公跨铁桥面整体顶升施工技术研究

公跨铁桥面整体顶升施工技术研究

王家俊

中铁二十四局集团江苏工程有限公司南京市210037

【摘要】结合工程实践，对既有公跨铁桥面顶升施工方法进行必选。在保证桥下铁路运营、施工空间小、工期短的要求下选择盖梁侧面化学锚固螺栓、安装钢牛腿、整体多点同步顶升来抬升桥面的施工方法。

【关键词】既有公跨铁桥面顶升；钢牛腿安装；桥面顶升；桥面变形监测

1前言

随着既有铁路电气化改造施工建设步伐的不断加快，部分既有公跨铁桥下净高不能满足接触网通过要求。笔者在宁西铁路增建二线工程中采用多点同步顶升来整体抬高桥面的方法，施工工期短、对既有铁路运营影响小、方便施工。效果较好。

本文结合工程实践，着重介绍钢牛腿安装、千斤顶同步顶升、桥面变形监测施工工艺。

2工程概况

K837+102赵周公跨铁为X015县道跨越宁西铁路通道，现状为双向2车道，于宁西铁路K837+102处上跨通过，交角90°；桥梁孔跨为3×16m空心板梁，全长56.04m，桥面宽9m，桥墩为矩形双柱墩，目前使用状况良好。

由于K837+102公跨铁宁西二线侧桥底净高不能满足电气化接触网通过要求。根据设计要求采用桥面顶升35cm的方法抬高桥面，增加净空，满足电气化施工要求。

3方案选择

3.1本工程施工特点和难点

（1）该桥为铁路跨线桥，整个施工过程必须保证不影响桥下铁路的正常运营。

（2）运营铁路线路中心距离盖梁边距离最小为4.9米，无法进行承重支架搭设。

（3）板梁底距盖梁顶面的距离为6cm，，无法直接布置顶升千斤顶。

（4）桥下有大量铁路光电缆不便深挖支撑基础。

（5）所有施工及现场清理必须在15日内完成，保证宁西二线总体接触网送电要求。

3.2方案选择

目前常规桥面顶升施工方法为：①在桥墩旁地面上设置临时支撑，将千斤顶置于临时支撑上来抬高桥面。②在墩身四周搭设贝雷架支撑，割断墩柱，将墩柱及以上桥面同时顶升来抬高桥面，再将墩柱连接。

但鉴于本项目施工特点，上述方法均不能满足施工要求，我单位经认真研究采用如下施工方法：桥墩四周地基处理后，搭设人工作业平台，宽度1米。在盖梁侧面采用化学锚固植高强螺栓，安装钢牛腿作为千斤顶支撑点，顶升抬高桥面。既有桥面只需将伸缩缝切除，无需破坏桥面系。

3.3方案说明

钢牛腿顶升示意图

在原盖梁侧面通过植化学锚栓的方法用螺栓与钢牛腿连接，然后在钢牛腿上安放千斤顶直接顶升上部板梁来实现抬高桥梁的目的。顶升完毕后，清理盖梁表面，拿掉旧支座。对盖梁表面进行凿毛，然后按设计要求植垫石钢筋，钢筋骨架完成后浇筑新支承垫石，支承垫石采用高强支座灌浆料浇筑。新支承垫石强度达到要求时安装新支座，将荷载转换至支座上。其示意图如所示：

3.3.1主要顶升设备的选用

A、千斤顶的选用

顶升千斤顶选用100吨顶升双作用千斤顶。千斤顶参数如下：

参数：100吨、63Mpa、高230mm、直径200mm、行程最大100mm。

每个千斤顶上都带有自螺旋锁紧装置。千斤顶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。

B、顶升控制系统

采用PLC液压同步顶升控制系统。

在采用传统的顶升工艺时，往往由于荷载的差异和设备的局限，无法根本消除油缸不同步对顶升构件造成的附加应力影响，从而引起失效，具有极大的安全隐患。PLC控制液压同步顶升是一种力和位移综合控制的顶升方法，这种力和位移综合控制方法，建立在力和位移双闭环的控制基础上。通过称重的方法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低，同时液压千斤顶根据分布位置分组，与相应的位移传感器（光栅尺）组成位置闭环，以便控制桥梁顶升的位移和姿态，同步精度为±0.01mm，这样就可以很好的保证顶升过程的同步性，确保顶升时梁体结构安全。

3.3.2千斤顶的配置

（1）千斤顶安装注意事项

a.千斤顶的放置应注意放置位置的平整，在千斤顶放置位置应避免出现大的坡差。

b.放置千斤顶时应在千斤顶与梁体之间放置一块1cm厚的分配钢板，钢板尺寸200×200mm。

（2）千斤顶配置

考虑顶升时的一定安全储备系数，必须保证千斤顶的吨位不小于计算反力，且有足够的安全储备。考虑结构自重偏差的影响系数1.1，并考虑大于1.8倍的安全储备。

经计算，每跨板梁的重量约为300吨，故在每跨板梁下部绞缝的位置单侧分别布置20台顶力为100吨千斤顶，可以提供2000吨的顶升力，足以满足顶力的需要。

（3）千斤顶的分组控制

每个墩台上的千斤顶均沿桥梁中心线分为左右两组，同组千斤顶之间液压联通。每组千斤顶对应安装一只位移传感器，位移传感器与PLC同步顶升控制系统连接，控制系统根据位移传感器传回的位移数据控制各组千斤顶顶升的同步性。

4施工方案

4.1钢牛腿施工

与顶升千斤顶相适应，每跨需20个顶升牛腿，每个牛腿通过6根φ24化学锚栓与盖梁（桥台）连接，锚铨植入深度10d。每跨的顶升重量取300吨，每个牛腿的顶升荷载为15吨。在计算中，预取一定的安全系数，取牛腿的荷载为24t。

在盖梁上钻眼尺寸为φ26mm，钻眼前需采用钢筋探测仪检查盖梁主筋位置，并在盖梁外侧做好标记，钻眼时避开钢筋。施工完成牛腿拆除后采用切割机割断外露锚栓，采用环氧树脂砂浆进行锚栓处修补。

钢牛腿相关检算说明：

本公跨铁一片板梁荷载约为32t，一片板梁由两个牛腿支撑，因此一个牛腿的荷载约为16t。安全系数取1.5，在计算中，牛腿的荷载按24t计算。

预埋件的计算。（锚筋为HRB335，d=24）

根据现场条件，预埋件的M=FL=240KN*0.15M=36KN?mV=240KN。

预埋件按540*270mm计算。板厚取20mm。

剪力验算满足。

焊缝高度Hf=7mm。

M=18kN.M，V=120kN，厚度T1=20mm，厚度T2=12mm，板高H=400mm

根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003），

焊缝计算长度Lw=386mm，焊缝应力Fw=69.062N/mm2

焊缝强度设计值Ffw=160N/mm2

Hf>0，Lw>0，Fw<Ffw，焊缝连接设计满足要求。

4.2顶升施工

4.2.1顶升前施工准备

1）测量桥梁现状标高以确定最终顶升高度；

2）顶升设备安装调试；

调试的主要内容包括：

a、液压系统检查

b、控制系统检查

c、监测系统检查

4.2.2预顶升

预顶升以梁体顶起5mm为准。

（1）预顶升主要目的为消除全套同步顶升系统可能出现的问题，如油路接头漏油、油泵压力不够等，同时消除顶升过程中可能出现的非弹性变形。

（2）根据预顶升获得上部结构的实际荷载，根据实际荷载的105%设定最大顶升力。

（3）卸载后应认真检查同步系统的各自控制系统及表观现象，检查重点有：所有油路有无漏油现象、千斤顶有无异常现象、供电线路的表观磨损等

（4）卸载后同时还应认真检查千斤顶上下钢板有无变形现象，必要时可调整钢板的厚度以满足顶升要求。

（5）卸载后应认真检查千斤顶放置位置下的结构物有无区别于顶升前的现象，如存在，应认真查出原因后方可正式顶升，严禁情况未明时继续进行顶升。

4.2.3正式顶升

预顶升后，观察若无问题，则可以进行正式顶升。正式顶时升顶升速度不得太快，临时支撑垫块同步跟随加高。并按照每顶升10mm暂停一次，以便于检查确认顶升的同步性，并将临时支撑垫块的薄钢板更换成厚钢板，临时支撑垫块钢板总厚度超过100mm后换成钢管混凝土支撑墩。顶升操作程序如下：

①认真检查整体顶升系统的工作情况（油缸、液压泵站、计算机控制系统、传感检测系统等）；

②根据称重和试顶升的结果，设定各个千斤顶处的压力值；

③电脑设置顶升速度（3mm/min）与指令位移，指令位移自动均匀加载，直至设定的最大位移指令；

④当顶升至指定高度后，系统进行保压，锁紧千斤顶上方的机械螺母，设置临时钢管混凝土支撑；

⑤当垫石砼达到强度、新支座安装完成后，拆除临时支撑，千斤顶收缸，拆除顶升设备。

4.2.4垫石及支座安装

顶升到位后，顶升结构的荷载全部转换至千斤顶上，在盖梁顶面采用钢管混凝土支撑梁体。将原支座取出，人工凿除既有支承垫石，并清理干净，按设计要求植筋，绑扎垫石钢筋骨架，浇筑新支承垫石，新支承垫石采用高强支座灌浆料浇筑，强度达到设计要求时安装新支座，将荷载转移至支座上。

5桥梁监测

本公跨铁桥面要求三孔同时顶升，故顶升过程中的梁体及桥面系的监测尤为重要，混凝土结构出现结构变形或者细微裂缝立即暂停施工，组织有关人员对出现的异常情况进行评价分析，查找原因，根据评价结论采取相应的处理措施。

5.1监控目的：桥梁顶升过程是一个动态过程，随着梁的提升，梁的纵横向偏差等会发生较大变化，梁的支承点的相对变化对梁受力状态将会发生变化。为此要设置一整套监测系统，并要设定必要的预警值和极限值，以便将姿态数据反馈给施工加载过程，更有效地保证顶升施工质量和施工安全。

5.2监控内容：施工监控指桥梁顶升过程中为保证桥梁的整体姿态控制在预期的目标状态内所进行的技术监测，以及施工过程中对各种可能产生的意外不利影响的安全监测。技术监测包括结构的平动、转动和倾斜等。安全监测包括顶升设备故障、顶升支撑系统的安全、气象条件等。施工监控贯穿于顶升全过程中，具体项目如下：

①桥面标高监测；

②梁底面标高监测；

③梁纵横向位移观测；

⑤支撑体系的监测。

5.3监测点布置：

平面位置监测：每个桥墩（桥台）位置沿横向设置三个监测点，中间为中线监测点，两侧为标高监测点。

顶升高度监测：采用精度为0.1mm的拉线位移传感器；传感器安装在板梁与盖梁之间，每个桥墩沿横向在两边放置两个传感器。通过膨胀螺栓连接的方式与梁体及墩柱固定。顶升时进行位移的监测。

5.4桥梁监控精度报警值

报警值为设计文件中对主桥顶升精度控制的极限值，预警值取设计文件中对主桥顶升精度控制的极限值的二分之一作为监控预警。

（1）桥面标高偏差：主桥各支点桥面标高之间的相对误差报警值为±5mm，预警值为±2.5mm。

（2）纵向水平位移偏差：主桥纵向水平位移偏差报警值为±15mm，预警值为±7.5mm。

（3）横向水平位移偏差：主桥横向水平位移偏差报警值为±10mm，预警值为±5mm。

（4）顶升各支点不均匀垂直偏差：主桥顶升各支点的不均匀垂直误差报警值为±10mm，预警值为±5mm。

6结语

既有公跨铁桥面多点同步顶升施工采用钢牛腿为支撑，整个施工过程不影响桥下铁路的正常运营、所需施工空间小、顶升完成后桥面整体结构不产生变化、不重新进行桥面系施工、整体性好、施工简便、适应性强。对顶升高度小于1米的多孔连续桥面同步抬高，具有较强的推广应用价值。