摘要:隨著交通荷載和車流量不斷增大,我國許多既有公路、橋梁設計承載力已經(jīng)不能滿足日常交通通行的需求。文章以5座大橋為研究對象,采用旋轉(zhuǎn)頂升施工工藝對舊橋進行改造加固。結(jié)果表明,該工藝不僅可以保持舊橋結(jié)構(gòu)的完整性和過程的同步性,還具有施工工期短、控制精度高、造價低等優(yōu)點,可為同類舊橋加固項目提供參考。
關鍵詞:舊橋改造加固;旋轉(zhuǎn)頂升;荷載等級;控制精度
中圖分類號:U445.4A250842
0引言
隨著我國經(jīng)濟和交通運輸事業(yè)的快速發(fā)展,車流量迅速增長,過去修建的公路越來越“不堪重負”,路線改造已迫在眉睫[1-2]。
貴州省都勻至新寨專線二級公路就是迫切需要改造的路線之一。根據(jù)交通的發(fā)展及國家公路網(wǎng)的規(guī)劃,該路據(jù)設計要求改為山區(qū)一級高速公路,荷載等級提高至公路一級,原二級公路改造后作為新路的左幅行車道,需要對原公路的舊橋進行改造加固,以滿足提高后的荷載等級、路基高程及橋面超高設計要求。因受高空作業(yè)影響較大(橋下凈空均>15 m),結(jié)合橋梁上部荷載大和施工安全等原因,為了滿足新的橋面標高要求,實現(xiàn)橋面雙向橫坡變?yōu)閱蜗驒M坡及病害支座更換,經(jīng)研究及測算,決定采用同步旋轉(zhuǎn)頂升(以下簡稱旋轉(zhuǎn)頂升)施工工藝對舊橋改造加固。
1旋轉(zhuǎn)頂升
1.1工藝原理
旋轉(zhuǎn)頂升是一項成熟的構(gòu)件提升安裝施工工藝,廣泛應用于建筑施工中。但在橋梁頂升施工時,由于其對設備同步性和頂推力要求更高,目前應用較少。結(jié)合旋轉(zhuǎn)頂升技術適用于大噸位物體的旋轉(zhuǎn)、頂升和下放的特點,引入閉環(huán)控制理論,將梁體的頂升位移作為受控參數(shù),從而形成位移閉環(huán)控制,再利用壓力閉環(huán)控制技術對液壓系統(tǒng)的收缸或出缸進行調(diào)節(jié),最終實現(xiàn)梁體的同步旋轉(zhuǎn)、頂升和下放的目的[3-4]。
1.2工藝特點
(1)運用位移閉環(huán)控制理論結(jié)合液壓控制系統(tǒng),以位移量作為控制對象,實現(xiàn)力位控制,技術先進。
(2)控制精度高,避免橋梁構(gòu)件在頂升過程中發(fā)生變形,影響其初應力變化,不影響橋梁使用壽命,安全可靠。
(3)可長時間連續(xù)作業(yè),施工工期短,有利于減輕由于封路施工帶來的交通壓力。
(4)人工、材料和機械數(shù)量需求少,工程綜合造價低。
1.3設備及材料配置
主要施工材料及機具設備如表1所示。
2工程實例
都勻至新寨二級專線公路改擴建為一級高速公路,需維修、加固的大、中橋梁共14座。經(jīng)專家現(xiàn)場考察及評估,溝山大橋、大河口Ⅰ號大橋、大河口Ⅱ號大橋、大河口Ⅲ號大橋、文家寨大橋等5座大橋都需采用旋轉(zhuǎn)頂升工藝進行改造加固。
2.1施工工藝
2.1.1工藝流程
搭設施工平臺→解除橋面約束→鑿除舊橋面瀝青及混凝土鋪裝層→旋轉(zhuǎn)頂升系統(tǒng)安裝→梁體旋轉(zhuǎn)頂升→支座更換→橋面鋼筋混凝土面層補強。
2.1.2操作要點
2.1.2.1現(xiàn)場勘查、明確設計要求
(1)明確橋梁的頂升目的、頂升高度及頂升要求。
(2)根據(jù)橋梁原圖紙計算橋梁荷載分布。
(3)分析橋梁結(jié)構(gòu),計算橋梁破壞極限,確定頂升控制精度。
(4)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式,確定千斤頂分布。
(5)合理劃分控制區(qū)域。
2.1.2.2編制施工方案
(1)頂升基礎處理。
(2)頂升支撐的形式、布置方式。
(3)千斤頂安裝方法。
(4)臨時支撐的形式及安裝方法。
(5)限位的形式、布置方式。
(6)在橋梁頂升時,制定安全應急措施。
(7)保證工程質(zhì)量措施。
2.1.2.3施工準備
(1)支撐基礎處理,滿足頂升荷載要求。
(2)千斤頂及臨時支撐位置處理。
(3)橫縱向限位的制作、安裝。
2.1.2.4設備安裝
(1)根據(jù)支點反力大小,千斤頂兩端應設置適宜尺寸的鋼墊板以分散受力。
(2)根據(jù)頂升高度及操作的難易程度,可倒置安裝千斤頂。
(3)為避免千斤頂傾斜導致頂升過程產(chǎn)生水平分力,應嚴格控制其軸線垂直度。
(4)千斤頂與梁體接觸面面積應進行受力計算,保證局部應力不超出接觸面混凝土強度。
2.1.2.5梁體旋轉(zhuǎn)頂升
(1)梁體稱重
①頂升前應依據(jù)設計圖紙確定頂升荷載,通過逐級加載進行梁體稱重,由于主梁的頂升是在未破除主梁整個跨度的情況下進行的,因此要保證頂升過程同步進行。
②橋梁頂升時,在T梁兩端各設置一臺100 t液壓千斤頂,為減少接觸面局部應力集中的現(xiàn)象,需在千斤頂頂部加設一塊厚1 cm的加寬鋼板,以防止接觸面混凝土局部破壞。
③為保證各頂升點受力和上構(gòu)荷載基本一致,在5~10 mm的頂升高度內(nèi),反復調(diào)整千斤頂油壓,從而確定各頂升點油壓值。
④在頂升點位置(≤50 cm范圍)使用百分表配合稱重,對位移傳感器測得的位移進行校驗。計算頂升點實測值與理論值差異量并進行原因分析,確定其頂升的基準值。
(2)梁體試頂升
通過梁體試頂升檢驗上構(gòu)整體頂升的安全性、旋轉(zhuǎn)頂升系統(tǒng)的可靠性和稱重結(jié)果的準確性。頂升高度應控制在5~20 mm,需加強頂升過程檢測,為后續(xù)正式頂升提供可靠數(shù)據(jù)。
(3)旋轉(zhuǎn)頂升
①千斤頂在力位閉環(huán)控制系統(tǒng)作用下,將梁體分級頂升至可滿足各支座墊石施工的垂直高度。
②梁體頂升過程由同步控制系統(tǒng)嚴格控制,保證各位移監(jiān)測點同步精度誤差<5 mm,且橋梁破壞極限大于同步誤差[5]。
(4)倒撐
用臨時支撐代替千斤頂作用,以便千斤頂收缸后,增加千斤頂下部支撐的墊塊。
2.1.2.6支座更換
(1)根據(jù)設計要求進行支座更換。
(2)支座更換包括支座墊石及支座的加高、改造及更換。
2.1.2.7落梁
(1)支座墊石處理完成、支座安裝后,收缸落梁。
(2)由旋轉(zhuǎn)頂升系統(tǒng)控制分級落梁,過程中各支點應緩慢勻速卸載,保證各位移監(jiān)測點同步誤差小于橋梁破壞極限,且同步精度<5 mm。
2.1.2.8橋面鋼筋混凝土面層補強
橋面鋼筋混凝土面層補強,采用C50防水混凝土進行澆筑,澆筑時主要滿足橋面超高及路線、路基高程。
通過頂升改造后的5座橋橋面高程與路基設計高程一致,在滿足橋梁橫坡的同時,最大限度地減輕了加鋪橋面鋪裝的厚度。由于該工藝兼具安全、高效的優(yōu)點,全部頂升加固工作僅費時3個月。
2.2經(jīng)濟效益
都勻至新寨公路改擴建工程第21-1、22-1合同段內(nèi)文家寨大橋、大河口Ⅰ橋、大河口Ⅱ橋、大河口Ⅲ橋、溝山大橋加固過程中均采用了旋轉(zhuǎn)頂升施工工藝,該工藝操作簡單、實用,在不損壞現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)的同時,質(zhì)量控制良好,對交通影響小,搭建的施工平臺可同時進行橋梁病害的修復工作,施工緊湊,加快了工程施工進度,取得了良好的效益。
(1)從經(jīng)濟效益來看,橋梁頂升費用通常是橋梁本身造價的10%~30%,項目5座橋梁的頂升改造總費用<800萬元,而如果拆除并新建這5座大橋,其造價將>1億元,這其中未包含節(jié)省時間所產(chǎn)生的效益。
(2)從施工工期來看,拆除舊橋梁、新建橋梁的建設工期一般需要一年,而橋梁提荷加固施工,包括前期準備工作及病害修復工作僅需2~3個月,投資小,見效快。
(3)若是采用在橋面加鋪輕質(zhì)骨料混凝土來實現(xiàn)橋面高程及超高,與橋梁旋轉(zhuǎn)頂升相比,直接增加了橋梁的自重,加大了橋梁的二期荷載,未達到加固的目的;加鋪的輕質(zhì)骨料混凝土,原材料較貴,造價較高;結(jié)合貴州省采用輕質(zhì)骨料的高速公路運行情況來看,其承重較差,易破壞,運營期間路面修復成本較高,不適合重交通公路使用。
3結(jié)語
隨著交通荷載的不斷提高,舊橋改造加固勢在必行。同步旋轉(zhuǎn)頂升施工工藝操作簡單、實用,可以保證在不破壞橋梁結(jié)構(gòu)的前提下,保質(zhì)保量地完成加固工作,同時盡可能地減小對現(xiàn)有交通的影響,縮短施工工期,經(jīng)濟效益顯著,為今后的舊橋改造及修復開辟了新的途徑。
參考文獻
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作者簡介:曾云峰(1983—),工程師,主要從事道路橋梁施工技術工作。