液壓同步頂升技術(shù)在高速公路簡支連續(xù)梁橋改造中的應(yīng)用

■鐘元慶

（福建廈蓉高速公路漳龍段擴(kuò)建工程有限公司，龍巖　364000）

液壓同步頂升技術(shù)在高速公路簡支連續(xù)梁橋改造中的應(yīng)用

■鐘元慶

（福建廈蓉高速公路漳龍段擴(kuò)建工程有限公司，龍巖364000）

本文以廈蓉高速公路漳龍段主線2號(hào)橋?yàn)楣こ瘫尘埃榻B了液壓同步頂升系統(tǒng)的組成及工作原理，闡述了液壓同步頂升的技術(shù)控制要點(diǎn)及其在簡支連續(xù)梁橋改造工程中的技術(shù)應(yīng)用。實(shí)例表明，通過合理的同步頂升控制指標(biāo)及監(jiān)控措施，可以確保橋梁整體頂升過程中的梁體安全，其技術(shù)措施為同類工程實(shí)踐提供參考依據(jù)。

整體頂升液壓同步橋梁改造施工監(jiān)控

0　前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)和交通建設(shè)的快速發(fā)展，越來越多早期建成的高速公路與橋梁需要進(jìn)行改擴(kuò)建。為避免資源浪費(fèi)，往往需要對(duì)舊橋整體頂升，更換支座。由此，橋梁的整體同步頂升技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。運(yùn)營中的高速公路交通流量大、行車速度高、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)影響大，橋梁的整體頂升必須因地制宜地做好舊橋頂升的方案設(shè)計(jì)和施工組織。本文以廈蓉高速公路漳龍段主線2號(hào)橋?yàn)楣こ瘫尘埃U述了液壓同步頂升的技術(shù)要點(diǎn)及其在舊橋改造工程中的應(yīng)用。

1　工程概況

1.1橋梁現(xiàn)狀

國高網(wǎng)廈蓉線（G76）漳龍段龍巖互通收費(fèi)站是聯(lián)系龍巖市中心城區(qū)的主要樞紐，隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，區(qū)域交通量快速增長，該收費(fèi)站交通流量劇增，限制了主城區(qū)的南向拓展空間。2013年4月市政府啟動(dòng)對(duì)龍巖互通遷建工程，需對(duì)高速公路主線一段進(jìn)行調(diào)坡處理，其中包括對(duì)主線2號(hào)橋簡支連續(xù)梁橋進(jìn)行頂升改造。

主線2號(hào)橋上跨S203線，上部結(jié)構(gòu)為2×20m+1× 20m PC簡支、橋面連續(xù)的空心板。其中，左幅為標(biāo)準(zhǔn)寬度設(shè)9片梁，右幅位于加速車道設(shè)13片梁；下部構(gòu)造采用柱式墩/肋臺(tái)配樁基礎(chǔ)。汽車荷載等級(jí)：汽-超20，掛-120。

改造前橋梁已安全運(yùn)行13年。根據(jù)橋梁檢測報(bào)告結(jié)論，該橋技術(shù)狀況屬二類橋［1］；原橋部分支座已出現(xiàn)老化、變形，需進(jìn)行更換；原橋僅在2#墩頂設(shè)D60伸縮縫一道，橋面系結(jié)構(gòu)不合理，行車舒適性較差。橋梁附屬結(jié)構(gòu)有現(xiàn)澆砼防撞護(hù)欄（設(shè)防拋網(wǎng)）、中間帶防眩板、過橋管線等。橋梁結(jié)構(gòu)型式見圖1。

圖1　橋梁結(jié)構(gòu)型式（單位：cm）

1.2橋梁改造設(shè)計(jì)方案

根據(jù)該橋目前現(xiàn)狀和檢測結(jié)果，其主要改造設(shè)計(jì)方案有以下四個(gè)方面內(nèi)容。

（1）對(duì)橋臺(tái)臺(tái)前護(hù)坡進(jìn)行開挖與防護(hù)。

（2）安設(shè)頂升支架，整體頂升梁板，以適應(yīng)調(diào)整后的路線縱斷高程。

（3）橋面砼鋪裝層銑刨3cm，加鋪4.5cm瀝青砼鋪裝層。

（4）原橋0#、3#橋面連續(xù)改造為D40伸縮縫，原2#墩處伸縮縫改為橋面連續(xù)。

2　PLC液壓同步頂升系統(tǒng)組成及工作原理

2.1液壓同步頂升系統(tǒng)的組成

控制液壓同步系統(tǒng)主要由液壓 （含監(jiān)測傳感器）、計(jì)算機(jī)控制兩個(gè)系統(tǒng)組成，可細(xì)分為6個(gè)部分：電動(dòng)液壓泵站、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、液壓千斤頂、位移傳感器、壓力傳感器、人機(jī)界面操作系統(tǒng)等［2］。該系統(tǒng)能全自動(dòng)完成同步位移，可根據(jù)需要設(shè)定同步千斤頂?shù)臄?shù)量，以及最高（低）位置、壓力、同步精度、位移、壓力誤差等報(bào)警功能，PLC控制液壓同步系統(tǒng)構(gòu)成見圖2。

圖2　PLC控制液壓同步系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1）功能齊全，安全可靠；2）所有油缸可實(shí)現(xiàn)同時(shí)或單獨(dú)控制；3）同步控制工作點(diǎn)數(shù)量可根據(jù)需要設(shè)置；4）各控制點(diǎn)同步移位精確［2］。

2.2液壓同步頂升系統(tǒng)的主要原理

橋梁同步頂升過程分為稱重、頂升、持荷和負(fù)載下降4步。

頂升前，對(duì)橋梁稱重，反饋所有頂升點(diǎn)的實(shí)際負(fù)載壓力；頂升開始后液壓缸體輸出壓力逐步增大，當(dāng)輸出力超過頂升點(diǎn)的負(fù)荷時(shí)，活塞伸出使該點(diǎn)產(chǎn)生位移，在此過程中壓力和位移的實(shí)時(shí)變化通過壓力計(jì)和位移傳感器傳回主控電腦；一個(gè)頂升行程達(dá)到計(jì)劃值后缸體停止位移并持荷，進(jìn)行相應(yīng)橋梁工程改造作業(yè)，或者回縮缸體準(zhǔn)備進(jìn)入下一頂升程序；直到全部梁板支座置換完成后，缸體負(fù)載完成梁板復(fù)位。

橋梁整體頂升對(duì)液壓同步系統(tǒng)的要求主要有以下三個(gè)方面［3-4］。

（1）頂升力控制：由于橋梁上部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量分布差異大，分散布置的液壓千斤頂實(shí)際負(fù)荷存在差異，因此液壓同步系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)各單元壓力可調(diào)，以適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)荷載；

（2）位移同步控制：在橋梁頂升過程中，必須防止梁體扭曲、內(nèi)應(yīng)力集中甚至造成結(jié)構(gòu)裂縫的情況出現(xiàn)，要求頂升點(diǎn)在負(fù)荷不同時(shí)必須保持位移同步；

（3）壓力、位移、應(yīng)力實(shí)時(shí)監(jiān)控：保持頂升力受控、頂升過程同步，避免應(yīng)力集中過大對(duì)結(jié)構(gòu)造成損傷。

3　頂升支架系統(tǒng)

3.1支架基礎(chǔ)

3.1.1橋臺(tái)位置支架基礎(chǔ)

鑒于該橋橋臺(tái)樁基礎(chǔ)上設(shè)置有承臺(tái)，按照經(jīng)濟(jì)、適用、安全的原則，改造工程實(shí)施時(shí)采用直徑80cm人工挖孔樁基礎(chǔ)，樁底直達(dá)基礎(chǔ)承臺(tái)，利用現(xiàn)有的承臺(tái)和樁基礎(chǔ)承擔(dān)人工挖孔樁傳來的頂升力，由此獲得較好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

3.1.2橋墩位置頂升支架基礎(chǔ)

1#、2#墩支架基礎(chǔ)直接利用橋下省道復(fù)合式砼路面，經(jīng)計(jì)算，其承載能力滿足要求。將路面稍做整平，鋪墊100cm×100cm×3cm鋼板作為支架鋼管立柱擴(kuò)大基礎(chǔ)，并將鋼板與路面錨固。圖3為支撐系統(tǒng)下端鋼管立柱錨固示意圖。

圖3　支架鋼管立柱錨固示意圖

3.2頂升支架系統(tǒng)

支架體系由支撐鋼立柱、水平聯(lián)系桿、分配梁、臨時(shí)鋼墊塊等組成。為保證足夠安全作業(yè)空間，在距橋墩（臺(tái)）蓋梁兩（單）側(cè)100cm處布置頂升支架。鋼立柱采用Φ500無縫鋼管，壁厚12mm，兩端焊接厚12mm連接法蘭，底部使用M20錨栓與鋼墊板和路面錨固。以右幅橋第2#跨為例，共布置鋼管立柱12根，鋼立柱頂部以鋼墊塊調(diào)平后加設(shè)兩根45b工字鋼作為分配梁，分配梁上即可安置千斤頂。

為保證頂升支架穩(wěn)定性與剛度，支架豎向高度內(nèi)每2m以角鋼配合抱箍進(jìn)行縱、橫向聯(lián)結(jié)。頂升鋼支架及縱、橫向聯(lián)系構(gòu)件均由工廠加工定做、現(xiàn)場拼裝。支架系統(tǒng)平、側(cè)面示意圖如圖4。

圖4　支架系統(tǒng)平、側(cè)面示意圖

3.3臨時(shí)鋼墊塊

為滿足不同頂升高度的需要，千斤頂和鋼支架之間設(shè)置臨時(shí)鋼墊塊，頂升時(shí)，墊塊中心應(yīng)與支架的鋼管立柱中心重合，以避免頂升過程中支架失穩(wěn)。鋼墊塊厚度有10cm和20cm兩種，以適應(yīng)千斤頂?shù)捻斏谐獭?/p>

3.4梁底托梁（分配梁）

分配梁焊接固定在支架鋼立柱頂部，與梁板底之間安置千斤頂，以形成受力清晰的傳力系統(tǒng)。臨時(shí)鋼墊塊與分配梁構(gòu)造圖如圖5所示。

圖5　臨時(shí)鋼墊塊與分配梁構(gòu)造圖（單位：cm）

4　頂升施工

4.1頂升總體方案

采用同步頂升、分步到位的實(shí)施方案［5］。

每一標(biāo)準(zhǔn)頂升行程設(shè)定為100mm，控制頂升速度不大于10mm/min。千斤頂每頂升10mm，支墊厚10mm鋼板1塊，頂升至一個(gè)行程時(shí)用厚10cm臨時(shí)鋼墊塊代替原10塊鋼板；千斤頂收缸，將梁體落在臨時(shí)墊塊上；后在千斤頂下加設(shè)10cm臨時(shí)鋼墊塊，重復(fù)以上步驟，直至頂升至改造設(shè)計(jì)高度約5cm。各跨梁板頂升高度及行程設(shè)計(jì)如表1。橋梁整體頂升主要力學(xué)參數(shù)如表2。

表1　梁板頂升高度及行程設(shè)計(jì)

表2　主線2號(hào)橋梁整體頂升主要力學(xué)參數(shù)

4.2頂升系統(tǒng)調(diào)試與正式頂升

（1）頂升系統(tǒng)調(diào)試

正式頂升作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行頂升系統(tǒng)的調(diào)試，主要包括保壓試驗(yàn)和稱重及預(yù)頂升兩個(gè)方面。按計(jì)算荷載的70%～90%加壓、保壓試驗(yàn)5h，確認(rèn)油缸可安全連續(xù)持荷工作。為保證頂升同步，在正式頂升前應(yīng)測定每個(gè)頂升點(diǎn)處的實(shí)際荷載；稱重時(shí)依據(jù)計(jì)算頂升荷載，在一定的頂升高度內(nèi)（1～10mm）采用逐級(jí)加載的方式，通過反復(fù)調(diào)整各組的油壓，以獲得一組頂升油壓值，使每個(gè)頂點(diǎn)的頂升壓力與其上部荷載基本平衡［6］。

（2）正式頂升

經(jīng)過試頂升確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)行符合施工組織設(shè)計(jì)后，進(jìn)行正式頂升。千斤頂最大行程為140mm，控制每一頂升標(biāo)準(zhǔn)行程為100mm、最大頂升速度10mm/min。頂升流程如圖6所示，正式頂升施工作業(yè)現(xiàn)場如圖7所示。

圖6　頂升流程圖

圖7　正式頂升施工作業(yè)實(shí)景

4.3同步頂升施工主要控制指標(biāo)

橋梁整體同步頂升施工的目標(biāo)是：頂升施工完成后的標(biāo)高與設(shè)計(jì)值在各控制測點(diǎn)的誤差均在規(guī)范規(guī)定和設(shè)計(jì)要求的范圍之內(nèi)；橋梁結(jié)構(gòu)無損傷。主要技術(shù)指標(biāo)如下。

（1）頂升復(fù)位后橋面高程與設(shè)計(jì)值誤差控制在±5mm以內(nèi)，平面位置偏差控制在±2mm以內(nèi)［3］。

（2）頂升過程中應(yīng)使梁體局部附加應(yīng)力處于計(jì)算應(yīng)力范圍內(nèi)，不得出現(xiàn)新結(jié)構(gòu)裂縫，原有裂縫寬度無明顯增大并滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（3）應(yīng)使鋼立柱軸向壓應(yīng)力控制在滿足鋼柱強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性范圍之內(nèi)。

5　同步頂升的施工監(jiān)控措施

橋梁的頂升過程實(shí)際就是控制橋梁位移的過程。通過在橋梁上的關(guān)鍵部位布置多個(gè)控制點(diǎn)，監(jiān)測各控制點(diǎn)的標(biāo)高與預(yù)期位置的差值，判定、評(píng)價(jià)橋梁整體頂升是否滿足設(shè)計(jì)要求，如發(fā)現(xiàn)未達(dá)目標(biāo)，應(yīng)及時(shí)采取措施降低或消除不利因素的影響，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。橋梁同步頂升施工監(jiān)控應(yīng)貫穿于頂升全過程。

同步頂升施工監(jiān)控主要內(nèi)容包括梁體應(yīng)力變化、縱（橫）向位移、支架基礎(chǔ)變形等。具體監(jiān)測項(xiàng)目有：梁體縱、橫向位移觀測；基礎(chǔ)沉降觀測；橋面高程監(jiān)測；梁體豎向位移監(jiān)測；梁體應(yīng)力監(jiān)測等。

（1）梁體縱、橫向位移監(jiān)測

在頂升施工范圍外架設(shè)電子經(jīng)緯儀，監(jiān)測每跨橋面上布置的（縱）橫向位移觀測點(diǎn)。位移監(jiān)控采用高精密全站儀，測角精度0.5″，測距精度0.6mm+1ppm。頂升過程中隨時(shí)觀測梁體的縱、橫向位移情況，并設(shè)定預(yù)警值為5mm，如位移接近預(yù)警值即可停止頂升作業(yè)。

（2）基礎(chǔ)沉降監(jiān)測

在每個(gè)支撐基礎(chǔ)上設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，觀測頂升過程支架基礎(chǔ)的沉降狀況，及時(shí)判斷并采取相應(yīng)措施?；A(chǔ)沉降觀測采用電子水準(zhǔn)儀，每公里往返測精度0.3mm、最小顯示0.01mm。

（3）橋面高程監(jiān)測

高程控制是橋梁頂升施工中最重要的技術(shù)指標(biāo)，是控制梁體位移與各組千斤頂間同步性的主要手段。高程監(jiān)測點(diǎn)布置在每個(gè)橋墩頂和每跨跨中，通過測量應(yīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、及時(shí)調(diào)整頂升速度的目標(biāo)。

（4）梁體豎向位移監(jiān)測

依靠位移傳感器控制梁體同步位移，位移傳感器是與中央控制器相連形成位移的閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)頂升過程中位移的精確控制［1］。根據(jù)主線2號(hào)橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，要求位移同步精度控制在2mm以內(nèi)。

（5）應(yīng)力監(jiān)測

在梁體頂升點(diǎn)附近沿橫斷面方向布置應(yīng)力傳感器，當(dāng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)力變化超過預(yù)警值時(shí)應(yīng)暫停頂升作業(yè)，查明原因并調(diào)整作業(yè)方案。

6　結(jié)語

橋梁舊橋改造同步頂升具有復(fù)雜、危險(xiǎn)的特點(diǎn)，在梁體頂升過程中，制定合理的施工組織方案和確保梁體無損傷是同步頂升成敗的關(guān)鍵。本項(xiàng)目的工程背景主線2號(hào)橋改造完成后經(jīng)過半年的連續(xù)跟蹤監(jiān)測，其橋面高程的變化在養(yǎng)護(hù)規(guī)范允許范圍內(nèi)，支座墊石、橡膠支座均未出現(xiàn)位移與破壞現(xiàn)象，更未發(fā)現(xiàn)新增梁體結(jié)構(gòu)裂縫，橋梁運(yùn)行安全、穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

［1］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG H11-2004，公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］汪學(xué)謙，汪曉嵐，藍(lán)戊己.PLC控制液壓同步頂升系統(tǒng)在連續(xù)鋼箱梁懸臂架設(shè)施工中的應(yīng)用.世界橋梁，2005-06-27.

［3］實(shí)用動(dòng)力有限公司.利用液壓控制系統(tǒng)同步頂升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)橋梁改造［J］.工程機(jī)械，2002（16）：10-12.

［4］吳安定.上海音樂廳頂升和平移工程的液壓同步系統(tǒng)［J］.液壓氣動(dòng)與密封，2004（1）：24-26.

［5］楊躍鑫.跨線橋頂升加高關(guān)鍵技術(shù)與施工組織研究.廈門大學(xué)碩士論文，2013-06-30.

［6］馮滿耀.濟(jì)南燕山立交橋PLC控制液壓同步頂升的施工技術(shù).山東大學(xué)碩士論文，2011-05-10.