■陳 勇，姚成全 ■江蘇省交通工程集團有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003

1 前言

蘇州市中環(huán)快速路園區(qū)段工程標段六工程，是蘇州市2013 年度重點工程，溝通婁江快速路的重要節(jié)點，全標段共計新建橋梁12 座，原有主線維護橋梁總長3108.3m 跨越雙陽路、312 國道、滬寧高速、葑亭大道、滬寧鐵路和婁江，共109 孔，為分離式雙幅橋，共39 聯(lián)。為能快速、安全、高效的完成高架維護中的橡膠支座更換，我部采用了同步千斤頂頂升更換支座施工方法，優(yōu)質(zhì)高效的完成了施工任務;

2 施工工藝及方法

2.1 施工要點

2.1.1 箱梁頂升及支座更換關鍵技術

2.1.1.1 頂升方法

由于本橋各聯(lián)箱梁跨徑不大，單墩頂升時會在箱梁內(nèi)產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，因此除婁江大橋過渡墩處的支座，其它各聯(lián)箱梁均采用一聯(lián)整體同步頂升的方案;同時在整體頂升過程中加強對各相鄰墩頂升位移以及箱梁控制截面應力的監(jiān)測，盡量減小各墩之間的頂升高差，同一墩上各頂升點之間應同步，從而確保頂升過程中結(jié)構(gòu)受力安全。

2.1.1.2 千斤頂系統(tǒng)

本次頂升系統(tǒng)采用自鎖式PLC 液壓同步控制系統(tǒng)。在采用傳統(tǒng)的頂升工藝時，往往由于荷載的差異和設備的局限，無法根本消除油缸不同步對頂升構(gòu)件產(chǎn)生的附加內(nèi)力，具有極大的安全隱患。采用PLC 液壓同步頂升技術，可從根本上解決了這一長期困擾移位工程界的技術難題，PLC 控制液壓同步頂升是一種力和位移綜合控制的頂升方法，這種力和位移綜合控制方法，建立在力和位移雙閉環(huán)的控制基礎上。由液壓千斤頂，精確地按照橋梁上部結(jié)構(gòu)的實際荷重，平穩(wěn)地頂舉橋梁，使頂升過程中梁體受到的附加內(nèi)力下降至最低，同時液壓千斤頂根據(jù)分布位置分組，與相應的位移傳感器(光柵尺)組成位置閉環(huán)，以便控制頂升的位移和及頂升過程中梁體的姿態(tài)，同步精度為±1.0mm，這樣就可以很好的保證頂升過程的同步性，確保頂升時梁體結(jié)構(gòu)安全。

2.1.1.3 箱梁頂升高度和新澆墊石厚度確定

結(jié)合施工實際情況，在兼顧梁體與支座頂面之間能夠脫空，原支座能順利取出、墊石能鑿除和重新澆筑、新支座順利安裝的前提下，梁體整體頂升高度確定為5mm。

為確保落梁后箱梁的高程和受力狀態(tài)與支座更換前的狀態(tài)相一致，首先應使支座更換前后梁底楔塊預埋鋼板至墩頂面的距離相等，即:f0+h0=f1+h1。由于頂升時箱梁出現(xiàn)了豎向頂升位移△h，落梁后盆式橡膠支座受力產(chǎn)生一定的壓縮變形△s，因此若要使得落梁后箱梁高程不出現(xiàn)變化，需要調(diào)整新澆筑墊石的厚度。其厚度計算公式如下:

式中:f0——原板式橡膠支座實測高度;h0——原墊石實測厚度;f1——新更換的盆式橡膠支座高度;△s——盆式橡膠支座受力產(chǎn)生的壓縮變形。

支座更換后

支座更換前

2.1.1.4 千斤頂布置

根據(jù)頂升力和布置方式，千斤頂選用兩種型號:(1)單個千斤頂?shù)捻斏Σ恍∮?00t，油缸外徑最大值按17.5cm 計算，千斤頂本體高度不大于15cm。(2)單個千斤頂?shù)捻斏Σ恍∮?00t，油缸外徑最大值按24.5cm 計算，千斤頂本體高度不大于15cm。

千斤頂安裝時，為了增加局部承壓面積，在千斤頂與箱梁底面、墩柱頂面接觸面放置鋼墊板。千斤頂安裝時應保證千斤頂?shù)妮S線垂直，以免因千斤頂安裝傾斜在頂升過程中產(chǎn)生水平分力。墊板必須水平，安裝時采用水平尺校準水平，并采用砂漿找平，再加設20mm 厚鋼板作為墊板。如果梁底混凝土面不平整或有一定的傾斜度，先用砂漿找平，再安裝千斤頂。同時千斤頂?shù)纳舷戮O置鋼墊板以分散集中力，保證結(jié)構(gòu)不受損壞。千斤頂安裝示意見圖所示。

千斤頂安裝示意圖

對于La=130cm 的柱式墩，由于墩頂空間放置100t 的千斤頂，底盤直徑17.5cm，其布置靠近柱邊，受力主要作用在墩頂邊緣位置，頂升時有可能會出現(xiàn)混凝土劈裂現(xiàn)象，存在安全隱患，設計采用鋼抱箍作為安全儲備。

本方案擬采用100t 的小千斤頂，底盤直徑僅為17.5cm，在墩頂完全布置開，且采用12 個千斤頂在墩頂橫橋向支座兩側(cè)布置，頂升力分散在12 個頂上，集中力較小，墩頂受力較為均勻。La=130cm 的柱式墩頂面千斤頂布置方式詳見下圖，鋼箍構(gòu)造詳見下圖所示，其它柱式墩頂面千斤頂布置詳見附件:千斤頂布置圖。

130cm 柱式墩千斤頂布置圖(單位:cm)

2.1.2 主要工藝及要點

2.1.2.1 頂升前安全檢查

(1)正式頂升前必須進行試運轉(zhuǎn)，檢查其同步上升情況、千斤頂有無漏油以及構(gòu)件有無卡死等情況，同時檢查同步頂升時操作是否靈活方便。(2)對液壓系統(tǒng)、控制器、千斤頂?shù)软斏O備進行檢查，確保其正常運行。(3)在每個墩頂設置一個百分表，調(diào)試在合適量程范圍內(nèi)，并進行初讀數(shù)。

2.1.2.2 頂升箱梁

140cm 柱式墩千斤頂布置圖(單位:cm)

頂升過程采用頂升力和位移雙控的原則，首先在頂升系統(tǒng)的控制下開始稱重，當實際頂升力接近設計噸位時，放緩頂升速度，并由專人在頂升過程試取原支座，使用位移傳感器確認楔塊與原支座剛剛脫離，能夠取出支座，說明橋梁的全部荷載已轉(zhuǎn)移至油缸上，此時記錄各點反饋的實際荷載壓力及位移量。通過反復調(diào)整各千斤頂?shù)挠蛪海梢允垢鼽c的壓力與上部荷載大致平衡，并能保證頂升過程中的位移同步，則該組數(shù)據(jù)即為最終的稱重結(jié)果。

2.1.2.3 持荷施工階段

持荷施工階段是整個支座更換施工過程中較為重要的步驟，主要包括七個方面的內(nèi)容:(1)取出原支座。在橋梁頂升到位后，立即將各組自鎖千斤頂鎖定觀測確定鎖定穩(wěn)定后，進行原支座拆除，拆除采用3T 手拉葫蘆將支座取出。(2)墊石的鑿除。采用小型電動工具將原墊石拆除。并進行墊石底面整平清理。如圖1

圖1

圖2

(3)新支座安裝。①新支座預埋下鋼板與新支座安裝。將新支座臨時固結(jié)件解除，取出支座內(nèi)橡膠和墊塊，將支座鋼盆和墊石預埋鋼板焊接固定，并重新組裝進行安;②新支座安裝。a.支座位置進行測量放樣，安裝時使支座中心線與墊石中心線重合。b.安裝位置到位后，通過廠家提拱支座壓縮變形量控制標高并采用小型千斤頂預緊消除支座裝配間隙進行安裝，支座上鋼板和楔塊預埋鋼板焊接。c.支座下鋼板和墊石豎向鋼筋焊接固定;(如圖2)(4)新墊石澆筑。本階段施工應避免對已完成頂升的千斤頂支撐系統(tǒng)造成影響，新墊石澆筑前，應進行準確放樣，精確定位墊石中心線，中心線及新支座中心線必須與支座墊石中心線重合。墊石的施工工藝如下:①采用定型小鋼模板，確保墊石模板的四周封閉良好;②啟動空壓機，利用壓縮空氣將墊石底面灰塵清理干凈，并用自來水進行充分濕潤;③按廠提供的水灰比，將灌漿料充分攪均后進行墊石澆筑，確保墊密實。④現(xiàn)場抽樣做砂漿試塊，不間斷灑水養(yǎng)護，待其強度至少達到30MPa 以上時再拆除模板，再檢查其密實性。如產(chǎn)生空洞等不密實現(xiàn)象必須重新澆筑，如果表面局部有蜂窩麻面，則用結(jié)構(gòu)補壓修補完整。

2.1.2.4 落梁

落梁過程采用頂升力和位移雙控，各千斤頂同步回油。落梁前，先解除支座臨時鎖定裝置，千斤頂加油，直至可以卸除千斤頂機械鎖定螺母，再同步進行千斤頂回油。落梁過程中，嚴格控制同一橋墩橫橋向、相鄰墩之間的同步回落。

為了確保落梁后同一橋墩各墩柱處支座受力均勻、符合原設計要求，落梁前仍應對同一橋墩各支座墊石頂面至楔塊底面的凈距進行測量，以確保各支座處凈距相同。凈距測量點位采用施工準備階段所設的永久點。

2.1.2.5 支座更換過程監(jiān)控

由于梁體頂升與回落過程中結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，因此在頂升中我公司委托上海市公路工程質(zhì)量檢測中心(交通部甲級試驗室資質(zhì)［交GJC 甲042 號］)，對梁體控制截面的位移、應力和裂縫情況等進行監(jiān)測。頂升施工監(jiān)控的原則是位移和應力雙控。

(1)頂升過程立柱受力驗算。混凝土構(gòu)件局部承壓驗算計算公式見下式所示，左式為頂升力，右式為局部承壓承載力。

①La=1.3m 立柱、支座φ=900 ×184mm。該類型立柱的最大恒載支反力為4315kN，頂升力取為1.2 倍的支反力，最大頂升力γ0Fld=5178kN。

1.3 ηsβfcdAln=1.3 ×13.8 ×(190 ×210)×12=8589.7kN ＞γ0Fld=5178kN。

滿足規(guī)范要求。

②La=1.4m 立柱、支座φ=1000 ×184mm。該類型立柱的最大恒載支反力為6850kN，頂升力取為1.2 倍的支反力，最大頂升力γ0Fld=8220kN。

1.3 ηsβfcdAln=1.3 ×13.8 ×(190 ×225)×12=9203.2kN ＞γ0Fld=8220kN。

滿足規(guī)范要求。

La=1.3m 的立柱頂部千斤頂平面布置圖

La=1.4m 的立柱頂部千斤頂平面布置圖

③La=1.6m 立柱、支座φ=1000 ×184mm。該類型立柱的最大恒載支反力為6550kN，頂升力取為1.2 倍的支反力，最大頂升力γ0Fld=7860kN。

1.3 ηsβfcdAln=1.3 ×13.8 ×(290 ×290)×6=9052.5kN ＞γ0Fld=7860kN。

滿足規(guī)范要求。

La=1.6m 的立柱頂部千斤頂平面布置圖

④頂升時墩頂實體單元應力分析。La=1.3m、支座直徑φ=900mm 的立柱頂部布置12 個100 噸千斤頂，其計算的最大壓應力為15.3MPa，最大拉應力為-1.85MPa，應力云圖詳見圖所示;La=1.3m、支座直徑φ=750mm 的立柱頂部布置6 個200 噸千斤頂，其計算的最大壓應力為15.9MPa，最大拉應力為-1.85MPa，應力云圖詳見圖所示。

La=1.3m 立柱(支座直徑900mm)在最大頂升力作用下應力分布圖(Sig-eff)

La=1.3m 立柱(支座直徑900mm)在最大頂升力作用下應力分布圖(Sig-xx)

La=1.3m 立柱(支座直徑900mm)在最大頂升力作用下應力分布圖(Sig-yy)

La=1.3m 立柱(支座直徑900mm)在最大頂升力作用下應力分布圖(Sig-zz)

La=1.3m 立柱(支座直徑750mm)在最大頂升力作用下應力分布圖(Sig-eff)

La=1.3m 立柱(支座直徑750mm)在最大頂升力作用下應力分布圖(Sig-xx)

La=1.3m 立柱(支座直徑750mm)在最大頂升力作用下應力分布圖(Sig-yy)

La=1.3m 立柱(支座直徑750mm)在最大頂升力作用下應力分布圖(Sig-zz)

(2)各墩頂頂升位移不同步情況下箱梁應力和支反力變化量。為了解頂升位移不同步對箱梁應力變化的影響，分別計算了邊墩比中墩頂升量高5mm 和10mm 以及中墩比邊墩頂升量高5mm 和10mm 幾種工況條件下的梁體應力情況，從計算結(jié)果來看，頂升位移不同步10mm情況下，箱梁最大的應力變化僅為0.48MPa，影響并不大，說明只要將頂升位移不同步情況控制在5mm 以內(nèi)，結(jié)構(gòu)受力是安全的。

3 ×30m 連續(xù)箱梁計算模型

各墩頂頂升位移不同步情況下箱梁截面應力和支反力變化量一覽表

邊墩比中墩頂升量高5mm 時箱梁截面上緣應力分布圖

中墩比邊墩頂升量高5mm 時箱梁截面上緣應力分布圖

邊墩比中墩頂升量高5mm 時箱梁截面下緣應力分布圖

中墩比邊墩頂升量高5mm 時箱梁截面下緣應力分布圖

(3)位移監(jiān)測。各頂升點處的頂升量應嚴格按照設計要求進行。在箱梁底板兩側(cè)設置百分表，頂升時通過百分表的讀數(shù)控制頂升量并控制梁體的轉(zhuǎn)動。頂升過程中，要確保同一墩頂百分表的讀數(shù)變化應一致;同時為防止施工過程中碰到百分表導致讀數(shù)有誤，分別在墩頂四角位置設置固定觀測點，采用游標卡尺進行測量，并和百分比讀數(shù)相互校核，并為新澆筑墊石厚度計算提供數(shù)據(jù)。具體測點布置詳見圖所示。

墩頂固定觀測點布置示意圖

百分表布置示意圖

(4)應力監(jiān)測。應力監(jiān)控主要是在頂升、持荷和梁體回落過程中對關鍵截面(支點、跨中截面)監(jiān)控，將實測應力數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)進行比較。如果施工過程中出現(xiàn)實測與理論值差異較大的情況，應立即停止施工，查找原因并及時調(diào)整。

應力監(jiān)測采用振弦式傳感器和配套的讀數(shù)儀進行測量，具體測試截面和測點布置詳見圖。

箱梁應力測試截面布置示意圖

(5)裂縫監(jiān)測。裂縫觀測主要對受力關鍵截面的裂縫開展情況進行觀測。施工前，對箱梁已有裂縫進行長度、寬度的測量，并作好記錄。裂縫觀測截面的選擇與應力監(jiān)測截面相同。在頂升過程中，應對原有裂縫觀測其寬度及長度的變化情況，并檢查有無新增裂縫，做好裂縫性狀的記錄與分析。裂縫主要采用裂縫觀測儀進行觀測，見圖所示。

箱梁截面應力測點布置示意圖

裂縫寬度測試

(6)監(jiān)控預警機制。為避免監(jiān)控單位在發(fā)布預警報告時不分輕重緩急，監(jiān)控采用二級預警機制，即分別為一般預警和緊急預警。

一般預警的主要目的是把監(jiān)控過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題和異常情況及時傳遞給各方，提出相應的改進建議，合理的指導支座更換施工，以便更好的控制支座更換施工質(zhì)量，并確保結(jié)構(gòu)受力安全，主要在以下幾種情況下發(fā)出:①當各墩之間的頂升高差超過1mm 時;②同一墩頂橫橋向兩支座頂升高差超過0.3mm 時;③當箱梁控制截面實測應力變化量的平均值小于0.8 計算值或大于1.2 計算值時;④當檢查發(fā)現(xiàn)箱梁梁體出現(xiàn)有裂縫時;⑤當發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場施工流程有誤或存在其它不合理的操作時。

緊急預警是當通過監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)有重大安全隱患的時候發(fā)出，主要有以下幾種情況:a.箱梁控制截面測試的拉應力值超過規(guī)范允許值-2.44MPa 時;b.當各墩之間的頂升高差超過5mm 時;c.同一墩頂橫橋向兩支座頂升高差超過1mm 時;d.當發(fā)現(xiàn)梁體出現(xiàn)受力裂縫，且裂縫長度、寬度等不斷發(fā)展，處于不穩(wěn)定狀態(tài)時;e.墩頂混凝土出現(xiàn)開裂時;f.頂升過程中箱體出現(xiàn)異常聲響，致使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)崩裂時;

一般預警的報告流程為:監(jiān)控單位以書面形式寫明情況，并分析原因和提出改進建議，交給監(jiān)控領導小組的業(yè)主代表，由業(yè)主下發(fā)總監(jiān)辦，并由總監(jiān)辦監(jiān)督施工方遵照實施。

緊急預警的報告流程為:監(jiān)控單位以電話形式報告給監(jiān)控領導小組組長(并在24 小時內(nèi)補充書面形式)，由領導小組組織召集各方開會，研究和商討處治方案。

3 效益分析

(1)經(jīng)濟效益。本工法與其它頂升方法相比，減少了臨時支撐的搭設，按照本項目為例如果采用其它頂升方法進行施工，共計需要支座更換的90 個墩，平均每個墩身搭設臨時支撐成本按照6000 元計算，可以節(jié)約成本45 萬元，經(jīng)濟效益明顯。(2)社會效益。(3)縮短工期，降低了工程成本。(4)安全性高，最大程度的確保了梁體本身的結(jié)構(gòu)安全和施工過程的安全性。(5)整個施工工藝易于掌握，容易提高生產(chǎn)工人施工的熟練程度，便于施工隊伍建設，為企業(yè)帶來無形的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

綜上所說利用PLC 液壓同步控制系統(tǒng)，使千斤頂同步工作，整體抬升梁體，保證抬升梁體的整體穩(wěn)定，避免受力傳遞的相對集中，最大程度的消除由于不同步而產(chǎn)生的附加內(nèi)力，規(guī)避對梁體的二次破壞，保證結(jié)構(gòu)安全;千斤頂由大化小，化整為零，最大限度的利用梁體與墩身之間的狹小空間，采用自鎖式超薄液壓千斤頂，將原有墩身作為反力支撐體，不需另做支撐體，同時也規(guī)避了新做支撐體而導致的不均勻沉降問題，且大大提高了頂升的安全性。為需要支座更換的橋梁積累了一定的施工經(jīng)驗。