多跨簡(jiǎn)支梁橋調(diào)坡降落關(guān)鍵技術(shù)

彭勇平

上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336

1 工程概況

1.1 橋梁概況

某簡(jiǎn)支梁橋?yàn)橐蛔呒茉训罉颍p車道設(shè)計(jì)，橋面寬度9.55 m，標(biāo)準(zhǔn)跨徑20 m，全長(zhǎng)716 m，上部結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)支空心板梁，下部結(jié)構(gòu)橋墩均為方樁、承臺(tái)、立柱及蓋梁（圖1）?，F(xiàn)狀匝道由南向北設(shè)置4%向下縱坡，在中部設(shè)5跨平坡（長(zhǎng)度為100 m），再由南向北設(shè)置4%向下縱坡至匝道接地。

1.2 降落概況

根據(jù)總體交通規(guī)劃，匝道實(shí)施南移，需將該匝道的北側(cè)6跨進(jìn)行拆除，南側(cè)8跨進(jìn)行整體調(diào)坡降落，最大降落高度5.231 m，降落面積為1 528 m2（圖2）。

2 項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)

2.1 交替降落控制系統(tǒng)

圖1 橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

本工程首次采用PLC交替降落控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)從PLC交替頂升控制系統(tǒng)演化而來(lái)[1]，即采用2組千斤頂交替式托換支撐橋梁上部結(jié)構(gòu)，并分別實(shí)施帶壓收缸降落的施工工藝。PLC交替降落控制系統(tǒng)工藝流程如下：A組千斤頂伸缸頂升1～2 mm支撐上部結(jié)構(gòu)，拆除B組千斤頂下側(cè)第1塊臨時(shí)墊塊→A組千斤頂帶壓收缸降落一個(gè)行程→拆除B組千斤頂下側(cè)第2塊臨時(shí)墊塊→B組千斤頂伸缸頂升1～2 mm支撐上部結(jié)構(gòu)，拆除A組千斤頂下側(cè)第1塊臨時(shí)墊塊→B組千斤頂帶壓收缸降落→拆除A組千斤頂下側(cè)第2塊臨時(shí)墊塊。重復(fù)上述動(dòng)作，反復(fù)交替降落，直至將橋梁結(jié)構(gòu)降落至設(shè)計(jì)高度。

圖2 橋梁降落總立面示意

千斤頂帶壓收缸的安全性主要靠裝配的平衡閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)油壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且能在油管油路出現(xiàn)故障或者突然斷電情況下，對(duì)千斤頂油路進(jìn)行鎖止，防止梁體因突然失壓而造成不均勻沉降。此外，由于第一次使用PLC交替降落控制系統(tǒng)，故在本工程實(shí)際施工過(guò)程中，當(dāng)一組千斤頂支撐后準(zhǔn)備降落前，在另一組千斤頂下側(cè)的臨時(shí)墊塊上加墊層疊鋼板（厚10 mm），當(dāng)降落時(shí)，及時(shí)分層抽掉鋼板，防止液壓系統(tǒng)失效的情況發(fā)生。

交替降落控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)類似于交替頂升控制系統(tǒng)。交替降落為2組千斤頂進(jìn)行主動(dòng)交替托換受力，能消除托換過(guò)程中千斤頂下側(cè)支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不均勻沉降，使交替降落過(guò)程的位移和受力關(guān)系完全可控；2組千斤頂交替支撐上部結(jié)構(gòu)，不存在臨時(shí)支撐工況，可降低上部結(jié)構(gòu)水平偏移的風(fēng)險(xiǎn)；此外，相對(duì)于單組千斤頂間歇式降落工藝，交替降落施工工期縮短40%以上。因此，交替降落工藝可以大大提高降落過(guò)程的安全性和施工效率[2]。

2.2 格構(gòu)式支撐體系

本工程結(jié)構(gòu)上采用斷柱式降落方式，即在承臺(tái)上側(cè)切割斷開(kāi)墩柱，通過(guò)交替降落系統(tǒng)將上部墩柱、蓋梁和梁體一起整體托換下降。其中托換結(jié)構(gòu)利用原承臺(tái)作為支撐基礎(chǔ)安裝臨時(shí)支撐體系，在蓋梁兩側(cè)安裝托架結(jié)構(gòu)（鋼分配梁），千斤頂設(shè)備安裝在托架與鋼支撐之間實(shí)施降落。

本次降落支撐體系采用格構(gòu)式鋼結(jié)構(gòu)體系?？紤]到降落過(guò)程中需逐步分層拆除支撐體系，所以主支撐構(gòu)件采用稍短的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度鋼筒，長(zhǎng)度有2.0、1.0、0.5 m共3種，千斤頂?shù)膯未谓德湫谐蹋?00 mm）通過(guò)支撐頂部的臨時(shí)鋼墊塊分層抽離實(shí)現(xiàn)。鋼筒每隔1 m采用單層型鋼（方鋼管）水平連接，每隔2.5 m采用鋼桁梁形式（方鋼管＋角鋼）進(jìn)行水平連接（圖3）。

支撐體系建模分析時(shí)不僅要考慮其上部橋梁結(jié)構(gòu)的豎向荷載，同時(shí)還需考慮降落過(guò)程中可能出現(xiàn)的水平力。水平力按以往橋梁頂升工程施工經(jīng)驗(yàn)，橫橋向水平力取豎向力的2%，順橋向水平力取豎向力的3% （圖4、圖5）。

最高支撐的建模驗(yàn)算結(jié)果：最大應(yīng)力155.8 MPa，最小穩(wěn)定系數(shù)41.5，均滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 被動(dòng)加主動(dòng)組合式限位體系

圖3 支撐體系示意

圖4 支撐體系應(yīng)力

圖5 支撐體系屈曲分析

橋梁調(diào)坡降落過(guò)程中，會(huì)因?yàn)榍Ы镯敯惭b不是絕對(duì)豎直、調(diào)坡過(guò)程中梁體的旋轉(zhuǎn)以及溫差效應(yīng)等情況，導(dǎo)致水平偏位。本工程雖然采用了交替降落工藝，消除了因臨時(shí)墊塊抄墊誤差所產(chǎn)生的水平偏位[3]，但是限位措施依然重要，其主要從以下2個(gè)方面確保安全：

1）墩柱縱橫向限位。本工程采用墩柱后支撐蓋梁的降落方式，在墩柱處設(shè)置縱橫向限位是直接有效的。由于支撐體系在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮能承受縱橫向的水平力作用，所以本工程縱橫向限位設(shè)計(jì)創(chuàng)新利用支撐體系本身作為限位被動(dòng)受力構(gòu)件。限位措施具體通過(guò)倒掛安裝在蓋梁托架（鋼分配梁）下側(cè)的鋼框架結(jié)構(gòu)上，在降落過(guò)程中卡插在支撐體系所形成的矩形框內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)縱橫向限位（圖6）。

圖6 墩柱縱橫向限位示意

2）橋面縱向限位。橋面縱向限位措施主要解決橋梁調(diào)坡降落過(guò)程中梁體投影長(zhǎng)度變化的問(wèn)題。本工程為多跨簡(jiǎn)支梁調(diào)坡，采用整體同步降落、分步到位的降落方式，即從南到北，橋墩分步依次降落到位，每一步只有一跨梁體調(diào)坡，其他跨為同步降落。經(jīng)模擬，單跨梁體最大投影長(zhǎng)度變短值為29 mm，即該跨梁體支座處將發(fā)生29 mm的滑動(dòng)距離。

以往簡(jiǎn)支梁橋調(diào)坡頂升橋面限位裝置設(shè)計(jì)有2種形式，都是安裝在橋面對(duì)應(yīng)墩柱位置的梁縫處。一種是采用梁縫兩側(cè)錨固角鋼和對(duì)拉螺栓連接在一起，通過(guò)調(diào)節(jié)螺母來(lái)對(duì)橋面產(chǎn)生牽引力和推力；另一種是采用手動(dòng)千斤頂，一端固定在一側(cè)板梁上，另一端固定在另一側(cè)板梁上，通過(guò)調(diào)節(jié)手動(dòng)千斤頂?shù)奈恢脕?lái)對(duì)調(diào)坡的橋面進(jìn)行推拉 。上述橋面限位裝置在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

1）第1種由于螺母較多，想通過(guò)人工操作調(diào)節(jié)螺母來(lái)實(shí)現(xiàn)牽引力和推力較難，所有螺母很難做到同時(shí)吃力。

2）第2種千斤頂調(diào)節(jié)方式可實(shí)現(xiàn)牽引力和推力效果，但是安裝在蓋梁上梁縫兩側(cè)的梁端上，在千斤頂推動(dòng)作用下，無(wú)法確定哪一側(cè)的梁體支座處發(fā)生滑動(dòng)位移，存在調(diào)節(jié)梁體投影長(zhǎng)度變化的不可確定性，可能帶動(dòng)墩柱偏移，存在安全隱患。

根據(jù)上述分析及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本工程采用2種限位裝置相結(jié)合的限位設(shè)計(jì)。第1種角鋼加對(duì)拉螺栓的限位裝置安裝在每一條梁縫處，作為被動(dòng)縱向限位裝置。根據(jù)每一個(gè)降落行程確定梁縫處的變化值，提前將螺母調(diào)節(jié)至適當(dāng)位置，適應(yīng)梁縫的寬度變化，同時(shí)防止梁體發(fā)生較大位移的風(fēng)險(xiǎn)。第2種手動(dòng)千斤頂推拉裝置按照降落流程分步安裝在需調(diào)坡的那一跨的下坡端梁縫處，作為主動(dòng)縱向限位裝置。在降落過(guò)程中，通過(guò)千斤頂?shù)捻斖屏φ{(diào)節(jié)適應(yīng)該跨梁端下部因旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致投影長(zhǎng)度變短的工況。為保證梁體與支座滑動(dòng)的確定性和可靠性，先將按設(shè)計(jì)需滑動(dòng)那側(cè)的原支座更換為四氟滑板支座加不銹鋼板的組合，形成摩擦因數(shù)較小的滑動(dòng)面，確保梁體在該滑動(dòng)面上滑移（圖7）。

圖7 橋面縱向限位示意

采用上述2種限位措施相結(jié)合的限位設(shè)計(jì)，既滿足了被動(dòng)限位控制梁體失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的要求，又保證了主動(dòng)調(diào)節(jié)梁縫變化的可靠性。

3 結(jié)語(yǔ)

1）PLC交替降落工藝首次實(shí)踐成功，同步誤差小于2 mm，安全性高，可在橋梁及其他建筑物降落工程中推廣應(yīng)用。此外，千斤頂下側(cè)的層疊保護(hù)鋼板在今后工藝成熟時(shí)可考慮取消。

2）采用格構(gòu)式支撐體系可有效提高結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，同時(shí)可作為墩柱限位結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件。此外，支撐分層設(shè)計(jì)便于降落施工過(guò)程中的分段拆除，提高施工效率。

3）墩柱處的縱橫向限位裝置用支撐體系本身作為限位受力結(jié)構(gòu)，也可以起到有效的限位作用；橋面系采用的被動(dòng)加主動(dòng)2套限位裝置，可比以往措施更有效地控制和適應(yīng)調(diào)坡過(guò)程中梁體的投影長(zhǎng)度變化，同時(shí)排除了梁體失控的風(fēng)險(xiǎn)。

上述經(jīng)驗(yàn)為今后類似項(xiàng)目的實(shí)施提供了技術(shù)支持，具有一定的借鑒意義。