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

        2016-11-17 08:50:50鐘元慶
        福建交通科技 2016年5期
        關(guān)鍵詞:支架橋梁施工

        ■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(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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(guó)民經(jīng)濟(jì)和交通建設(shè)的快速發(fā)展,越來(lái)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(yíng)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?,闡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(guó)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(zhǎng),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(jiǎn)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(jiǎn)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(cè)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(guò)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(cè)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(cè)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(guò)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(guò)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(guò)程中壓力和位移的實(shí)時(shí)變化通過(guò)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(guò)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(guò)程同步,避免應(yīng)力集中過(guò)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(lái)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(wú)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(chǎng)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(guò)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(cè)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(guò)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(guò)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(chǎng)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(cè)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(wú)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(guò)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(wú)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(guò)程實(shí)際就是控制橋梁位移的過(guò)程。通過(guò)在橋梁上的關(guān)鍵部位布置多個(gè)控制點(diǎn),監(jiān)測(cè)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(guò)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(cè)項(xiàng)目有:梁體縱、橫向位移觀測(cè);基礎(chǔ)沉降觀測(cè);橋面高程監(jiān)測(cè);梁體豎向位移監(jiān)測(cè);梁體應(yīng)力監(jiān)測(cè)等。

        (1)梁體縱、橫向位移監(jiān)測(cè)

        在頂升施工范圍外架設(shè)電子經(jīng)緯儀,監(jiān)測(cè)每跨橋面上布置的(縱)橫向位移觀測(cè)點(diǎn)。位移監(jiān)控采用高精密全站儀,測(cè)角精度0.5″,測(cè)距精度0.6mm+1ppm。頂升過(guò)程中隨時(shí)觀測(cè)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(cè)

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

        (3)橋面高程監(jiān)測(cè)

        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(cè)點(diǎn)布置在每個(gè)橋墩頂和每跨跨中,通過(guò)測(cè)量應(yīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、及時(shí)調(diào)整頂升速度的目標(biāo)。

        (4)梁體豎向位移監(jiān)測(cè)

        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(guò)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(cè)

        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(guò)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(yǔ)

        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(guò)程中,制定合理的施工組織方案和確保梁體無(wú)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(guò)半年的連續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè),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(guó)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.

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