陆孝斌
（ 中铁二十五局集团第二工程有限公司 210034）
摘要：桥梁顶升校正，就是通过PLC液压同步顶升系统控制千斤顶把变形的桥梁梁体顶升进行校正，防止梁体变形影响行车安全。近年来，发生多起因地质灾害引起的桥墩下沉、梁体变形造成轨道线路变形从而影响行车造成事故。桥梁顶升校正施工即使已成为梁体变形病害整治施工中的重难点。本文结合新建铁路云桂线云南段白腊寨2号四线大桥病害整治工程施工现场经验，对既有高速铁路桥梁顶升校正施工过程进行简单的论述。
关键词：桥梁顶升 PLC液压系统 千斤顶 变形
一、工程案例分析
（一）工程概况
该工程位于云南省文山州广南县白腊寨。白腊寨2号四线大桥桥上为四线过渡至三线，道岔区及中间正线采用无砟轨道，站线采用有砟轨道。孔跨布置为：1×24m简支箱梁+1×32简支箱梁+（6×32）m变宽预应力混凝土连续箱梁，全长265.28m；桥高约36m，最大墩高21m。
（二）工程特点
该桥位于董堡-那桑圩断层与甘蔗园1#断层的挟持带，砂岩夹泥页岩岩体破碎，差异风化严重且风化带厚度带，灰岩岩溶强烈发育，断层附近地下水发育且变化大，地质情况极端复杂。勘察揭示地表径流条件改变，地下水位抬升，软弱夹层增厚，地形横坡较陡，具备向下蠕变的条件，上述原因是导致桥墩沉降及水平位移的主要原因。
鉴于桥址区斜坡表层岩土体持续蠕变，会导致桥梁偏移越来越大，病害越来越严重。需分三个阶段对桥梁进行病害整治：3号墩处顶梁、支座加高→3号墩临时支撑体系及基础帮宽加固（施作挖孔桩；施作临时支墩体系；基坑带挡开挖；墩台表面处理及植筋；施作混凝土工程）→调整梁体线型和支座（2#~7#墩竖向、横向顶梁并调整支座；调整梁体线型；落梁就位、轨道精调）。
本次论述主要围绕第一阶段：3号墩处顶梁、支座加高。
二、施工作业
（一）桥梁顶升校正施工工艺流程
施工准备→千斤顶和PLC液压系统校正→修筑便道、拆除桥墩护栏→搭设顶升作业操作平台→支座上座板打磨→设置砂浆找平层→摆放千斤顶及钢垫块→线路封锁、拆除轨道扣→PLC液压系统进行桥梁顶升作业→抄垫、更换上座板→落梁→拆除千斤顶→轨道精调→封锁销记、人员撤离。
（二）施工准备工作
1.方案概述
在墩顶面与梁底之间安装600吨液压千斤顶，拆除支座上座板螺栓，在PLC液压同步系统的控制下，对梁体进行精确整体同步顶升为15mm。为便于上座板更换可以多顶高5mm，但最大总顶升高度不超过20mm，顶升达到拟定高度后，停止加载，进行千斤顶保压。及时安装临时支撑垫块，使梁体平稳支承于临时垫块上。取出支座上座板进行更换（如上座板加工好采用新上座板进行更换；如未加工好采用1.5cm钢板垫进去）；更换完成后落梁至15mm高位置。
对3号墩支座进行顶升前，应选取天窗时间，试拧纵向活动支座（中间两个支座）上座板螺栓。先进行无横向顶推力试拧，若螺栓可顺利拧下，则记录相关情况，螺栓恢复拧紧状态。当无横向顶推力状态无法顺利拧下螺栓时，应进行有横向顶推力试拧，即通过横向千斤顶顶推防落梁，卸载部分支座横向力，然后试拧支座上座板螺栓。横向顶推力应逐级缓慢施加，每级加载稳定后即进行螺栓试拧，直至螺栓顺利拧下或加载达到最大设计值（合计270t）为止，记录相关情况，螺栓恢复拧紧状态。
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图2 3号墩顶梁及支座初调平面布置图
2.竖向顶升和横向顶推千斤顶的选取
梁重约4000t，竖向顶升需采用8个600吨千斤顶；根据梁底距离墩顶距离约为72cm，选取600吨千斤顶的尺寸为顶身长度530mm，底座直径480mm，顶帽360mm，行程为200mm；
横向顶推采用防落梁挡块作为反力支撑，防落梁挡块可承受最大剪力为5744kN，横向顶推需采用4个300吨千斤顶；根据防落梁挡块的高度，选取300吨千斤顶的尺寸为顶身长度280mm，底座直径330mm，顶帽180mm，行程为140mm。
3.顶升反力基础及顶升上部支撑点
利用原桥墩作为竖向顶升千斤顶的反力座基础，墩柱顶面清理干净后采用用砂浆找平并垫700×700×20mm厚钢板作为整体顶升千斤顶的下支撑点。梁底部一般比较平整不需要做过多处理只在梁底处用两块700×700×20mm厚钢板垫平作为整体顶升千斤顶上支撑点。
4.千斤顶上部临时钢垫块
由于梁底距离墩顶距离约为72cm，顶升液压千斤顶总高度为53cm，千斤顶上部空间需用临时钢垫块和钢板进行加垫，钢垫块采用圆形直径120mm，壁厚10mm的无缝钢管两端与700×700×20mm钢板焊制作而成，总高度10cm。加垫钢采用700×700×20mm，700×700×10mm，700×700×5mm。
图3 千斤顶顶面大样图
5.千斤顶的配置
竖向顶升千斤顶及水平千斤顶布置在梁底部，根据桥梁上部的顶升重量布置相应数量的顶升千斤顶，顶升安全储备系数不小于1.6考虑。
6.千斤顶的分组
顶升液压千斤顶分组：根据支座布置位置，竖向顶升时分2个组，每组4个千斤顶；横向顶升时每个墩为1组，每组2个千斤顶，每组设一个位移监控控制点。
7.PLC液压同步顶升控制系统
在传统顶升工艺施工时，由于千斤顶不同步，对梁体施加的应力不同时可能会造成梁体发生位移，或者因梁体的自身荷载不同，千斤顶施加的应力相同时梁上升的高度不一致也会造成极大的安全隐患。采用PLC液压同步顶升控制系统后，千斤顶会根据梁自身荷载的不同相应的调整施加的应力，使梁体能够同步上升。同时根据千斤顶的摆放位置设置相应的位移传感器（同步精度±0.1mm），通过传感器把梁顶升的位移同步反应至系统中，系统将根据梁位移的差及时调整千斤顶应力的输出，从而保证顶升过程中梁受力的均衡，确保顶升时梁自身结构的安全性，该系统在多项桥梁工程中成功运用。
8.同步顶升监测
顶升位移监测采用精度为±0.1mm的拉线位移传感器；位移传感安装在支座两侧位置处，每个支座处安装1个传感器。位移传感器通过膨胀螺栓连接的方式与梁体及盖梁固定，顶升时进行位移的监测。
9.顶升步骤
3号墩位处同时分步分级进行竖向顶升，顶升速度控制在1mm/min，顶升量及顺序见下表：
表1 顶升量及顺序表
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10.顶梁受力区检算情况
（1）局部承压检算
按《铁路桥涵钢筋混凝土结构设计规范》3.1.5条知，当前顶梁设计中局部承压按取β = 2，则对顶帽容许局部承压应力为21.6MPa，对梁体局部承压容许压应力为26.8MPa。当前竖向顶梁单个千斤顶按最大顶推力540t考虑，局部承压面积按0.5m圆形考虑，则均可满足要求。
（2）防落梁挡块承载能力
边墩挡块采用Q235钢材，fv=120MPa，则按《钢结构设计标准》6.1.3条知：
挡块采用M30螺栓共计10颗，按8.8级螺栓考虑，fvb=320MPa，则按《钢结构设计标准》11.4.1 条知：
则 10 颗，共能承担 1795kN 剪力。
主墩挡块采用Q235钢材，fv=120MPa，则按《钢结构设计标准》6.1.3 条知：
挡块采用 M30 螺栓共计16颗，按8.8级螺栓考虑，fvb=320MPa，则按《钢结构设计标准》11.4.1 条知：
则16颗，共能承担2872kN剪力。
主墩每处2个挡块，抗剪承载合计2774kN。挡块加强后可承受 5744kN 剪力。满足要求。
（三）施工过程
1.设备校正：
对千斤顶、PLC液压系统分别进行标定和校正，保证设备的正常使用；
2.便道修筑：
办理完邻近营业线施工安全监督计划后，采用挖掘机（带破碎锤）进入施工场地修筑施工便道，场地平整；
3.拆除既有构筑物：
拆除对施工有影响的既有围栏、护坡等混凝土构筑物，待施工完毕后恢复；
4.搭设顶升施工作业平台：
搭设用于顶升的支架作业平台，作业平台设置在桥墩小里程左侧，宽度按墩顶宽度布置，支架采用φ48×3.5mm的钢管，间距1.2×0.9×0.9m，支架顶设置提升装置，方便设备、材料吊装及工人操作；
5.安全门：
支架搭设完成后，为了防止作业人员通过墩身检查梯爬至线路影响行车。在爬梯通道位置安装间距200×200mm钢筋网门锁紧，钥匙交由工务单位保管，直至施工全部完成后恢复通道；
6.支座检查、清扫杂物：
对支座及梁底进行外观检查，清除杂物；
7.支座上座板打磨：
对支座上板周围混凝土进行打磨，确保上座板露出梁底，并满足上座板更换要求；
8.砂浆找平层：
定出千斤顶摆放位置，并设置砂浆找平层；
9.摆放千斤顶、钢垫块：
摆放千斤顶及钢垫块，对防落梁与支座垫石之间的空隙采用2块不锈钢板限位（不锈钢板间涂抹硅脂油），防止顶升过程中梁体应力的释放及防落梁与支座垫石间的润滑；
10.封锁拆除轨道扣：
在封锁命令下达后，由设备管理单位（昆明南工务段）拆除轨道扣件及垫块，减少桥梁顶升时的应力；
11.桥梁顶升：
轨道扣松完后接到顶升命令对梁体进行竖向顶升，由PLC液压系统控制8台600T千斤顶同时进行竖向顶升，每次顶升2mm后持荷5分钟采用钢垫块加钢板及聚四氟乙烯板抄垫。
梁循环顶升至20mm（梁只需顶升15mm，顶升20mm是为了方便更换支座上座板，更换完成后落至15mm位置）后，取出支座上座板进行更换；
12.落梁：
落梁时由现场顶升总指挥统一指挥，以2mm为一级，逐级缓慢回落，逐级退出，临时支撑垫块，使梁体均匀徐徐落下。梁体下落后应仔细检查支座是否有初始剪切现象和有无悬空现象，如果发生悬空，则重新将梁体同步顶起，在悬空支座下夹垫相应规格钢板。发现有剪切变形现象，则应稍微起后调整，支座安装符合要求后，回收千斤顶，拆除临时支撑，让梁体回落到设计标高，完成支座调整工作；
13.千斤顶拆除：
梁落完后，拆除千斤顶；
14.轨道精调、封锁销号人员撤离：
委托昆明南工务段对轨道进行精调（梁体校正后需对轨道水平方向重新进行调整），精调完毕后确定列车放行条件，然后人员撤离开通线路。
（四）顶升过程注意事项
1.顶升作业时，需要降低启动加速度，让顶升匀速缓慢进行;
2.顶升与上部结构的安全息息相关，各方需要紧密配合；
3.顶升作业时，认真做好记录工作，及时发现数据反映的异常情况；
4.顶升作业时，应加强巡视工作，指定专人观察整体个系统的工作情况。若有异常，直接通知总指挥；
5.在施工过程中，要密切观察结构的变形情况；
（五）顶升过程监控
1.顶升力监控：
安排专人实时监测各千斤顶的实际顶升力报告给设备操作手，当实际顶升力与理论顶升力相差超过10％以上时应及时停机检查分析原因。
2.设备位移监控：
在墩顶支座两侧位置设置位移百分表，安排专人在顶升时对各个百分表数据实时监控并做好相关记录，若发现任意两侧支座处的位移差超过3mm，应报告设备操作手立即停止顶升作业。同时利用同步顶升系统自带的位移监控功能，实时监控各个千斤顶间的顶升位移，各千斤顶间的位移差亦不能超过3mm。
3.人工位移监控：
在墩柱顶处箱梁体两侧各设一个标记点，采用钢尺垂直量测标记点到墩柱顶面之间的距离，并读取初始数据进行记录。顶升过程中复测标记点到墩柱顶面的距离实时掌控顶升位移变化情况。
4.桥面高程监控：
在相应桥面板左右两外侧设置高程观测点，每顶升一个阶段，采用精密水准仪对各点进行高程测量，要求桥面板左右两外侧高程观测点间的竖向位移差不大于2mm，如超出位移差应停止顶升作业并查明原因。
三、结束语
通过这次桥梁顶升校正施工技术研究。有如下总结：
（1）采用PLC液压同步顶升系统，解决了因梁体的自身荷载不同，千斤顶施加的应力相同时梁上升的高度不一致造成极大的安全隐患；
（2）采用PLC液压同步顶升系统，解决了梁体上升过程中不均衡受力造成梁体倾斜；
（3）通过传感器把梁顶升的位移同步反应至系统中，系统将根据梁位移的差及时调整千斤顶应力的输出，从而保证顶升过程中梁受力的均衡，确保顶升时梁自身结构的安全性。
参考文献
《高速铁路桥梁工程施工技术规程》（Q/CR9302-2015） 中国铁道出版社，2015
《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ203-2008） 中国铁道出版社，2008
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《铁路建筑实际限界测量和数据格式》（TB/T3308-2013） 中国铁道出版社，2013