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摘要：既有铁路电气化改造工程中，公铁立交桥原有净空高度出现不能满足接触网架设最小净高要求，必须进行“抬桥”改造。本文以某市公铁立交桥为例，介绍整体顶升工艺在跨铁路桥梁改造中的成功应用。
关键词：整体顶升 桥梁改造 施工工艺
1 工程概况
某城市公路立交桥上跨铁路线，见图1。它全长431.4米,双向4车道。该桥宽16米，桥面净宽15.4米，跨铁路线跨度25米，其余各跨均为20米。既有净高左线6.56米,右线6.41米。由于该铁路线电气化改造，公路立交桥净空现状不能满足通行双层集装箱接触网架设最小净高要求,必须增加净空高度。根据改造方案：采用整体顶升工艺实施桥梁改造。将既有桥梁上跨铁路线处抬高0.49m，桥面抬高大值为0.543m，抬高后桥梁梁底距轨顶最小距离6900mm。
2 施工总体方案
本工程采用顶升盖梁的方法：将顶升着力点设在盖梁底面，在将墩柱切断后，通过顶升盖梁来改变桥面标高，顶升完成后连接并加强墩柱。为满足铁路净空和调坡的要求，全桥共有北4#～南5#共计9个墩需进行墩柱抬高处理，各墩的顶升高度见下表1。
（1）全桥顶升作业分为两个阶段
第一阶段：同时顶升北4#～北2#、南2#～南5#7个等跨墩;图1 某城市公路立交桥
第二阶段：顶升北1#～南1#两个不等跨墩。
表1 顶升高度表
（2)千斤顶布置
根据该公路立交桥竣工图，通过荷载计算南1#、北1#墩的桥面系及上部结构的顶升重量为780吨，其它各墩的顶升重量650吨。采用200吨千斤顶,顶身长度395mm，底座直径475mm，顶帽258mm。千斤顶均配有液压锁，可防止任何形式的系统及管路失压问题，从而保证负载有效支撑。在南1#、北1#墩每个柱周围布置4台千斤顶，即每个盖梁下布置 8台顶升千斤顶，其余各墩每个柱周围布置3台千斤顶，即每个盖梁下布置6台千斤顶。
（3）顶升顺序
盖梁顶升顺序遵循先低后高的原则，即北段由北4#墩向北2#墩进行，南段由南4#墩向南2#墩进行，中段南1#墩和北1#墩同时进行。为缩短工期，北段与南段的6个桥墩也可分别同时进行，并由一台主机集中控制。中段仍单独进行。
（4）监控与限位
每个柱设为一个监控点，则北段、中段、南段可分别划分为6点、4点和6点，每个点设一台监测光栅尺，采用精度为0.01mm的光栅尺。为避免顶升过程中桥梁产生水平位移，在顶升支架与墩柱间设置顶升限位结构。
3 主要施工工序
施工總流程图如图2所示:
图2 施工总流程图
3.1 施工准备
每个桥墩挖土至承台面，用水清洗干净，用墨盒弹线放出植筋孔和钢管螺栓孔的具体位置,然后用金刚钻钻孔。用硫磺水泥砂浆锚固钢管植筋，硫磺水泥砂浆由硫磺、水泥、砂子、石蜡配置而成，其配合比为1：1.2:0.3:0.04。钢管底部位置浇上一层硫磺水泥砂浆，见图2，目的是承台找平和便于支架的拆除。在垫层浇注之前，先在螺栓钢筋周围缠绕一圈电阻丝，目的是顶升完毕后通电熔化硫磺水泥 砂浆，便于在顶升完毕后拆支架钢管。
图2 承台找平与支架锚筋
3.2 支撑体系搭设
根据选用千斤顶、PLC液压同步顶升控制系统等设备情况进行顶升支撑体系的配置。以南段及北段墩柱为例，顶升支撑体系的主体采用12根φ609带法兰钢管作为支撑，钢管根部通过植筋与承台连接，钢管之间通过水平杆和剪刀撑连成整体,钢管与垫块之间设置转换垫块，转换垫块上下通过螺栓分别与顶升垫块和钢管相连。盖梁底部沿纵向设置分配梁，分配梁通过植筋与盖梁连接，千斤顶通过螺栓悬吊于分配梁上，在顶升过程中随着盖梁的上升而上升（见图3、4）。
在立柱外侧的扁担梁与盖梁底面有个斜角，须用钢大头塞抄垫，钢大头塞与盖梁底及扁担梁顶面用干砂浆找平，并焊接在扁担梁上。钢大头塞的具体位置根据现场情况布置，须与上下两侧紧密连接，以防止盖梁混凝土的结构破坏。
为限制墩柱及盖梁在顶升过程中产生水平偏移，通过以φ609钢管为主的支撑体系设
图3 支架示意图
置限位结构，限位结构与墩柱之间预留约5mm的空隙使桥梁能够自由上升,并限制桥梁在纵横方向的偏移不能超过5mm。结构限位能够确保水平偏移量在允许的范围之内，并能保证顶升的安全，具有重要的作用。
3.3 桥面连续拆除
顶升前拆除桥面沥青混凝土铺装，断开桥面连续结构及附属如：防撞墙、防撞栏杆、电缆等。
3.4 柱切割
对立柱进行静力切割，以减小对结构的破坏，采用瑞士进口的钻石金刚链切割机对立柱进行切割。这种切割方法具有体积轻巧、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。柱切割位置一般在承台以上0.5米处。切割顺序由低到高，与顶升的顺序保持一致，即北段由北向南，南段由南向北。只有当支架搭设完毕并对墩柱进行固定且顶升千斤顶对盖梁进行预顶紧后方可进行切割。
3.5 顶升
为保证顶升结构的安全，就要严格要求顶升千斤顶的顶升同步性。本工程采用PLC控制液压同步顶升系统。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。液压系统由计算机控制，可以全自动完成同步位移，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。
3.5.1 顶升准备
顶升前在每跨的桥面上布置若干标高观测点，精确测量各点的标高值及桥梁偏移情况，确定各点的精确顶升高度，并做好如下准备工作：
（1）顶升系统可靠性检验
（2）顶升液压系统布置
（3）顶升系统调试
(4) 确定观测点
在每个桥墩的冒梁顶面上取7个监测点，两点在冒梁两端，一点在跨中，另外4点在千斤顶支撑处。用于检测顶升过程中桥梁的标高及结构变位。
（5）顶升控制区域划分及液压系统布置
以南北顶升段为例，如图5所示，控制区域划分为6个区域。控制点的划分原则为顶升过程安全可靠，特别着重同步性和桥体的姿态控制。每个控制区域设置一个光栅尺控制位移的同步性，根据桥梁的结构，位移同步精度控制在2mm。6个位移传感器与中央控制器相连形成位移的闭环控制从而实现顶升过程中位移的精确控制。光栅尺尺于立柱截断面下端。光栅尺量程为1200mm。图5 控制点划分示意图
3.5.2 顶升过程
按PLC系统的流程设计进行全桥的顶升作业：
（1）单个千斤顶的设计顶力：不等跨墩1220KN、等跨墩1020KN。千斤顶的最大顶力不得超过1300KN。
（2）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。
（3）试顶升后，观察若无问题，便进行正式顶升，千斤顶最大行程为140mm，每一顶升标准行程为100mm，最大顶升速度10mm/min。
（4）在对北1＃、南1＃进行顶升作业时，应在既有公路 图6 主跨顶升
桥墩靠近铁路侧搭建万能杆件临时支墩，以保证铁路运营安全的万无一失。同时挂防护网，防止高空坠物干扰铁路行车，见图6。
（5）顶升过程控制
整个顶升过程应保持光栅尺的位置同步误差小于2mm，一旦位置误差大于2 mm或任何一缸的压力误差大于 5%，控制系统立即关闭液控单向阀，以确保梁体安全。
每一轮顶升完成后，对计算机显示的各油缸的位移
和千斤顶的压力情况，随时整理分析，如有异常，及时处理。 图7 顶升到位
顶升并固定完成后，测量各标高观测点的标高值，计算各观测点的抬升高度，作为工程竣工验收资料。
3.6 立柱加高加固
顶升施工完成后,即可进行立柱加固工作，为了使立柱在连接后有更好的受力状态，采取在原立柱四周外侧种植竖向钢筋（如图8）。
(l)在立柱实施加高前首先对上下截断面各凿除30cm左右高度的砼,并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,不得留图8 立柱植筋
有灰尘和杂物。
(2)钢筋施工
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加箍箍筋。竖向加固主筋与立柱两端露出部分的主筋采用双面电焊,并在原立柱外侧承台上种植竖向钢筋,植筋应采用专用的植筋胶，按植筋标准施工。
A、露筋:去除上下两面立柱段混凝土，使主筋露出主筋直径的6倍左右长度；
B、接筋:采用焊接的方法使主筋对焊,搭接双面焊长度不小于主筋直径的10倍,并进行检验；
C、植筋:在承台上钻孔植筋,按专业标准要求施工。
(3)模板設置
本工程接柱部位，采用加大截面尺寸，并在承台上植筋，增加墩柱竖向主筋等措施对立柱进行补强，以满足桥墩升高后的承载力要求，接柱截面边长每侧均大于原立柱截面边长300mm。钢模板按设计制作，其底部直接就位于承台顶面，与承台接触处应以砂浆填塞以防漏浆。
(4)混凝土浇筑
加高立柱混凝土采用C30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,确保所浇捣的每层砼的密实性。混凝土浇注前应注意保证上下截断面之间必须大于10cm的间隙。（抬高量不足的南5＃、北＃号墩可适当超凿部分墩柱。）
3.7 桥面设施的恢复
比照既有公路桥的原有设施进行恢复施工。标准厚度的桥面铺装按从下而上依次为：8cm的C35 钢筋混凝图9 墩柱恢复后
土整体化层，0.2cm的聚氯脂防水层和5cm的沥青混凝土铺装层，桥上每跨内竖曲线由不同的沥青混凝土层后进行调整。
3.8 支撑体系和液压系统拆除
立柱接高加固工作完成达到强度后,即可进行液压系统和支撑体系的拆除。
（l）拆除液压系统的管路及其它附件,拆卸千斤顶并移走;
（2）按从上到下的次序拆除整个支撑体系，严格按照安全操作。
4 结束语
桥梁整体顶升技术的成功应用对于在保持桥梁上部结构完整性的同时，抬升桥梁来满足净空要求具有非常重要的意义。它不仅避免了拆除原桥重建新桥,减少资源浪费,并最大限度地减少施工对铁路运营、周边交通及环境的影响,缩短工期,产生了良好的社会效益与经济效益，有着广泛的应用前景。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：整体顶升 桥梁改造 施工工艺
1 工程概况
某城市公路立交桥上跨铁路线，见图1。它全长431.4米,双向4车道。该桥宽16米，桥面净宽15.4米，跨铁路线跨度25米，其余各跨均为20米。既有净高左线6.56米,右线6.41米。由于该铁路线电气化改造，公路立交桥净空现状不能满足通行双层集装箱接触网架设最小净高要求,必须增加净空高度。根据改造方案：采用整体顶升工艺实施桥梁改造。将既有桥梁上跨铁路线处抬高0.49m，桥面抬高大值为0.543m，抬高后桥梁梁底距轨顶最小距离6900mm。
2 施工总体方案
本工程采用顶升盖梁的方法：将顶升着力点设在盖梁底面，在将墩柱切断后，通过顶升盖梁来改变桥面标高，顶升完成后连接并加强墩柱。为满足铁路净空和调坡的要求，全桥共有北4#～南5#共计9个墩需进行墩柱抬高处理，各墩的顶升高度见下表1。
（1）全桥顶升作业分为两个阶段
第一阶段：同时顶升北4#～北2#、南2#～南5#7个等跨墩;图1 某城市公路立交桥
第二阶段：顶升北1#～南1#两个不等跨墩。
表1 顶升高度表
（2)千斤顶布置
根据该公路立交桥竣工图，通过荷载计算南1#、北1#墩的桥面系及上部结构的顶升重量为780吨，其它各墩的顶升重量650吨。采用200吨千斤顶,顶身长度395mm，底座直径475mm，顶帽258mm。千斤顶均配有液压锁，可防止任何形式的系统及管路失压问题，从而保证负载有效支撑。在南1#、北1#墩每个柱周围布置4台千斤顶，即每个盖梁下布置 8台顶升千斤顶，其余各墩每个柱周围布置3台千斤顶，即每个盖梁下布置6台千斤顶。
（3）顶升顺序
盖梁顶升顺序遵循先低后高的原则，即北段由北4#墩向北2#墩进行，南段由南4#墩向南2#墩进行，中段南1#墩和北1#墩同时进行。为缩短工期，北段与南段的6个桥墩也可分别同时进行，并由一台主机集中控制。中段仍单独进行。
（4）监控与限位
每个柱设为一个监控点，则北段、中段、南段可分别划分为6点、4点和6点，每个点设一台监测光栅尺，采用精度为0.01mm的光栅尺。为避免顶升过程中桥梁产生水平位移，在顶升支架与墩柱间设置顶升限位结构。
3 主要施工工序
施工總流程图如图2所示:
图2 施工总流程图
3.1 施工准备
每个桥墩挖土至承台面，用水清洗干净，用墨盒弹线放出植筋孔和钢管螺栓孔的具体位置,然后用金刚钻钻孔。用硫磺水泥砂浆锚固钢管植筋，硫磺水泥砂浆由硫磺、水泥、砂子、石蜡配置而成，其配合比为1：1.2:0.3:0.04。钢管底部位置浇上一层硫磺水泥砂浆，见图2，目的是承台找平和便于支架的拆除。在垫层浇注之前，先在螺栓钢筋周围缠绕一圈电阻丝，目的是顶升完毕后通电熔化硫磺水泥 砂浆，便于在顶升完毕后拆支架钢管。
图2 承台找平与支架锚筋
3.2 支撑体系搭设
根据选用千斤顶、PLC液压同步顶升控制系统等设备情况进行顶升支撑体系的配置。以南段及北段墩柱为例，顶升支撑体系的主体采用12根φ609带法兰钢管作为支撑，钢管根部通过植筋与承台连接，钢管之间通过水平杆和剪刀撑连成整体,钢管与垫块之间设置转换垫块，转换垫块上下通过螺栓分别与顶升垫块和钢管相连。盖梁底部沿纵向设置分配梁，分配梁通过植筋与盖梁连接，千斤顶通过螺栓悬吊于分配梁上，在顶升过程中随着盖梁的上升而上升（见图3、4）。
在立柱外侧的扁担梁与盖梁底面有个斜角，须用钢大头塞抄垫，钢大头塞与盖梁底及扁担梁顶面用干砂浆找平，并焊接在扁担梁上。钢大头塞的具体位置根据现场情况布置，须与上下两侧紧密连接，以防止盖梁混凝土的结构破坏。
为限制墩柱及盖梁在顶升过程中产生水平偏移，通过以φ609钢管为主的支撑体系设
图3 支架示意图
置限位结构，限位结构与墩柱之间预留约5mm的空隙使桥梁能够自由上升,并限制桥梁在纵横方向的偏移不能超过5mm。结构限位能够确保水平偏移量在允许的范围之内，并能保证顶升的安全，具有重要的作用。
3.3 桥面连续拆除
顶升前拆除桥面沥青混凝土铺装，断开桥面连续结构及附属如：防撞墙、防撞栏杆、电缆等。
3.4 柱切割
对立柱进行静力切割，以减小对结构的破坏，采用瑞士进口的钻石金刚链切割机对立柱进行切割。这种切割方法具有体积轻巧、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。柱切割位置一般在承台以上0.5米处。切割顺序由低到高，与顶升的顺序保持一致，即北段由北向南，南段由南向北。只有当支架搭设完毕并对墩柱进行固定且顶升千斤顶对盖梁进行预顶紧后方可进行切割。
3.5 顶升
为保证顶升结构的安全，就要严格要求顶升千斤顶的顶升同步性。本工程采用PLC控制液压同步顶升系统。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。液压系统由计算机控制，可以全自动完成同步位移，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。
3.5.1 顶升准备
顶升前在每跨的桥面上布置若干标高观测点，精确测量各点的标高值及桥梁偏移情况，确定各点的精确顶升高度，并做好如下准备工作：
（1）顶升系统可靠性检验
（2）顶升液压系统布置
（3）顶升系统调试
(4) 确定观测点
在每个桥墩的冒梁顶面上取7个监测点，两点在冒梁两端，一点在跨中，另外4点在千斤顶支撑处。用于检测顶升过程中桥梁的标高及结构变位。
（5）顶升控制区域划分及液压系统布置
以南北顶升段为例，如图5所示，控制区域划分为6个区域。控制点的划分原则为顶升过程安全可靠，特别着重同步性和桥体的姿态控制。每个控制区域设置一个光栅尺控制位移的同步性，根据桥梁的结构，位移同步精度控制在2mm。6个位移传感器与中央控制器相连形成位移的闭环控制从而实现顶升过程中位移的精确控制。光栅尺尺于立柱截断面下端。光栅尺量程为1200mm。图5 控制点划分示意图
3.5.2 顶升过程
按PLC系统的流程设计进行全桥的顶升作业：
（1）单个千斤顶的设计顶力：不等跨墩1220KN、等跨墩1020KN。千斤顶的最大顶力不得超过1300KN。
（2）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。
（3）试顶升后，观察若无问题，便进行正式顶升，千斤顶最大行程为140mm，每一顶升标准行程为100mm，最大顶升速度10mm/min。
（4）在对北1＃、南1＃进行顶升作业时，应在既有公路 图6 主跨顶升
桥墩靠近铁路侧搭建万能杆件临时支墩，以保证铁路运营安全的万无一失。同时挂防护网，防止高空坠物干扰铁路行车，见图6。
（5）顶升过程控制
整个顶升过程应保持光栅尺的位置同步误差小于2mm，一旦位置误差大于2 mm或任何一缸的压力误差大于 5%，控制系统立即关闭液控单向阀，以确保梁体安全。
每一轮顶升完成后，对计算机显示的各油缸的位移
和千斤顶的压力情况，随时整理分析，如有异常，及时处理。 图7 顶升到位
顶升并固定完成后，测量各标高观测点的标高值，计算各观测点的抬升高度，作为工程竣工验收资料。
3.6 立柱加高加固
顶升施工完成后,即可进行立柱加固工作，为了使立柱在连接后有更好的受力状态，采取在原立柱四周外侧种植竖向钢筋（如图8）。
(l)在立柱实施加高前首先对上下截断面各凿除30cm左右高度的砼,并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,不得留图8 立柱植筋
有灰尘和杂物。
(2)钢筋施工
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加箍箍筋。竖向加固主筋与立柱两端露出部分的主筋采用双面电焊,并在原立柱外侧承台上种植竖向钢筋,植筋应采用专用的植筋胶，按植筋标准施工。
A、露筋:去除上下两面立柱段混凝土，使主筋露出主筋直径的6倍左右长度；
B、接筋:采用焊接的方法使主筋对焊,搭接双面焊长度不小于主筋直径的10倍,并进行检验；
C、植筋:在承台上钻孔植筋,按专业标准要求施工。
(3)模板設置
本工程接柱部位，采用加大截面尺寸，并在承台上植筋，增加墩柱竖向主筋等措施对立柱进行补强，以满足桥墩升高后的承载力要求，接柱截面边长每侧均大于原立柱截面边长300mm。钢模板按设计制作，其底部直接就位于承台顶面，与承台接触处应以砂浆填塞以防漏浆。
(4)混凝土浇筑
加高立柱混凝土采用C30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,确保所浇捣的每层砼的密实性。混凝土浇注前应注意保证上下截断面之间必须大于10cm的间隙。（抬高量不足的南5＃、北＃号墩可适当超凿部分墩柱。）
3.7 桥面设施的恢复
比照既有公路桥的原有设施进行恢复施工。标准厚度的桥面铺装按从下而上依次为：8cm的C35 钢筋混凝图9 墩柱恢复后
土整体化层，0.2cm的聚氯脂防水层和5cm的沥青混凝土铺装层，桥上每跨内竖曲线由不同的沥青混凝土层后进行调整。
3.8 支撑体系和液压系统拆除
立柱接高加固工作完成达到强度后,即可进行液压系统和支撑体系的拆除。
（l）拆除液压系统的管路及其它附件,拆卸千斤顶并移走;
（2）按从上到下的次序拆除整个支撑体系，严格按照安全操作。
4 结束语
桥梁整体顶升技术的成功应用对于在保持桥梁上部结构完整性的同时，抬升桥梁来满足净空要求具有非常重要的意义。它不仅避免了拆除原桥重建新桥,减少资源浪费,并最大限度地减少施工对铁路运营、周边交通及环境的影响,缩短工期,产生了良好的社会效益与经济效益，有着广泛的应用前景。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。