橋梁同步頂升技術(shù)在大型橋梁改造中的應(yīng)用

沈灝

摘 要：隨著橋梁工程建設(shè)速度的加快，一些舊有橋梁老化或難以滿足使用需求，需要進行改造，拆除重建成本高、周期長、污染大，橋梁頂升技術(shù)的出現(xiàn)可以在低成本環(huán)保的前提下，提高橋下凈高，解決沉降和支座老化問題，本文在研究橋梁頂升技術(shù)的工作原理基礎(chǔ)上，分析頂升系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作過程。

關(guān)鍵詞：橋梁改造;同步頂升;頂升系統(tǒng)

1 橋梁頂升技術(shù)概述

近些年來，隨著交通設(shè)施的快速發(fā)展，橋梁建設(shè)的改造升級需求隨之增加。一些使用年限較長的大型橋梁已無法滿足使用需求，需要增加橋跨下部凈高，或者由于支座變形、基礎(chǔ)沉降等需要進行維修改造，如果直接拆除重建，造成人力物力浪費與環(huán)境污染，而同步頂升技術(shù)在不改變結(jié)構(gòu)完整性的前提下，通過在剛性立柱支撐部位設(shè)置千斤頂，將橋墩和柱承受的上部荷載轉(zhuǎn)移至千斤頂，然后對橋墩進行切割，將高強材料墊入，完成后拆去千斤頂，實現(xiàn)橋梁的頂升。

整體頂升技術(shù)與傳統(tǒng)的橋梁拆除改造相比，大大縮短工期，節(jié)約資金50%-75%，減少建筑垃圾和對周圍居民的影響，不需要大面積中斷交通。典型的案例如我國的上海南浦大橋頂升重量1萬噸，高度約5米，湖州南林大橋重量約5千噸頂升約3米。

2 工作原理

2.1 力學(xué)原理

橋梁上部結(jié)構(gòu)的受力情況只與支撐的約束邊界相關(guān)，固定鉸支座和滑動鉸支座不受支撐高度影響，固端約束支座受影響較小，這是橋梁可以實現(xiàn)頂升的前提條件。據(jù)此，可以使用臨時支座在附近的位置上替代舊支座，對橋梁結(jié)構(gòu)的受力情況影響較小，而且橋的橫梁以及腹板可以用作頂升支撐的作業(yè)平臺。在作業(yè)過程中需要保證上部結(jié)構(gòu)的受力情況與頂升前基本一致，因此在頂升過程中需要避免頂升點不同步發(fā)生剪切和扭曲，在實際工程中應(yīng)用PLC頂升技術(shù)（計算機可編譯程序控制器）進行精確控制頂升的同步性，精確度可以控制在2mm以內(nèi)。

2.2 PLC液壓頂升技術(shù)原理

PLC液壓頂升技術(shù)的原理為操作臺通過PLC發(fā)送頂升指令后，通過壓力和位移傳感器的雙重監(jiān)測將信號反饋至操作臺，監(jiān)測到偏差時PLC控制系統(tǒng)發(fā)送指令可及時進行糾偏。具體流程如圖1所示，首先可將頂升的部位進行分區(qū)，在相應(yīng)的區(qū)域布設(shè)壓力傳感器和位移監(jiān)測傳感器，壓力傳感器與預(yù)設(shè)的壓力信號對比，產(chǎn)生偏差進行調(diào)整可以最大限度的降低附加應(yīng)力，排除外界干擾;位移傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)信號對比，將誤差信號進行反饋，PLC據(jù)此調(diào)節(jié)頂升力增大或減小來消除誤差。

3 同步頂升系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 千斤頂及支撐裝置。千斤頂通常布設(shè)在支座上，如圖2（a）所示，當(dāng)頂升起一定高度后，需要在支點附近設(shè)置鋼墊塊或者鋼墩的支撐材料，如圖2（b）所示，隨千斤頂?shù)纳叨?，?dāng)千斤頂失效或發(fā)生意外情況時承擔(dān)支撐作用，避免危險的發(fā)生。

3..2 托架系統(tǒng)。托架體系如圖3（a）和（b）所示，在柱四周澆筑抱柱箍，頂升時作用力通過抱住箍傳至墩柱再傳到基礎(chǔ)，通過新舊混凝土的摩擦力傳遞。千斤頂臨時鋼墊塊下為Φ500鋼管支撐，鋼管通過工字鋼焊接為整體，加強整體的穩(wěn)定性。

3.3 限位裝置。限位裝置的作用是限制結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橫向以及縱向的位移偏差，該裝置包括墩柱的橫向限位和橋面的縱向限位，限位裝置為具有足夠剛度的鋼結(jié)構(gòu)。橫向限位選取墩柱的四角設(shè)置分肢角鋼，形成格構(gòu)柱限制橫向的位移。縱向限位的方法是安裝螺栓橋面牽拉裝置，其作用是在使橋梁在坡度不變情況下降低水平投影長度。

3.4 監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)既包括上述PLC液壓控制裝置，對斷面受力和位移進行監(jiān)控與實時糾偏，另外還需要對結(jié)構(gòu)溫度場、混凝土材料試驗、主梁在各施工階段的變高變化等進行監(jiān)控，對誤差及時報告，通過綜合分析識別參數(shù)，進行現(xiàn)場實時修正，從而形成施工→測量→判斷→修正→施工的良性循環(huán)。

4 工作過程分析

橋梁的頂升過程主要分為以下幾個階段：預(yù)頂試驗→荷載稱重→頂升→持荷→荷載逐步降低。

正式頂升前需要進行預(yù)頂試驗，確保各系統(tǒng)能夠正常運行，檢查是否有漏油、接頭是否緊密，橋梁基礎(chǔ)有無異常形變。之后對上部結(jié)構(gòu)的頂升部位進行稱重，確定荷載情況，從而準(zhǔn)確布設(shè)頂升點，使得產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力最小化。進入正式頂升階段，針對簡支梁各段的頂升位移不完全相同，初始階段將其整體同步進行頂升，到位的分段停止頂升，未到位的繼續(xù)頂升，即分步到位。對于連續(xù)梁橋，從橋頭到橋尾根據(jù)高度不同，按比例設(shè)定頂升的高度，同步到位，避免產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力造成損傷。

頂升后需要保持持荷狀態(tài)一段時間墊入高強材料，通過液壓系統(tǒng)進行精確調(diào)整。如果檢測到持荷的誤差超出設(shè)定范圍，啟動動力源，調(diào)用頂升程和頂升結(jié)恢復(fù)到位。在高強材料墊入完畢或支座更換完畢后，需要進行卸荷，通過對液壓缸的控制使負(fù)荷逐漸降低。

5 結(jié)語

橋梁整體頂升技術(shù)在大型橋梁改造工程中起到重要作用，適用于梁式結(jié)構(gòu)、剛架橋結(jié)構(gòu)和拱式結(jié)構(gòu)等各類橋梁，可以避免大量的拆除重建工作，縮短工期，減小大型橋梁對城市交通運行的沖擊，有利于橋梁工程的可持續(xù)性發(fā)展。

參考文獻：

[1]吳桐.橋梁同步頂升對橋梁結(jié)構(gòu)影響分析[J].建材與裝飾，2020（07）：292-293.

[2]袁放. 既有線上跨橋梁同步頂升與平移技術(shù)研究[D].華東交通大學(xué)，2011.

[3]藍(lán)戊己，顧遠(yuǎn)生，束學(xué)智，彭勇平.大型橋梁整體頂升平移關(guān)鍵技術(shù)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2010，40（S2）：687-689.