摘要：结合福州市地铁二号线五里亭立交桥桩基托换工程实例，依据现场的施工环境及地质水文条件，针对同步顶升方案、实施效果进行分析、并验证桥梁托换中同步顶升的可行性，总结对应的控制要点。
关键词：桥梁；托换；同步顶升
1引言
近年来，随着我国城市基础设施建设的不断发展，地铁轨道交通有了快速发展的趋势，但随着城市地下空间的日益开发和利用，在原有城市规划的约束下，新建地铁线路穿越既有桥梁结构经常发生，现有结构的桥梁和桩被安全有效地取代，是保证既有构筑物的安全及地铁区间线路顺利实施的有效工程技术手段。
福州地铁二号线紫阳站—五里亭站区间盾构受五里亭立交桥既有桩基础影响，采用同步顶升对影响区间盾构掘进的3个桥梁墩身进行托换处理，在顶升过程中能够有效的保障既有桥梁安全质量，并拔出障碍桩基础。
2工程概况
福州轨道交通 2 号线紫阳站～五里亭站区间范围内，五里亭立交桥墩桩基侵入隧道范围，为避让五里亭立交隧道左右线分开。区间右线需穿越五里亭立交 D 匝道桥桥墩，D 匝道托换的桥墩所在上部结构为 3x15.75m 钢筋砼连续箱梁，桥墩下部结构为薄壁墩配承台预制方桩基础。区间左线需分别穿越五里亭立交 E 匝道2座桥墩，E 匝道托换的桥墩所在上部结构为 7孔不等跨异性钢筋砼连续箱梁。
图1：五里亭立交桥桥梁桩基托换示意图
3 方案思路
3.1托换原理及方案选择
托换是利用新的受力体系取代现有的体系。根据新荷载体系荷载作用的不同，托换技术可分为主动托换技术和被动托换技术。桥梁桩基的主动托换技术是在原桩被切断前加载新的力系，减小一个新的受力力系的变形，因此，可让托换后的变形控制在最小的范围内；被动托换是在原荷载上传递到一个新的受力体系上。
考虑到施工区域的周边环境情况，确保既有五里亭立交桥的安全，设计采用主动方式，利用临时支撑体系对既有桥墩进行同步顶升实现体系的转换。
3.2托换方案简述
在区间隧道外新建桩基及承台，对障碍桥梁桩基进行托换，利用搭设于新建承台上临时支撑体系实现体系转换，拆除原有桥梁下部结构，拔除障碍桩基，原状恢复下部结构（含承台后浇段），拆除临时支撑体系，完成整个托换施工。
表1 桥梁托换施工流程
4同步顶升设备
4.1主要设备控制系统
PLC同步顶升控制系统由液压系统、位移数字显示传感器、力传感器、供油管路、液压千斤顶等组成，力与位移控制的实现，操作闭锁，过程显示。通过对气缸的特殊处理，千斤顶独特的支撑设计能够承受气缸承载力10%的侧向载荷。
4.2位移控制及设定
对于桥梁现状，相对位移极限设计为6mm。
4.3千斤顶布置
千斤顶采用yzl150-100自锁式千斤顶，行程10cm，最大吨位150t。每个桥墩采用4个千斤顶顶升，千斤顶支撑于桥梁斜腹板处，与箱梁间设置橡胶垫。
图5 同步顶升千斤顶及临时支座布置示意图
5同步顶升体系转换工序
5.1同步顶升体系转换流程
整个顶升体系转换过程为：同步顶升至主梁脱空——利用自锁式千斤顶支撑梁体——安装临时橡胶支座（安全备用支撑）——既有桥梁下部拆除——拔桩——新建桥梁下部结构——安装永久支座——拆除临时支座——千斤顶卸载——完成受力体系转换。
5.2顶升
顶升装置测试顶部荷载合格后，千斤顶必须根据同步顶升的设计进度、横梁抬升速度控制在1mm为约3min，同步观测高度和千斤顶加载的顶升力，双控制的实现。根据抬升吨位的设计，是否通过接线图连接线路，逐一检查，确认误差可进行操作。
5.3称重预压
打开电源，启动系统开始抬升，并通过油缸停止对千斤顶的施压，通过压力传感器测量压力表数据确定各千斤顶的受力情况，根据记录的结果，通过控制器设置，调整不同的千斤顶的位移数据。顶升受压力和位移控制，主要受压力控制。它分为三个阶段。每个预顶，对临时支撑体系的沉降、刚性变形进行查看和记录，并对千斤顶的传力构件和荷载情况进行逐一查看，如有问题立刻调整，再重复上一步操作。直到既有支座不再受桥梁荷载力，既有桥梁结构处于悬空状态，停止顶升，根据千斤顶所受荷载力，来确定顶升液压力。
5.4顶升
根据称重结果确定准确的抬升吨位并确定千斤顶的数量和吨位。确定支撑体系及顶升系统可靠无异常。操作结束后，启动油泵，由控制器和换向阀调节千斤顶，使千斤顶再次缓慢上升。
为消减新建桩基承台托换的变形及临时支撑体系节点连接性能，需对托换系统分级施加顶升荷载力，通过对监测数据的分析，托换桩支撑千斤顶同步分10级加载，每级加持荷载10分钟，顶升力达到要求后持压不低于30分钟，并紧固钢楔，监测临时支撑系统组件。当顶升施工完成监测数据反映了托换系统的稳定之后，将桥梁下落至临时支座上，可取出既有支座。
5.5安装临时支座
千斤顶顶升完成后，关闭千斤顶油压并锁上阀门。安装D400×69橡胶临时支座。在放置支座之前，需重新对支座位置进行确定，以确保更换支座的正确位置。
5.6回落
安装新的永久支座时，控制顶升系统逐渐下降，落梁控制与顶升控制相同。
打开千斤顶，锁定阀门，回落桥梁至新支座上。仔细检查新垫石和支座。确保压力紧，位置正确。拆除系统。
永久支座安装时需考虑支座的弹性压缩，安装前再次顶升1-2mm（累计抬升量在限值内），放入永久支座，再同步回落。
6同步顶升过程监控
同步顶升施工前有必要把桥和相应的上部和下部结构进行全面的检测，了解桥梁结构的现状，避免现有问题，增加顶升施工风险。在施工后需要进行全面的检测，与顶升施工前进行比较，以判定同步顶升是否对桥梁结构形成损坏。
桥梁的同步顶升需要逐级完成。因此，对桥梁顶升过程中的整体轨迹、整体姿态和结构应力进行实时监测，对桥梁结构的安全性至关重要。监测内容包括桥梁的整体姿态、位移和结构应力，在顶升、落梁全过程中进行监测工作。
根据现有的立交桥的结构特点，主要监测内容：
（1）主梁在顶起点的竖向及竖向及水平位移，主膜端部的应力，横隔板的顶部，桥底及桥面的应力；
（2）梁肋垂直裂缝病及梁端斜裂缝的发展；
（3）指派专门人员检查伸缩缝及桥面铺装，以及伸缩缝的伸缩变形。顶梁截面对桥梁其它部位的影响
（4）对于既有的桥梁，顶升施工势必影响整个工程。在同步起升过程中，特别是横梁在顶升过程中的抬升，必然会对节点产生影响。因此，在顶升之前，有必要详细调查，以确保建筑工程和结构的安全性。
（5）顶进过程中，对既有桩基、托换桩、高架桥的沉降监测，托换梁形变、裂缝发展监测。
（6）正常情况下监测的频率：2次/天；在顶升过程中的4次；特殊条件下的连续监测。在第一周，监测频率为每天一次，第二周每两天一次，直到稳定的，监测数据及时反馈。
7效果分析
根据五里亭立交桥临时支撑体系安全情况、同步顶升体系转换效果及监测数据进行分析如下：
表3 墩倾斜测点监测情况
表6 墩底沉降测点
在信息化施工系统的监测数据反馈下，通过同步顶升对既有桥梁桩基进行体系转换，桥梁回落后，对既有桥梁的影响很小，保证了既有桥梁的安全质量。
8总结
在五里亭立交桥桩基托换施工中，同步顶进施工方法能有效保证既有桥梁结构安全。在五里亭立交桥桥梁桩基托换工程施工中，采用同步顶升的施工方法，能有效保证既有桥梁结构安全。同步顶升的安全运用监控量测的指导是关键，同时，通过本次五里亭立交桥桥梁桩基托换工程，证明了同步顶升在桥梁桩基托换施工的实施性，可作为类似工程的参考，可有效的控制既有箱梁的变形，最大限度的减小了对既有桥梁的安全质量影响。
参考文献
[1]卜建清 孙宁等.桩基主动托换技术进展【J】.铁道建筑.2009年04期
[2]戴旗元 戴宝英.桩基托换安全技术【J】.建筑安全.2006年01期
[3]孟庆军.成都地铁河中桥梁桩基托换施工技术【J】.隧道建设.2011年01期
[4]李小波 李国雄.广州地铁楼房桩基托换工程技术总结【J】.广东土木与建筑1999年03期
[5]陈卫东.同步顶升技术在深圳地铁桥梁支座病害整改中的应用.工程技术.2016年06期
[6]李洪庆.桩基托换技术在广州地铁工程中的应用.城市轨道交通研究.2016年08期
论文作者:孙凡皓,吴文亮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/26
标签：桥梁论文; 桩基论文; 千斤顶论文; 支座论文; 体系论文; 结构论文; 荷载论文; 《建筑学研究前沿》2017年第28期论文;