分離式立交PLC同步頂升支座更換施工

摘要 文章以某高速公路分離式立交26#、32#墩支座更換施工為例，通過(guò)對(duì)橋梁支座病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析和支墩反力的計(jì)算，選用PLC計(jì)算機(jī)控制的液壓同步頂升技術(shù)進(jìn)行支座更換施工，與傳統(tǒng)的支座更換相比，該方法具有中斷交通時(shí)間短、工期短、造價(jià)低等突出的優(yōu)點(diǎn)。該工程的成功實(shí)施可為類似橋梁支座更換維修提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為后期工程投入使用奠定了堅(jiān)實(shí)的安全、質(zhì)量基礎(chǔ)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，值得推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 復(fù)雜環(huán)境；老舊橋梁；加固；加裝聲屏障；降低噪聲；社會(huì)效益

中圖分類號(hào) U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）13-0145-03

0 引言

在橋梁維修加固中，由于分離式立交橋的特殊性，頂升支座的更換需要同步進(jìn)行，但分離式立交橋的頂升支座更換具有非常大的難度，為了確保整個(gè)施工過(guò)程的整體穩(wěn)定性和安全性，必須針對(duì)分離式立交橋的頂升支座更換施工進(jìn)行詳細(xì)的研究和探討。

1 工程概述

1.1 工程概況

該工程某高速公路分離式立交位于兩條高速公路相交處，采用上跨現(xiàn)狀高速公路，主橋采用跨徑70 m的雙鉸型上承式拱形結(jié)構(gòu)；橋梁斜交角度為65 °，跨徑布置為19×20 m+70 m+19×20 m，橋梁總長(zhǎng)度為830 m，橋梁總面積為29 880 m2。橋梁的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)分別為現(xiàn)澆T梁和十字形片狀墩，樁基為鉆孔灌注樁，共有5根，樁長(zhǎng)和樁徑分別為48 m和1.2 m。

1.2 橋梁病害表現(xiàn)

2018年11月，通過(guò)量測(cè)引橋26#墩（東半幅）和32#墩（西半幅）支座，發(fā)現(xiàn)存在爬移、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，支座發(fā)生明顯剪切變形（見圖1所示）。

1.3 病害維修設(shè)計(jì)

鑒于爬移幅度較大的支座出現(xiàn)一定程度的損傷或其附屬構(gòu)件出現(xiàn)損傷，需對(duì)支座予以更換及復(fù)位。并在更換和復(fù)位過(guò)程中，采取必要的監(jiān)控措施，對(duì)主梁支點(diǎn)反力進(jìn)行控制，根據(jù)支座反力大小，調(diào)整支座墊石的標(biāo)高。

考慮橋梁支座因?yàn)檫^(guò)大的爬移導(dǎo)致了一定程度的損傷，或者其附屬構(gòu)件已經(jīng)出現(xiàn)損傷，需要進(jìn)行支座的更換和復(fù)位。這個(gè)過(guò)程需要精細(xì)的操作和嚴(yán)密的監(jiān)控，應(yīng)對(duì)支座反力進(jìn)行精確計(jì)量，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決可能出現(xiàn)的問(wèn)題，確保主梁支點(diǎn)的反力得到有效控制。對(duì)于主梁支點(diǎn)反力的控制，需要根據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)整支座墊石的標(biāo)高進(jìn)行完成。如果支座反力過(guò)大，說(shuō)明支座墊石的標(biāo)高可能過(guò)低，需要適當(dāng)提升墊石的標(biāo)高；如果支座反力過(guò)小，說(shuō)明墊石的標(biāo)高可能過(guò)高，需要適當(dāng)降低墊石的標(biāo)高。因此，須將該工程中高速公路分離式立交的26#墩（東半幅）和32#墩（西半幅）梁體進(jìn)行頂升，更換原有支座，且在頂升過(guò)程中必須進(jìn)行斷交后方可實(shí)施。

2 施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

2.1 施工特點(diǎn)

（1）液壓同步頂升過(guò)程中采用PLC進(jìn)行精準(zhǔn)控制。

（2）支座反力存在差異，整個(gè)橋面較寬，頂升體系反力的計(jì)算存在較大難度。

2.2 施工難點(diǎn)

（1）頂升過(guò)程中的位移精度控制要求非常高。

（2）梁體屬于七跨連續(xù)梁，當(dāng)頂升高度及荷載在增加的過(guò)程中，裂縫隱患相對(duì)較大，需要進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)。

（3）支座下墩柱存在傾斜情況，在梁體頂升過(guò)程中可能存在墩柱回彈，造成精度控制難度非常大。

3 總體施工方案

3.1 施工工序

根據(jù)該工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合交管部門的相應(yīng)要求，經(jīng)與相關(guān)部門多次開工前會(huì)議溝通，鑒于爬移幅度較大的32#和26#支座出現(xiàn)一定程度的損傷或其附屬構(gòu)件出現(xiàn)損傷，需對(duì)支座予以更換及復(fù)位，并加強(qiáng)施工過(guò)程中的監(jiān)控，做好主梁支點(diǎn)的反力控制，合理調(diào)整墊石標(biāo)高。橋梁頂升施工過(guò)程中，進(jìn)行半幅斷交、半幅導(dǎo)行，具體施工流程為：交通導(dǎo)行、交通封閉—土方開挖至承臺(tái)—頂升支撐結(jié)構(gòu)安裝、加固—頂升設(shè)備安裝、調(diào)試—試頂升、正式頂升到位—施工監(jiān)測(cè)—更換支座—安裝限位鋼板—落梁—拆除頂升支撐結(jié)構(gòu)—竣工驗(yàn)收、開放交通[1]。

3.2 梁體同步頂升支座更換施工

3.2.1 頂升支撐結(jié)構(gòu)體系安裝

頂升支撐結(jié)構(gòu)體系。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，支撐桿由Φ600×16 mm鋼管制作而成。上下鋼管支撐的連接采用螺栓，以槽鋼為媒介將橫撐和斜撐連接到一起，形成穩(wěn)固水平結(jié)構(gòu)。

（1）支撐鋼管。支撐鋼管采用兩端都帶有法蘭的Φ600×16 mm的鋼管，在鋼管垂直線路方向設(shè)置5根，間距為4 000 mm/cos25 °；每排設(shè)2根，間距為1 600 mm，鋼管中心應(yīng)與樁基中心軸線一致。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際量測(cè)，結(jié)合上部梁和千斤頂?shù)母叨龋?2#墩（西半幅）支撐鋼管長(zhǎng)度采用540 cm，由540 cm+50 cm+60 cm三節(jié)通過(guò)法蘭連接而成；26#墩（東半幅）鋼管長(zhǎng)度采用650 cm，由650 cm+200 cm+60 cm三節(jié)通過(guò)法蘭連接而成。鋼管支立完成后，保證鋼管的頂部標(biāo)高在同一平面，相差的部分通過(guò)在鋼管與承臺(tái)表面之間加入鋼墊塊找齊。每根鋼管通過(guò)植入既有承臺(tái)的6根M28錨栓固定。

（2）橫、斜撐。鋼管之間用[20b熱軋普通槽鋼通過(guò)斜撐或橫撐等形式相互連接成整體，以增強(qiáng)整體穩(wěn)定性，其中橫橋向采用橫撐相連，順橋向采用斜撐相連，間距均為200 cm，通過(guò)鋼板與鋼管焊接連接。

（3）縱、橫梁。橫向每排支撐鋼管頂部設(shè)置兩根I50縱梁，鋼管與縱梁通過(guò)焊接及管腳焊鋼板進(jìn)行連接與固定，縱梁長(zhǎng)度為280 cm?？v梁上設(shè)置橫梁，橫梁采用兩根I50工字鋼上下搭焊2 cm鋼板而成，橫梁平面尺寸為1 965.4 cm×40 cm，橫梁與縱梁通過(guò)焊接連接，且橫梁接頭均設(shè)置在縱梁正上方，橫梁安裝完成后作為千斤頂?shù)陌惭b平臺(tái)。

3.2.2 千斤頂選用及布置安裝

（1）千斤頂選用。結(jié)合支座反力，具體參考值如表1所示，選擇200 t螺旋自鎖千斤頂，行程為140 mm，安全系數(shù)=200/76.5≈2.6，符合相關(guān)施工要求。

帶機(jī)械自鎖的液壓千斤頂為單油路頂，可液壓頂升并回程。單幅橋頂升配置一臺(tái)泵站，全套系統(tǒng)由一套自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)8個(gè)千斤頂?shù)耐瑫r(shí)聯(lián)動(dòng)頂升，以及同一片梁下4個(gè)千斤頂?shù)穆?lián)動(dòng)調(diào)整，每道縱梁下的千斤頂均能獨(dú)自補(bǔ)償位移。

頂升千斤頂?shù)膮?shù)如下：

①頂升缸推力：200 T；②頂升缸行程：140 mm；③偏載能力：5 °；④頂升缸最小高度：395 mm；⑤最大頂升速度：10 mm/min；⑥組內(nèi)頂升缸控制形式：壓力閉環(huán)控制；⑦壓力控制精度：≤5%。

（2）千斤頂布置。在26#墩（東半幅）和32#墩（西半幅）沿橋縱向兩側(cè)主梁腹板下，各布置一個(gè)千斤頂，單幅橋千斤頂共布置8臺(tái)，利用泵站進(jìn)行頂升作業(yè)的控制。在施工過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)光柵尺和百分表進(jìn)行墩柱頂升精度的控制，基于二者所形成的位移監(jiān)控系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確及時(shí)地監(jiān)測(cè)頂升姿態(tài)，可實(shí)時(shí)掌握頂升墩柱的位移變化。

在頂升作業(yè)過(guò)程中，泵站及千斤頂都有可能發(fā)生故障，而頂升作業(yè)又必須連續(xù)進(jìn)行，因此在頂升作業(yè)過(guò)程中應(yīng)保證泵站、千斤頂均備用一套。由于光柵尺及百分表易損，備用一套外再分別備用3把（塊），確保在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下能夠暫時(shí)利用機(jī)械自鎖鎖死千斤頂，然后立即更換系統(tǒng)，保證整個(gè)頂升作業(yè)在安全、可控的狀態(tài)下進(jìn)行。

（3）千斤頂安裝。千斤頂?shù)鬃枰€(wěn)定設(shè)置在鋼支撐橫梁上，同時(shí)在安裝過(guò)程中考慮梯梁上存在一定程度的縱坡和橫坡，所以在千斤頂安裝過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際情況，通過(guò)墊塊進(jìn)行找齊；墊塊應(yīng)放在千斤頂和橫梁之間，為了確保連接的穩(wěn)固性，應(yīng)采用焊接連接。同時(shí)，在安裝過(guò)程中需要嚴(yán)格控制千斤頂?shù)拇怪倍?，確保其全面符合相關(guān)安裝設(shè)計(jì)要求，避免在使用過(guò)程中由于水平分離的存在而影響施工安全和效果。

3.2.3 頂升系統(tǒng)調(diào)試

對(duì)液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)檢查，確保各系統(tǒng)都能正常運(yùn)行。然后再設(shè)定初始加載值，并讀取各傳感器的初始值。

3.2.4 頂升支座更換

（1）試頂升。全部工作準(zhǔn)備就緒后開始進(jìn)行試頂升。為了確保試頂升過(guò)程中的安全與穩(wěn)定，需要嚴(yán)格控制頂升速度，保持在10 mm/min以內(nèi)。同時(shí)，為了防止對(duì)梁體造成過(guò)大的應(yīng)力，最大頂升高度應(yīng)在2 cm以內(nèi)[2]。在頂升過(guò)程中，需要密切關(guān)注梁體的支撐體系和設(shè)備的運(yùn)行狀況。

（2）正式頂升。通過(guò)液壓同步頂升系統(tǒng)，使得每幅橋下的千斤頂可聯(lián)動(dòng)頂升，控制每條主梁頂升位移的同步性。在頂升力控制（力控）階段，應(yīng)以理論計(jì)算的各支墩反力參考值為依據(jù)，分級(jí)加載，每級(jí)加載的頂升力為150～200 kN，直到將各主梁的自重轉(zhuǎn)換到千斤頂和臨時(shí)支撐上；應(yīng)在每次加力頂升過(guò)程中監(jiān)測(cè)頂升量，確保各墩基本保持一致。在頂升量控制（位控）階段，由于梁體自重已全部轉(zhuǎn)換到了千斤頂上，頂升力不再增加，應(yīng)分級(jí)頂升，每次頂升量為1 mm，通過(guò)光柵尺測(cè)量頂升位移值，并做出是否調(diào)整頂升量的指令；循環(huán)上述步驟，直至主梁頂起至可操作更換支座的位置。

（3）支座更換。新加支座與梁底的密貼程度非常關(guān)鍵。為了確保支座和梁底之間的貼合度，需要在空隙、不平的部分插入一些支座墊板。在插入支座墊板前，首先需要把鋼板二用環(huán)氧樹脂黏在墩頂，這樣可以增強(qiáng)鋼板與墩頂?shù)倪B接強(qiáng)度，防止在后續(xù)過(guò)程中出現(xiàn)移位或松動(dòng)。然后再將鋼板與支座進(jìn)行精準(zhǔn)對(duì)接和黏合。為了提高鋼板間的連接效果，還需要在相接觸的板面間涂抹環(huán)氧樹脂，楔入鋼板與支座，使支座頂面與主梁底面密貼（見圖3所示），并安裝支座限位鋼板。在上述各環(huán)節(jié)施工完成后，均需要進(jìn)行細(xì)致的檢查和測(cè)試，以確保每一步的操作都符合要求，同時(shí)也要保證最終的支座與梁底密貼程度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。這樣才能夠確保橋梁的安全和穩(wěn)定，保證其具有長(zhǎng)期的使用壽命和性能。

（4）落梁。在進(jìn)行落梁之前，必須進(jìn)行細(xì)致的檢查以確保新支座的安放無(wú)誤。為了保證落梁過(guò)程中的梁體平衡，需要確保千斤頂?shù)拿看位芈淞浚沟昧后w能夠平穩(wěn)地降落。在落梁過(guò)程中，需要時(shí)刻關(guān)注支座與梁底的接觸情況。為了確保支座與梁底的完全接觸，需要進(jìn)行多次檢查。如果發(fā)現(xiàn)支座與梁底未能完全接觸，需要立即采取措施，重新起頂并調(diào)整位置，直到符合要求為止。此外，還需要嚴(yán)格控制各主梁之間的位移差。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要在落梁過(guò)程中對(duì)各主梁的位置進(jìn)行精確的測(cè)量和調(diào)整，確保它們之間的位移差在允許的范圍內(nèi)。在落梁完成后，還需要進(jìn)行一系列的后續(xù)檢查和測(cè)試，包括對(duì)梁體和支座的全面檢查、對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力測(cè)試等。

（5）拆除頂升支撐結(jié)構(gòu)體系。

3.3 施工監(jiān)測(cè)

該工程施工監(jiān)測(cè)是指頂升過(guò)程中，為保證橋梁的整體姿態(tài)而進(jìn)行的監(jiān)測(cè)，包括結(jié)構(gòu)的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜等。監(jiān)測(cè)貫穿于頂升全過(guò)程中，監(jiān)測(cè)分為三套系統(tǒng)，包括光柵尺、百分表及電子水準(zhǔn)儀，各種儀器精度都能達(dá)到0.01 mm，并在施工過(guò)程中進(jìn)行相互校核，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。該工程聘請(qǐng)第三方監(jiān)測(cè)單位進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)部位及內(nèi)容包括承臺(tái)沉降觀測(cè)、梁體底面標(biāo)高測(cè)量、支撐體系的觀測(cè)、墩柱姿態(tài)監(jiān)測(cè)、頂力監(jiān)測(cè)、相鄰墩不均勻沉降觀測(cè)等。同步頂升時(shí)需要做到對(duì)力和位移的監(jiān)控，要求頂升/降落精度≤0.5 mm[3]。該工程梁體頂升豎向位移警戒值為4 mm，限制值為6 mm；每片主梁之間頂升的豎向位移差警戒值為1 mm，限制值為2 mm，實(shí)際操作中應(yīng)以順利更換支座為準(zhǔn)。

4 結(jié)論

橋梁支座更換施工完成后，各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。因此，采用PLC計(jì)算機(jī)控制的液壓同步頂升支座更換施工技術(shù)是合理、有效的，對(duì)同類工程施工具有十分重要的參考價(jià)值及實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭永奎， 王強(qiáng). 淺談橋梁支座及其受力[J]. 城市建設(shè)理論研究（電子版）， 2013（24）： 1-5.

[2]甘采博， 李明， 郭云峰， 等. 同步頂升技術(shù)在橋梁支座更換施工中的應(yīng)用[J]. 南華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2013（4）： 96-99+104.

[3]梁利文， 郭世滔， 李興奎， 等. 應(yīng)用于橋梁支座更換的超高精度液壓同步頂升系統(tǒng)[J]. 液壓氣動(dòng)與密封， 2016

（12）： 57-60.

收稿日期：2024-02-04

作者簡(jiǎn)介：孫彥龍（1988—），男，本科，助理工程師，從事交通機(jī)電工程工作。