整體頂升技術(shù)在連續(xù)曲線梁橋糾偏中的應(yīng)用

王蘊(yùn)華

（河北港口集團(tuán)有限公司，河北 秦皇島 066000）

0 引言

某地進(jìn)港立交橋于2005年建成通車，橋梁設(shè)計(jì)荷載為城-A級(jí)，地震設(shè)防烈度為7度。該立交橋起點(diǎn)樁號(hào)為DK3+259.500，終點(diǎn)樁號(hào)為DK4+340.200，橋梁全長(zhǎng)1 087.700 m。2010年由于嚴(yán)重偏載，導(dǎo)致立交橋3B～7B號(hào)發(fā)生側(cè)傾。側(cè)傾橋跨的基本結(jié)構(gòu)形式為兩端雙柱墩蓋梁中部墩獨(dú)柱支承結(jié)構(gòu)：上部為現(xiàn)澆C50預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線箱梁，橋跨為30 m+2×35 m+30 m，梁高為1.6 m，獨(dú)柱墩頂為GPZ（KZ）盆式抗震一型支座，兩端為板式支座。本次處理的主要目的是對(duì)事故橋梁進(jìn)行位置糾偏、應(yīng)力釋放、支座更換和受損構(gòu)件的修復(fù)或替換，使橋梁恢復(fù)正常使用功能。

1 事故后檢測(cè)及分析

事故發(fā)生后，有關(guān)單位結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，對(duì)發(fā)生側(cè)傾事故的立交橋按照實(shí)際車輛布置情況進(jìn)行荷載模擬計(jì)算，分析事故的原因及后果，事故現(xiàn)場(chǎng)見圖1。

圖1 事故現(xiàn)場(chǎng)照片

1.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況

根據(jù)橋梁現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，橋梁主體結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)大的結(jié)構(gòu)性損失，箱梁外表面未觀測(cè)到結(jié)構(gòu)性裂縫，主要構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度滿足要求。

1.2 原設(shè)計(jì)復(fù)核計(jì)算

根據(jù)復(fù)算結(jié)果，該橋段抗彎承載能力滿足強(qiáng)度要求，正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂驗(yàn)算滿足規(guī)范要求，斜截面抗裂驗(yàn)算基本滿足要求。邊支座脫空安全系數(shù)大于1.5。因此，該橋段原設(shè)計(jì)滿足規(guī)范有關(guān)要求。

1.3 事故模擬計(jì)算情況

根據(jù)事故發(fā)生時(shí)立交橋上車輛荷載分布情況，采用通用有限元程序ANSYS建立空間實(shí)體單元模型，對(duì)橋梁受力情況進(jìn)行真實(shí)模擬，計(jì)算得出以下結(jié)論：當(dāng)橋上未通車時(shí)，結(jié)構(gòu)變形與應(yīng)力狀態(tài)良好，各支座反力合力、支座對(duì)應(yīng)的所有支撐點(diǎn)均未出現(xiàn)拉力。在發(fā)生側(cè)傾事故的工況下，箱梁在偏載車輛作用下承受較大的彎扭作用；4B號(hào)、5B號(hào)、6B號(hào)（見圖2）中墩部分支撐點(diǎn)分別出現(xiàn)860 kN、268 kN、980 kN的拉力，導(dǎo)致中墩一側(cè)的抗震栓被拉壞，3B號(hào)墩對(duì)應(yīng)的內(nèi)外側(cè)支座出現(xiàn)較大的不平衡支座反力。通過計(jì)算表明，發(fā)生側(cè)傾事故時(shí)，立交橋3B～7B號(hào)梁段上的車輛荷載已大大超出設(shè)計(jì)荷載，結(jié)構(gòu)在偏載的作用下，部分支撐位置處出現(xiàn)了較大的拉力，導(dǎo)致中墩部分抗震拉桿拉斷；邊跨處，靠近內(nèi)側(cè)的支座出現(xiàn)脫空，而外側(cè)支座產(chǎn)生較大的剪切變形，造成整體結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)。

圖2 事故段橋梁平面示意圖

2 糾偏思路

該橋事故聯(lián)總重達(dá)2 500 t。因橋梁曾經(jīng)發(fā)生側(cè)傾且未歸位，整個(gè)箱梁處于與周圍相干涉的狀態(tài)，如果采用起吊作業(yè)，位置精度及起吊重量均無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求；如果直接在橋下局部施加力使箱梁復(fù)位，很難找到支點(diǎn)，并且還需要克服支座的約束、相干涉結(jié)構(gòu)物的約束。為防止橋梁的下部結(jié)構(gòu)受損，并能釋放相干涉應(yīng)力，頂升橋梁是一種安全可靠、簡(jiǎn)單可行的方法。首先，頂升可以將橋梁的上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)暫時(shí)分離，解除了支座的約束；其次，通過頂升可以設(shè)置多向臨時(shí)支座系統(tǒng)，使梁體處于自由狀態(tài)，并通過橫向及縱向復(fù)位千斤頂進(jìn)行復(fù)位。這種頂升只是將橋梁的上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)暫時(shí)分離，頂升高度可以控制在10~200 mm之間。然而由于3B~7B號(hào)是連續(xù)曲線箱梁橋，各墩頂支座反力不一致，且同一橫梁下各支座的反力也有差別，如果采用一般簡(jiǎn)單的由聯(lián)通閥同步控制的千斤頂，則較難達(dá)到要求。因此，事故橋梁連續(xù)曲線箱梁糾偏的方案定為采用PLC液壓整體同步頂升糾偏。

3 PLC液壓同步頂升系統(tǒng)

PLC液壓同步控制是通過對(duì)力和位移雙量測(cè)的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓千斤頂進(jìn)行供油控制的一種同步技術(shù)[1]，這種技術(shù)建立在對(duì)力和位移的控制基礎(chǔ)上。液壓千斤頂精確地按照橋梁上部結(jié)構(gòu)的實(shí)際重量及位移，平穩(wěn)地將橋梁頂升，使頂升過程中梁體受到的由不均衡位移產(chǎn)生的附加應(yīng)力降至最低，同時(shí)液壓千斤頂根據(jù)分布位置分組，與相應(yīng)的位移傳感器組成位置閉環(huán)，以便控制橋梁頂升的位移和姿態(tài)，同步精度為±2.0 mm，保證了頂升過程的同步性。

3.1 同步液壓設(shè)備

同步液壓設(shè)備主要由液壓泵、液壓缸、傳感器等組成。液壓泵提供動(dòng)力。液壓缸的同步由一個(gè)帶有液壓橋式整流板的電磁二位二通球閥組成，傳感器提供控制信號(hào)，由分配控制閥控制供油量，液壓橋控制液壓的流向和流量，使之穩(wěn)定。每組液壓缸還有一個(gè)液控單向閥，防止因爆管而形成被頂起的物體突然下落。

3.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)同步的關(guān)鍵核心組件。它是采用閉環(huán)控制系統(tǒng)理論，將位移變化、壓強(qiáng)變化轉(zhuǎn)化為信號(hào)ΔH、ΔP，并作為控制參數(shù)，通過比較和計(jì)算，調(diào)整二位二通電磁截止球閥動(dòng)作，開閉液壓油路，充分利用計(jì)算機(jī)的高效、準(zhǔn)確、重復(fù)性能。

4 施工準(zhǔn)備與實(shí)施方案

4.1 施工準(zhǔn)備

首先，封閉工作現(xiàn)場(chǎng)，采用扣件式鋼管搭設(shè)施工場(chǎng)地工作平臺(tái)，以方便施工操作人員及監(jiān)控人員使用；其次，對(duì)所使用的千斤頂、油泵、液壓表做好配套標(biāo)定工作；清理解除伸縮縫、翼緣板、橋面附屬結(jié)構(gòu)對(duì)梁體的約束，把支座處的雜物清理干凈、去除支座附近的多余約束，并建立頂升及復(fù)位支撐反力點(diǎn)系統(tǒng)。

頂升中用在墩蓋梁支座周圍的千斤頂為150 t超薄液壓千斤頂，在獨(dú)柱墩頂處采用150 t液壓千斤頂。在每個(gè)墩位布置12臺(tái)千斤頂（盡可能靠近原支座布置），即每墩每個(gè)支座的東西兩側(cè)各布置一組6個(gè)千斤頂，則每墩的千斤頂可承受1 800 t的外力，滿足施工要求。

4.2 實(shí)施方案

1）頂升前應(yīng)對(duì)全體操作人員進(jìn)行技術(shù)交底及安全交底，約定指揮權(quán)并對(duì)安全預(yù)案進(jìn)行交底，以避免施工過程發(fā)生意外。糾偏前應(yīng)對(duì)橋梁基礎(chǔ)、墩臺(tái)、主梁、橋面系和附屬工程的技術(shù)狀況逐一進(jìn)行檢查。對(duì)各梁偏位情況進(jìn)行測(cè)量，與原設(shè)計(jì)位置進(jìn)行對(duì)比，確定各梁的糾偏量，精確到1 mm。對(duì)橋梁縱向線形進(jìn)行測(cè)量，并與原設(shè)計(jì)線形進(jìn)行對(duì)比，確定糾偏完成后的線形，精確到1 mm。

2）準(zhǔn)備工作完成后，由項(xiàng)目總指揮逐一檢查全部設(shè)施，各操作員就位，正式頂升前先進(jìn)行試頂。全部千斤頂按起升重量的25%、50%、75%、100%同步、逐級(jí)加壓，并檢查千斤頂、油泵、支墊情況是否出現(xiàn)異常。若出現(xiàn)異常應(yīng)停止加壓，處理完畢后繼續(xù)重復(fù)以上步驟的工作內(nèi)容，直至無異常情況出現(xiàn)。

3）采用整體頂升法，以千斤頂?shù)母左w行程作為頂升控制。每級(jí)頂升行程為5 mm，各頂同步頂升。嚴(yán)格控制每臺(tái)油泵打油的速度，盡可能確保每臺(tái)千斤頂出頂速度、行程同步，頂升速度宜慢不宜快，千斤頂出頂速度擬定為2.5 mm/min。整個(gè)頂升過程中必須對(duì)梁體、橋面及附屬設(shè)施進(jìn)行認(rèn)真觀察，發(fā)現(xiàn)異常立即停止頂升。

4）當(dāng)箱梁被千斤頂連續(xù)頂起、其底面離開支座頂30～50 mm左右，達(dá)到更換支座的空間時(shí)，人工將舊支座拆除，按照規(guī)范和圖紙要求更換新的支座。在安放新支座前，還需在原支座位置及新支座表面進(jìn)行十字定位，以確保支座更換后位置準(zhǔn)確，并將支座清理干凈，保證表面潔凈，避免有損傷、拉毛等現(xiàn)象。

5）支座更換完畢主梁就位時(shí)應(yīng)分步進(jìn)行，先將梁底臨時(shí)支撐解除，然后按順序下落梁體就位。要交叉放松千斤頂，以防止橋面損壞或壓壞個(gè)別千斤頂。

5 立交橋施工過程監(jiān)控

5.1 測(cè)點(diǎn)布置

設(shè)置位移傳感器共15臺(tái)，每個(gè)橋墩設(shè)置3臺(tái)，放置在兩側(cè)及中間支點(diǎn)的墩位處；設(shè)置3個(gè)應(yīng)力監(jiān)控?cái)嗝?，分別位于墩的兩側(cè)及中間。在頂升過程中對(duì)15個(gè)位移測(cè)點(diǎn)、5個(gè)主梁應(yīng)力測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

5.2 監(jiān)控結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控所得到的結(jié)果，整個(gè)梁體在頂升過程中基本實(shí)現(xiàn)了同步，沿橋方向最終測(cè)量的高差控制在3.0 mm以內(nèi)；所測(cè)量的各項(xiàng)應(yīng)力值均沒有達(dá)到極限應(yīng)力，即：Δmax=1.775 MPa＜3.51 MPa，其中控制應(yīng)力為 0.044 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范允許值，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)檢測(cè)，通過復(fù)位恢復(fù)了橋梁的正常工作狀態(tài)。整體同步頂升施工技術(shù)的應(yīng)用，為維修橋梁提供了便捷、快速、安全的施工方法，使舊橋修復(fù)對(duì)交通的影響降到最低程度。同步控制技術(shù)能最大限度保證梁體的安全，大幅降低連續(xù)梁橋糾偏的施工工期和施工成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] 周松國(guó).PLC整體同步控制技術(shù)在連續(xù)梁橋糾偏中的應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2010（8）：181-184.

[2]韓之江.超薄千斤頂頂升技術(shù)在橋梁支座更換處置技術(shù)中的應(yīng)用[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2008（5）：104-106.

[3] 曹蔚枝.橋梁支座更換施工及控制技術(shù)[J].山西交通科技，2007（4）：60-62.

[4] 朱勐，韓浩，沈芳.上塘高架頂升糾偏監(jiān)控過程研究[J].山西建筑，2009，35（32）：313-314.