的方案，在新的蓋梁面重新設(shè)置橋梁墊石的方案對老橋進行改造，最終抬高橋面標高。

在頂升完成后，鎖住千斤頂保壓裝置，拆除原橋梁板式橡膠支座，鑿除支座墊石。對原蓋梁面進行鑿毛、植入縱向接高筋，將鑿毛面清洗干凈、確保加高部分與原橋蓋梁形成整體，接高部分蓋梁在柱頂處設(shè)置一道假縫（見圖9）。

圖9 蓋梁加高完成施工之實景

原橋蓋梁接高加厚后，現(xiàn)有的蓋梁擋塊已經(jīng)不滿足限位高度要求，在蓋梁加厚鋼筋綁扎前預(yù)留出蓋梁擋塊鋼筋，便于在混凝土澆筑時同時一起澆筑成型，減少植筋的工序。

其中崮山互通立交主線1號橋墩處及明發(fā)路分離立交橋工況與范莊大橋3#～9# 橋墩類似，下部結(jié)構(gòu)施工改造均采用此方案。

4.3 斷柱連接

10#～17#墩斷柱頂升就位后，由機械隨動千斤頂支撐橋梁上部結(jié)構(gòu)，鑿除墩柱切割面上下40 cm 混凝土。立柱鑿除面必須修整平齊，并將松散混凝土和鋼筋浮渣清理干凈。且立柱新老混凝土結(jié)合部分進行表面鑿毛處理，以利于新老混凝土的連接。露出原墩柱主筋，采用擠壓套筒的連接方式，對墩柱的主筋進行連接。連接段混凝土強度等級應(yīng)高于原墩柱混凝土等級，并宜采用便于灌注和成型的自密實微膨脹混凝土；切斷鋼筋的連接，應(yīng)滿足一級接頭的要求[3]，并對墩柱進行加粗。待混凝土達到設(shè)計強度后，拆除頂升設(shè)備，完成頂升改造（見圖10）。

圖10 斷柱連接加粗完成施工之實景

5 結(jié)語

京臺高速改擴建工程四座橋梁頂升施工，采用目前國內(nèi)最先進的PLC（可編程邏輯控制器）液壓同步頂升控制系統(tǒng)，根據(jù)每座橋梁每個墩臺的工況，制定了不同的頂升方案，分為筏板基礎(chǔ)頂升法、下抱柱梁頂升法、上下抱柱梁斷柱頂升法、植入鋼牛腿頂升法、超薄千斤頂直接頂升法五種方案。下部結(jié)構(gòu)通過加高墊石、加高蓋梁、接高墩柱進行改造。與拆除重建相比，最大程度地降低了施工風(fēng)險。在頂升施工過程中，無需封道施工，沒有灰塵的產(chǎn)生，最大程度地降低對周邊環(huán)境和交通的影響，實現(xiàn)綠色、低碳施工，可為今后類似高速公路改擴建工程建設(shè)提供施工經(jīng)驗及參考。