橋梁整體同步抬升技術(shù)

嚴(yán)定坤 陳億勝

(江西省交通科學(xué)研究院，江西 南昌 330200)

內(nèi)河水運航道升級改造時部分既有橋梁由于歷史原因，通航凈空高度不能滿足要求，但橋梁現(xiàn)狀尚可時，可通過橋梁整體抬升技術(shù)，使大橋既滿足通航凈空高度要求，又不會在施工過程中產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)病害，該技術(shù)較拆除重建在施工周期、造價、交通組織等方面有明顯優(yōu)勢。紫梅大橋見圖1。

1 工程背景

紫梅大橋目前通行凈空不能滿足Ⅲ級航道標(biāo)準(zhǔn)，為使大橋通過本次改造滿足通航要求，全橋需整體同步抬升3.3 m。

紫梅大橋位于安吉縣紫梅鎮(zhèn)，上跨內(nèi)河水運航道，原橋長141 m。主橋為系桿拱橋，跨度80 m，引橋為16 m和13 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心簡支板梁橋。改造后橋梁配跨為2×16 m(空心板)+80 m(系桿拱)+2×16 m(空心板)+13 m(空心板)。紫梅大橋全橋同步抬升重量表見表1。

表1 紫梅大橋全橋同步抬升重量表 kN

2 總體施工及整體抬升工藝流程圖

大橋整體同步抬升主要工藝流程如圖2所示。

3 各墩抬升千斤頂布置與荷載托換方案

3.1 主墩托換——②，③墩

主墩采用斷柱抬升法，以承臺作為抬升反力基礎(chǔ)，以蓋梁作為抬升受力點，在承臺與蓋梁之間安裝液壓千斤頂、隨動千斤頂、支撐結(jié)構(gòu)，切斷橋墩完成荷載托換。橋墩切割前液壓千斤頂施加50%的理論荷載，同時采用隨動千斤頂進(jìn)行保護支撐。

單墩布置200 t抬升千斤頂16臺和400 t動千斤頂8臺，單墩抬升荷載1 696 t，安全系數(shù)3 200/1 696=1.9。

3.2 引橋橋墩托換——④墩

采用斷柱抬升法。由于基礎(chǔ)未設(shè)置承臺，在橋墩適當(dāng)高度澆筑鋼筋混凝土抱柱梁，為抬升提供反力，在抱柱梁與蓋梁之間安裝液壓千斤頂、隨動千斤頂、支撐結(jié)構(gòu)，切斷橋墩完成荷載托換。橋墩切割前液壓千斤頂施加50%的理論荷載，同時采用隨動千斤頂進(jìn)行保護支撐。蓋梁倒角處直接后澆筑C40微膨脹混凝土找平，作為抬升受力點。

單墩布置200 t抬升千斤頂和200 t隨動千斤頂各6臺，單墩抬升荷載358 t，安全系數(shù)1 200/358=3.4。4號墩抬升立面布置圖見圖3。

3.3 引橋橋墩托換——⑤墩

采用斷柱抬升法。由于基礎(chǔ)未設(shè)置承臺，在橋墩適當(dāng)高度澆筑鋼筋混凝土抱柱梁，為抬升提供反力，在抱柱梁與蓋梁之間安裝液壓千斤頂、隨動千斤頂、支撐結(jié)構(gòu)，切斷橋墩完成荷載托換。橋墩切割前液壓千斤頂施加50%的理論荷載，同時采用隨動千斤頂進(jìn)行保護支撐。蓋梁倒角處直接后澆筑C40微膨脹混凝土找平，作為抬升受力點。

單墩布置200 t抬升千斤頂和200 t隨動千斤頂各4臺，單墩抬升荷載301 t，安全系數(shù)800/301=2.7。5號墩抬升立面布置圖見圖4。

3.4 引橋承臺托換——⑥橋臺

6號橋臺采用直接抬升法。利用承臺作為反力基礎(chǔ)，在承臺與梁底之間安裝液壓千斤頂、隨動千斤頂、支撐系統(tǒng)進(jìn)行抬升。由于板梁橫向剛度較小，所以在梁底安裝鋼分配梁作為直接承受抬升的構(gòu)件，由鋼分配梁將抬升力均勻傳遞至每片梁。

單墩布置200墩抬升千斤頂和200 t隨動千斤頂各6臺，單墩抬升荷載112 t，千斤頂布置數(shù)量見圖5，安全系數(shù)1 200/112=11。

4 抬升支撐體系及限位裝置

4.1 支撐體系

抬升支撐主要由以下構(gòu)件組成：φ609鋼管，壁厚16 mm；φ500鋼管，壁厚10 mm；φ609與φ500鋼管之間轉(zhuǎn)換墊塊。

φ609鋼管長度模數(shù)：6 m，3 m，2 m，1 m；φ500鋼管長度模數(shù)：1 m，0.5 m，0.2 m，0.1 m，0.05 m；轉(zhuǎn)換墊塊高度0.1 m。

為了保證鋼管支撐安裝的鉛垂度，反力基礎(chǔ)表面進(jìn)行找平處理。

為了保證鋼支撐的穩(wěn)定性和整體性，采取以下措施：

1)在抬升基礎(chǔ)表面植化學(xué)螺栓，鋼管支撐通過法蘭螺栓進(jìn)行高度；

2)鋼管支撐節(jié)間法蘭螺栓連接；

3)鋼管支撐之間型鋼焊接連接增強整體性；

4)鋼管支撐安裝鉛垂度控制在6‰以內(nèi)。

4.2 限位裝置

由于千斤頂和支撐結(jié)構(gòu)安裝的垂直度誤差，可能會帶來抬升結(jié)構(gòu)的水平位移，所以必須采取必要的限位措施，以有效的控制抬升結(jié)構(gòu)的水平位移。限位裝置見圖6。

5 整體同步抬升控制系統(tǒng)

5.1 系統(tǒng)特點

1)具有滿足抬升能力的抬升噸位，能同時把多點或一聯(lián)連續(xù)體整體抬升，且各個抬升點都由一個控制中心進(jìn)行統(tǒng)一控制；

2)設(shè)備本身具備自動監(jiān)測系統(tǒng)，能對設(shè)定的各個指標(biāo)進(jìn)行自動監(jiān)測并隨時調(diào)整；

3)設(shè)備系統(tǒng)有自動安全保險裝置，能在意外或超負(fù)荷施工時自動報警或停止施工；

4)精密的同步性，不論在橋梁的縱向或是橫向，各個抬升點相互之間必須保證精密同步，相互之間的相對位移必須滿足要求。

5.2 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)對計算機采集到的位移傳感信號、油壓信號進(jìn)行判別處理，通過專門編寫的計算機處理程序模塊控制橋梁抬升的過程和步驟?？刂茢?shù)據(jù)經(jīng)中央計算機系統(tǒng)處理后將數(shù)字控制信號由輸出模塊傳遞到電磁閥組以控制液壓油路的流量，以達(dá)到液壓單元的控制和同步的目的。

6 監(jiān)控系統(tǒng)

6.1 各位移控制點同步性監(jiān)測

位移控制點同步性是確保抬升過程中結(jié)構(gòu)安全的重要控制指標(biāo)，也是抬升系統(tǒng)主要控制指標(biāo)。單行程內(nèi)同步監(jiān)控采用位移傳感器，每墩臺沿縱向結(jié)構(gòu)縱向中心線布置位移傳感器2臺，抬升過程中監(jiān)控數(shù)據(jù)實時上傳至控制中心監(jiān)控軟件屏幕，并自動報警；同時在橋面沿每墩臺斷面布置標(biāo)高監(jiān)測點兩個，作為累計誤差監(jiān)控點，每行程抬升完成后進(jìn)行一次測量，采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測。

6.2 報警值與數(shù)據(jù)處理

報警值與監(jiān)測方法見表2。

表2 報警值與監(jiān)測方法

6.3 水平位移誤差監(jiān)控

水平位移誤差的控制是確保抬升完成后橋梁平面線性順暢的指標(biāo)，同時也是橋墩連接線性的控制指標(biāo)，水平位移控制點設(shè)置在橋面縱向結(jié)構(gòu)中心線與橋墩橫向中心線的交點，每行程進(jìn)行一次觀測。采用全站儀進(jìn)行觀測。

6.4 千斤頂抬升力

通過內(nèi)置于液壓泵張的液壓壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)控，壓力數(shù)據(jù)實時上傳至控制中心軟件監(jiān)控屏幕，并自動報警。

6.5 結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)控

結(jié)構(gòu)內(nèi)力采用應(yīng)力傳感器實時監(jiān)控，傳感器布置點根據(jù)抬升方案與結(jié)構(gòu)特點確定。

7 結(jié)語

現(xiàn)紫梅大橋已順利完成全橋整體同步抬升3.3 m施工，該抬升高度為國內(nèi)較高值，未發(fā)現(xiàn)新增橋梁結(jié)構(gòu)病害。項目的完成，在施工周期、工程造價、交通組織等方面均取得了較好的效益，同時對其他橋梁的抬升施工有較好的借鑒作用。