顶升更换支座更换施工技术在既有高速公路桥梁改造中的应用

1 工程概况 郑焦晋高速公路焦作段起讫桩号为S86 段（原 阳- 焦作）k13+000～k58+389， 全长45.389 km ， G 5512 段（晋城- 新乡）k33+000～k60+447，全长 27.447 km ，该路段总长度为72.836 km。 该高速公路于2002 年12 月全线建成通车， 运行至今已有近10 a 时间，由于通行车辆常年处 于超载超速的行驶状态下，导致整个高速公路桥 梁出现了不同程度的破坏。根据2010 年的检测报 告显示：S86 段共有21 座桥梁共计710 个支座、 G 5512 段有16 座桥梁共计480 个支座都存在脱 空、偏移、缺失等病害。 2 支座的重要性 支座是桥梁结构中连接上、下部结构的重要 部件，其作用是将上部结构的荷载传递到桥梁墩 台上，同时保证上部结构在荷载、温度变化，混凝 土收缩徐变等因素作用下的自由变形，保护梁端、 墩台帽梁少受损伤。因此桥梁支座的可靠程度将 直接影响桥梁结构的安全性和耐久性。 3 工程的难点 （1）郑焦晋高速公路焦作段作为河南省高速公 路的主要干线，交通流量大，重车多，在顶升过程应 积极做好保通措施，把对交通的影响尽可能地降到 最低。 （2）在对郑焦晋高速公路焦作段S86，G 5512 段 桥梁支座进行更换时应按照“先简支梁后连续梁”的 施工顺序。连续梁在顶升过程中一次整体同步顶升 的跨数较多，对顶升设备的同步性要求较高，技术含 量也较高。 （3）该项工程工期较短，施工任务较重，如何 在保证施工质量的前提下控制好工期的进度也是 一个难点。 4 桥梁整体顶升更换支座方案 该工程以简支板梁支座更换为例，结合该路 段桥梁的结构形式和现场的施工条件，采取超薄 千斤顶直接顶升法对存在病害的支座进行维修和 更换。 利用盖梁作为反力基础，在盖梁上直接放置 超薄千斤顶顶升上部板梁（板梁和盖梁的缝隙）， 利用计算机液压同步控制系统对上部板梁进行整 体顶升。若板梁和盖梁之间的缝隙小于5 cm ，对 盖梁放置千斤顶的部位进行混凝土表面凿除。 4.1 顶升反力基础 顶升时承担顶升千斤顶反力基础的部分,是 顶升工程中需重点要考虑的部分。 该工程利用原有墩柱盖梁及桥台顶面作为顶升 时的基础，考虑局部承压的需要，在其顶部垫2 cm 厚的钢板。 4.2 顶升上部支撑点 相邻桥梁铰缝位置或支座边用砂浆找平并垫 上25 ㎝×25 ㎝的分配钢板作为整体顶升千斤顶 的上支撑点。 4.3 千斤顶的选用 该工程由于盖梁与上部结构的距离不一致，依 据高度不同采用2 种不同型号的超薄千斤顶。A 型 采用100 t的小行程千斤顶，千斤顶高50 m m ，底 座直径210 m m ,行程为10 m m。B 型采用100 t中 行程千斤顶,顶身长度140 m m ，底座直径235 m m ， 行程为35 m m。千斤顶安装在每个梁的铰缝和边 梁腹板位置。 千斤顶均配有液压锁，可防止任何形式的系 统及管路失压，从而保证负载的有效支撑。该千斤 顶最大的特点带有自螺纹，可以在不用油压的情 4.4 临时支撑体系 临时支撑体系就是千斤顶顶升完一个行程， 收顶加高顶升钢支撑时临时支撑上部结构的体 系。该临时支撑体系可利用千斤顶自带螺纹装置。 4.5 顶升控制系统 采用PLC 液压同步顶升控制系统。 PLC 液压控制系统就是利用计算机技术，通 过计算机工控软件来控制液压泵站及其配置的液 压元件，通过计算机指令来控制液压千斤顶，然 后通过位移及力传感器把液压千斤顶压力变化及 顶升的距离反馈至计算机屏幕上，便于操作人员 了解有关情况和及时调整。 4.6 顶升支撑垫块 对于利用超薄千斤顶顶升的桥梁，顶升支撑 垫块采用5～15 m m 不等的钢板, 作为临时支撑 垫块，当顶升间隙较大时可采用高度为10 cm 的 专用钢支撑垫块，以增强其稳定性（见图3 所 示）。 整个顶升过程中，所有超薄千斤顶均在PLC 系统的同步控制下，并配合精加工钢垫块，以保证 顶升及支撑的同步精度。 4.7 千斤顶的布置 千斤顶的布置主要考虑以下几种情况：（1）顶 升时结构的稳定性；（2）上部结构的重量；（3）上 部结构出现意外的应急顶升。 该工程上部结构为空心板梁或T 梁，采用小 行程超薄千斤顶则只能在每个板梁两侧的肋部位 设置千斤顶。（见图4 所示） 4.8 顶升行程监测 顶升行程监测：采用精度为0.1 m m 的拉线位 移传感器（见图5）。 图1 A 型超薄千斤顶顶升实景 图2 B 型超薄千斤顶顶升实景 图3 专用钢支撑垫块实景 图4 超薄千斤顶安装位置断面示意图 图5 拉线式位移传感器实景4.9 顶升准备 顶升前作好以下准备工作: 顶升系统可靠性 检验；成立顶升指挥系统；顶升液压系统布置；顶 升系统测试；确定观测点。 4.9.1 顶升系统可靠性检验 元件的可靠性检验：元件的质量是系统质量 的基础，为确保元件可靠，该系统选用的元件均为 国际或国内品牌产品。在正式实施顶升前，将以 70％-90% 的顶升力在现场保压5 h，再次确认密 封的可靠性。 4.9.2 成立顶升工程现场指挥组 现场指挥组设总指挥1 名，全面负责现场指 挥作业，指挥组下设4 个职能小组：分别是监测 组、控制组、液压组和作业组，负责相关的工作，各 职能小组设组长一名，与总指挥、副总指挥共同组 成现场指挥组。 4.9.3 人员培训 所有参与顶升的施工人员都作了工作的严格 分工，在进入现场前进行充分的培训。 4.9.4 顶升系统结构部分检查 （1）千斤顶安装是否垂直牢固； （2）千斤顶支撑点下及上是否垫实； （3）影响顶升的设施是否已全部拆除。 4.10 试顶升 在正式顶升前进行试顶，试顶主要是为了消 除支撑点下的非弹性变形，并检测设备是否正常。 4.11 正式顶升与支撑 试顶升后，观察若无问题，便进行正式顶升。 顶升的高度以能够取下旧支座及安装新支座 为宜，到达顶升高度后，将千斤顶进行保压并更换 支座，然后进行落梁。 4.12 落梁 支座安装调平后，千斤顶收缸，进行落梁。落 梁时必须控制其同步性： （1）落梁时与顶升时工序正好相反，每次落梁 均需拆除临时支撑下的临时垫块。在拆除这些垫 块时，可能要先顶升方能实现，所以落梁时需同时 用到同步顶升和同步下降程序。 （2）在下落过程中的最大难点是液压泵站在打 开一瞬间，连接泵站的千斤顶均是承载较轻的先打 开，这样造成原来支垫的千斤顶重载越重，轻载越 轻，这对下落造成致命的危险。该方案中提到的均载 保护阀(平衡保护阀)解决了这一关键难点。当多个 带均载保护阀的油缸同时支撑一重载时，当需要同 步下降时，载荷较大的油缸会先打开。

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