细解横潦泾中国最大跨径、最长的顶升桥梁

尹天军 
　　 
　　上海先为土木工程有限公司副总经理,工程师, 
　　 
　　曾获上海市科技进步二等奖黄浦江上游航道是上海市“一环十射”内河干线航道规划网中十分重要的航段，已被列入长江黄金水道建设系列工程项目之一。它与市内主要航道相通，从而成为上海市水网连接江苏、浙江的咽喉要道，是上海市航道内船流密度最高的航段之一。为提高航运标准，该段航道需进行整治，但横潦泾大桥原状桥下净空尺度不满足整治后的III级航道要求，故需要抬高桥面标高对老桥进行改造。如前所述（横潦泾大桥相关技术指标，回见P88），根据整治工程研究结果,横潦泾大桥需提升1.58米以满足航道规划要求。 
　　总体顶升方案 
　　为了最大限度地避免影响交通，上、下行桥梁分开顶升，顶升完成一幅后，进行另一幅的顶升。对单幅桥梁进行顶升时，另一幅的桥梁双向通车。 
　　本工程顶升联的划分有两种方案：方案1：主桥、引桥整体顶升。由于主桥、引桥所选用的液压千斤顶吨位、控制压力差别较大，所以整体顶升控制系统要求非常高，目前顶升控制系统难以实现；同时主桥引桥采用的顶升工艺不一样，整体顶升难度大、风险大,所以主桥引桥不宜同时顶升。方案2：主桥、引桥分开顶升，即主桥3跨同时顶升，两侧引桥分别整体顶升。该方案对顶升控制系统要求相对低；两种不同的顶升工艺相互影响较小；整体顶升难度和风险较小。通过以上比较，工程最终决定采用方案2的方法，主桥、引桥分开顶升，对单幅桥梁分成3段进行顶升：先顶北侧引桥，然后顶南侧引桥，最后顶主桥。 
　　工程特点及难点 
　　（1） 本工程是国内目前长度最长，重量最重的桥梁顶升工程。其中主桥大跨径连续梁顶升更是创世界之最，针对此特点,工程中采用具有较大创新性的工艺,使得工程能够顺利实施。（2） 顶升设备投入多、顶升液压设备要求高，如何在整个顶升液压系统在意外因素突然发生时，仍能保证结构的绝对安全是本工程的一个难点。（3） 主桥单个支座位置顶升点吨位大、空间狭小，所采用支垫垫块制作安装、顶升设备安装等与以往顶升工程有较大区别。 
　　（4） 引桥顶升跨数多且柱较高，顶升过程中如何保证桥梁结构的稳定性以支撑安全是一个难点。（5） 引桥同步顶升跨数较多，选用的控制点较多，如何有效保证顶升的同步性是一个难点。 
　　主桥整体顶升设计 
　　工程对主桥中墩边墩采用直接顶升法，以墩柱为反力基础，在墩柱与箱梁底之间安装顶升千斤顶，通过PLC电脑同步控制下整体顶升箱梁的方法实现抬高主桥桥面标高的目的。 
　　此方法的优点是顶升时基本不改变原有桥梁的受力体系，受力较明确。对主桥进行整体顶升，考虑受力需要，对连续梁顶升位置处进行局部加固；设置必要的钢结构限位装置，预警顶升过程中产生横向、纵向偏移。 
　　对箱梁进行顶升，可利用原有的主墩和边墩作为千斤顶的支撑基础。由于千斤顶布置离原柱边较近，考虑受力需要，为防止柱劈裂要对主墩进行加粗，对边墩加抱箍；受墩柱位置所限，顶升液压千斤顶放在支座的前后位置，此位置处箱梁位空心，按照受力需要也需对此部位进行加固。具体处理措施为： 
　　（1）在主墩上部箱梁的肋两侧新浇筑钢筋混凝土；（2）新加的钢筋部分(新加部分箱梁断面下部部位需植筋，断面上部预应力孔洞较多，所以断面上部不植筋)需与原有箱梁植筋连接；植筋植入箱梁内15d深度，植筋时需采用钢筋探测仪探测，避开箱梁内的钢筋及预应力管孔；（3）新加的部位混凝土需与原混凝土凿毛连接，并作好界面处理；（4）新加部位采用C50的灌浆料，以上材料均需加微膨胀剂。 
　　千斤顶选用及布置。顶升采用200吨双作用液压的千斤顶，液压顶升斤顶顶选用参数为200吨、63兆帕斯卡、高366毫米、底径244毫米、行程最大140毫米。 
　　使用油压顶升缸（液压千斤顶）顶升重物是工程中常见的施工方法，尤其是几百吨以上的重载工件施工情况，油压顶升是唯一可行的选择。如果液压千斤顶在顶升时发生意外内泄的意外因素，使重载顶升的安全性受到限制。跟随千斤顶的目的是为预防现有技术中存在的不足，提供一种在油缸的油压突然失效时仍能有效支撑重载工件、避免工件滑落的机械式随动支撑机构。跟随千斤顶选用参数为400吨、行程140毫米、高390毫米、底径368毫米。 
　　千斤顶布置方案为：在主墩位置共布置40台200吨的顶升千斤顶,16台400吨的跟随顶；在边墩布置16台200吨的顶升千斤顶,4台400吨的跟随顶。 
　　顶升支撑体系一般采用混凝土或钢结构工具式垫块。但由于主桥自重过大，工程中主桥垫块采用了采用钢箱混凝土，外形为长方体钢箱，钢箱内浇筑钢筋混凝土。 
　　由于千斤顶的行程有限，所以每次顶升行程在10厘米，而对于整体顶升158厘米来说，需整体顶升16个行程。垫块根据顶升高度做成工具式垫块，根据顶升高度设置垫块高为10厘米。单个垫块高度误差小于±0.3毫米,同一支点1580毫米高的垫块累计误差不超过6毫米。为控制顶升垫块的误差最小化，垫块采用钢板焊接成型，并上车床铣刨，内灌高强(C50)混凝土。通过控制垫块误差，防止顶升时由于垫块叠加引起误差积累，造成顶升的误差以及结构不均匀受力。 
　　主桥顶升限位。由于千斤顶安装的垂直误差及顶升过程中其它不利因素的影响，在顶升过程中可能会出现微小的水平位移，为避免出现此类情况，需在主桥、引桥设置平面限位装置，限制纵横向可能发生的位移。 
　　在两个主墩左右及前后侧均设置限位装置（4个方向）。在两个边墩左右侧及引桥侧向位置（3个方向）设置限位装置。在主墩上设置抱柱箍，在抱柱箍上设置限位柱，抱柱箍与限位柱之间焊接连接成一整体，顶升时利用限位柱、抱柱箍、柱的整体刚度来对桥梁上部进行限位；在边墩上设置抱柱箍，在抱柱箍上设置限位柱，抱柱箍与限位柱之间焊接连接成一整体，顶升时利用限位柱、抱柱箍、柱的整体刚度来对桥梁上部进行限位。 
　　主桥顶升控制系统。工程主引桥均采用PLC控制液压同步顶升技术。本处采用位移控制，力监控的方法。同步控制精度为±1.0毫米，这样就可以很好的保证顶升过程的同步性，确保顶升时上部结构的安全。顶升行程监测：采用精度为0.1毫米的位移传感器；对主桥采用12点同步控制系统进行顶升，每个控制点对应于千斤顶分组点。 
　　主桥顶升实况。西幅主桥于2011年4月6开始顶升，于4月18日顺利顶升到位，纵横向位置偏差在8毫米以内，顶升高度误差在正负5毫米以内；结构未发现新的裂缝，结构整体安全。 
　　引桥整体顶升设计 
　　工程对引桥桥墩采用断柱顶升法，在桥墩上设置抱柱梁，以承台为反力基础，在抱柱梁与承台顶之间安装顶升千斤顶并对柱切断，通过PLC电脑同步控制，整体顶升上部结构的方法实现抬高引桥桥面标高的目的。设置必要的钢结构限位装置，避免顶升过程中产生横向、纵向偏移。 
　　抱柱梁依附在柱四周的梁系，是一种托换理论，在平移与桥梁顶升中已运用较多。顶升时，顶升千斤顶把力传递给抱柱梁，抱柱梁再把力传递给柱，柱传递给上部结构，抱柱梁与柱之间通过新旧混凝土的摩擦传递剪力。本工程引桥在每个柱上设置抱柱梁，在同一个墩内的3个抱柱梁之间用联系梁连接成一个抱柱梁系，在引桥墩上设置抱柱梁系，同时在墩之间设置联系梁，使墩柱成为一个整体。 
　　对引桥进行整体顶升，桥墩柱处利用原有的承台作为支承基础，桥台在板梁下方制作新的条形基础。桥墩承台和桥台下方需同时安装顶升千斤顶和跟随千斤顶，顶升千斤顶均通过工具式垫块把力传至承台和桥台上。 
　　千斤顶选用及布置。引桥千斤顶的选用和安装同主桥。千斤顶布置：在每个柱左右侧各布置2台200吨的顶升千斤顶和1台400吨的跟随顶。 
　　顶升支撑体系一般采用混凝土或钢结构工具式垫块。引桥桥墩采用工具式钢结构垫块，在千斤顶下做一个转换接头以便更好的将力传给垫块。桥台处垫块采用钢筋混凝土，外形为长方体。顶升时各钢垫块之间用螺栓连接成一整体。 
　　由于千斤顶的行程有限，所以每次顶升行程在10厘米，而对于整体顶升158厘米来说，需整体顶升16个行程。每顶升一个行程，千斤顶下需加垫一个垫块，垫块根据顶升高度做成工具式垫块，根据顶升高度设置垫块高为10厘米。 
　　引桥顶升限位。通过抱柱梁系之间的间隙设置抽拉式限位装置，钢结构限位柱与承台之间通过植筋方式进行连接，在每个桥墩处设置2个限位柱（每个限位柱均可限制四个方向），在引桥桥台左右位置处设置限位装置。 
　　引桥顶升控制系统。本工程引桥采用与主桥相同的技术。对引桥采用24点同步控制系统进行顶升(顶升千斤顶分24点控制)，每个控制点对应于千斤顶分组点。 
　　引桥顶升实况。西幅北侧引桥于2010年12顶升到位，西幅南侧引桥于2011年1月顺利顶升到位，每侧引桥顶升时间约5天。顶升到位后，纵横向位置偏差在6毫米以内，顶升高度误差在正负10毫米以内；结构未发现新的裂缝，结构整体安全。 
　　桥梁作为交通线路中重要的组成部分，承担着穿越河流、沟谷等各种障碍的任务,而目前我国各类交通干线、城市主、副干道上许多桥梁存在路线不顺畅、桥梁净空不足的问题。桥梁整体顶升平移技术可以尽量减少施工周期，特别是将工程成本及对环境的影响减至最小程度，所以整体顶升平移将越来越多地应用于旧桥的改造与利用上，多数情况下，顶升方案都具有无可比拟的优越性，采用顶升技术实现桥梁升高，已成为一种行之有效的技术方法。 
　　横潦泾大桥顶升工程,无论从跨度、长度、重量还是设计、施工的复杂程度，在国内甚至世界上都是史无前例的。该桥顶升改造的顺利进行，在不中断交通的情况下节省了大量的资金，缩短了施工周期，最大程度的减小了对环境的影响。 
　　横潦泾大桥顶升开创了大型桥梁顶升的先河,为长江大桥等大跨径桥梁顶升的可行性提供了有力的参考，为内河航运开发提供新的思路。