断柱整体同步顶升技术在旧桥改造施工中的应用
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摘要：随着社会的不断发展，一些老桥、旧桥已不能满足城市交通发展要求，正是如此，对既有且仍有使用价值的旧桥进行改造技术已经开始普遍采用。本文结合实例，对桥梁断柱整体顶升技术进行介绍，该方法经济、安全、节能环保、施工简便、不影响桥面整体结构。可为以后类似工程施工提供参考。
中图分类号：THl37 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2014）01（b）-0000-00
1概述
由于我国现有城市内桥梁多建于上世纪九十年代中后期，基于当时的车流量、城市发展规划，尤其是城市建设的投资力度，桥梁设计等级、线性以及线路纵坡设计都普遍偏低，并且由于桥梁沉降、通航等级提高、下穿道路等级提高、路线改造等引起桥下净空不足，桥梁使用功能便不能满足要求。如果仅因为线形不满足、桥下净空不足要求就拆除重建，也会造成巨大的浪费。为了满足城市道路快速建设、快速通车，避免道路拥堵、减少重复投资，桥梁顶升技术也就应用而生。
顶升技术是指在桥下各墩柱上设置顶升千斤顶，或者在墩柱周围设置临时支撑墩，然后在临时支承墩顶设置千斤顶，通过千斤顶同步施力将桥梁缓慢、平稳、同步垂直升高的施工技术。顶升技术有施工方便，造价低，安全可靠，动力充足，承载力大，容易控制等优点，可广泛应用于各类结构升高施工工程中。下面以无锡市某跨线桥顶升改造为例进行桥梁顶升技术的探讨。
2工程概况
该跨线桥为预应力空心板简支梁，全长305m，于2005年建成。为了满足城市发展需要，本次新建桥梁需要与该跨线桥对接，所以需要对跨线桥进行整体抬升改造，本次改造的范围为0#桥台～5#桥墩，共5跨空心板结构，长度为125m，对其中的4跨采用断柱同步整体反坡顶升改造，对1跨进行支座更换加高。
3顶升原理
顶升的目的是利用液压千斤顶对结构物施加作用力，在作用力和固定导向装置的共同作用下，结构物的位置或形态发生可控的变化。在桥梁结构顶升施工中一般是利用PLC控制液压同步控制系统来控制液压千斤顶的工作状态，采用顶升工艺可以改变现有桥梁结构的高度，实现与其他结构相接或调整改变纵坡、横坡等。桥梁顶升系统是整个顶升工艺的核心部分，目前采用的多为PLC系统，由PLC液压整体同步控制系统（油泵、油缸等）、监测传感器、计算机控制系统等部分组成。
4顶升工艺流程
施工准备 支撑体系安装 控制系统安装 液压、随动限位系统安装 立柱切割 称重 试顶升 正式顶升 柱连接 支撑、液压系统拆除 现场清理。
（1）施工准备：安装顶升的反力基础，反力基础可以使用时上部结构荷载不再通过支座将反力传到下部结构，而是由千斤顶作用于临时支撑后传到基础结构。顶升施工尽量利用原有承台（或桥台）作为顶升时的反力基础。对于基础埋深较浅的，在原基础上植筋后浇筑混凝土，作为顶升的基础；对于基础埋深较深或没有承台结构时，则考虑采用下抱柱梁、牛腿或临时加固处理后的地基作为上部结构的顶升反力基础。再将墩柱切断后，通过整体顶升来改变桥面标高，顶升完成后连接并补强、修复加固墩柱及桥台，拆除限位装置，修复桥面系，调整支座等构件达到设计要求。本工程采用原有承台（或桥台）作为顶升时的反力基础。
（2）支撑体系安装：支撑体系由支撑杆、临时垫块以及连系杆等组成。顶升支撑的主体多采用强度、刚度、稳定性较好的型钢框架结构，框架立柱多采用大直径钢管支撑，千斤顶和随动装置放在支撑钢管上面。钢管上下两端焊接厚为20mm的法兰，侧面焊有连接用构件。每根钢管支撑下部通过植入M28锚栓与基础连接。上下两节钢管支撑间通过螺栓连接，整个钢支撑体系通过角钢作为水平连系杆及剪刀撑连成一个格构柱，形成面内稳定体系。
（3）控制系统安装：本工程顶升控制系统采用PLC液压同步顶升控制系统，该系统已在多项顶升工程中成功运用PLC控制液压同步系统由液压系统（油泵、油缸等）、检测传感器、计算机控制系统等几个部分组成。液压系统由计算机控制，可以全自动完成同步移位，实现力和位移控制、操作闭锁、过程显示、故障报警等多种功能。
（4） 液压、随动系统安装：随动装置由带螺纹的支撑柱、底座和带动电机组成，千斤顶顶升桥梁后，支撑柱与支撑体系间产生间隙，电机自动启动带动支撑柱伸出，使支撑柱密贴支撑体系，使之起到消除顶升时因千斤顶失效而出现任何安全隐患的作用。
（5）立柱切割：采用新型无震动直线切割设备对立柱进行切割。该设备是通过导轮控制方向和切割速度，利用金刚石串珠绳高速摩擦要拆除的钢筋混凝土进行切割分离，是目前最先进的混凝土结构切割分离技术。传统的建筑改造或局部拆除所采用的方法一般是用剔、凿和水钻钻孔等方法。传统方法分离的钢筋混凝土结构不但无法实现整齐分离截面，而且对后续的加固施工造成一定的困难。利用绳锯等专业切割设备可真正实现整齐分离、无损切割，大大提高施工效率，缩短施工工期。这种切割设备具有体积轻巧、切割能力强的特点。切割采用水冷却，无粉尘噪音污染，切口平顺等优点。
（6）称重：为保证顶升过程的同步进行，在顶升前应测定每个顶升点处的实际荷载。称重时依据计算顶升荷载，采用逐级加载的方式进行，在一定的顶升高度内（1～10mm），通过反复调整各组的油压，可以设定一组顶升油压值，使每个顶点的顶升压力与其上部荷载基本平衡。为观察顶升处是否脱离，需用百分表测定其行程。将每点的实测值与理论计算值比较，计算其差异量，由液压工程师和结构工程师共同分析原因，最终由领导组确定该点实测值能否作为顶升时的基准值。如差异较大，将作相应调整。
（7）试顶升：为了观察和考核整个顶升施工系统的工作状态以及对称重结果的校核，在正式顶升之前，应进行试顶升，试顶升高度10mm。试顶升结束后，提供整体姿态、结构位移等情况，为正式顶升提供依据。
（8）顶升：根据设计要求及施工方案，正式顶升过程控制程序按照以下步骤进行，整个过程要做好详细记录。
操作：按预设荷载进行加载和顶升；
观察：各个观察点应及时反映测量情况。
测量：各个测量点应认真做好测量工作，及时反映测量数据；
校核：数据报送至现场领导组，比较实测数据与理论数据的差异；
分析：若有数据偏差，有关各方应认真分析并及时进行调整。
决策：认可当前工作状态，并决策下一步操作。
（9）立柱连接：顶升施工完成后，即可进行立柱连接工作。首先将立柱新老砼结合部分进行表面凿毛处理，以利于新老砼的连接。砼凿除后须用水清洗，不得留有灰尘和杂物。其次根据设计图纸，立柱加高部分采用与原立柱同规格等数量的竖向主筋和箍筋。竖向主筋与立柱两端露出部分的主筋连接。模板的制作采用两节的钢模，以方便施工和减少出现横向拼缝。两片模板表面高差应小于1mm，表面平整度小于2mm，缝宽小1mm（采用企口缝）。脱模剂涂刷均匀，无局部堆积现象，再用干布或海棉擦干。最后浇筑连接柱混凝土。为保证混凝土匀质密实，连接立柱的混凝土采用微膨胀混凝土，在砼浇筑过程中应缓慢放料，并分层浇捣密实。通过总的砼用量，推算出浇筑砼的高度，每隔30cm左右为一层， 振动棒振动中应采用快插慢拔使气泡充分逸出， 立柱砼强度达到设计强度的50%时可拆除模板。新浇筑立柱在砼终凝后即可开始养护，养护时间至少延续7天，脱膜后采用塑料薄膜包裹。
（10）支撑液压系统拆除：立柱混凝土完成达到设计强度后，即可进行液压系统和支撑体系的拆除。拆除液压系统的管路及其它附件，拆卸千斤顶并移走；按从上到下的次序拆除整个支撑体系，严格按照安全操作规程施工。
（11）现场清理：所有梁体顶升完成后，对原桥面凿除部位清洗干净，绑扎钢筋，对原桥面伸缩缝恢复原样。
5顶升过程控制措施
5.1保持支撑稳定性的方法
本工程桥梁顶升高度较高，施工中所用钢支撑高度较高，容易失稳。为保证钢支撑的稳定性，每个盖梁顶升支撑的主体采用16根精加工Φ609×16mm钢管作为支撑杆。钢管上下两端焊接厚为20mm的法兰，侧面焊有连接用构件。每根钢管支撑下部通过植入M28锚栓与原承台连接。上下两节钢管支撑间通过螺栓连接，整个钢支撑体系通过角钢作为水平连系杆及剪刀撑连成一个格构柱，形成水平稳定体系，确保施工安全。
5.2梁长度变化的调整方法
该跨线桥施工中每跨梁体在进行变坡时，梁体在水平面的投影长度会发生变化第3、4、5孔梁在变坡过程中坡度变小，梁体在水平面的投影变长；而第2孔在顶升时经历一个反坡顶升过程，梁体在水平面的投影先伸长后缩短。
5.3千斤顶失效时确保顶升梁体的安全措施
安装随动支撑机构的目的是确保万无一失的安全措施，在临时支撑上面安装该支撑机构，并固定好。千斤顶伸长一定量时，随动支撑就会随之伸长0.2mm，即使当千斤顶系统出现意外失效时，梁体在下降0.2mm后，在该机构上获得有效支撑，从而确保结构安全。
6结语
本技术已成功应用于无锡市某跨线桥改造施工，顶升过程控制效果良好，实现了主梁顶升并固定完成后，盖梁纵向位移、承台沉降、桥面标高、盖梁底标高、盖梁纵向位移、桥面中间的位置等检测值均在警戒值范围之内的目标，施工中对环境影响很小，可为以后类似工程提供借鉴。