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        舊橋改造加固旋轉(zhuǎn)頂升施工工藝

        2023-07-18 05:54:37曾云峰
        西部交通科技 2023年4期
        關(guān)鍵詞:控制精度

        摘要:隨著交通荷載和車流量不斷增大,我國(guó)許多既有公路、橋梁設(shè)計(jì)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?yàn)檠芯繉?duì)象,采用旋轉(zhuǎn)頂升施工工藝對(duì)舊橋進(jìn)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(jià)低等優(yōu)點(diǎn),可為同類舊橋加固項(xiàng)目提供參考。

        關(guān)鍵詞:舊橋改造加固;旋轉(zhuǎn)頂升;荷載等級(jí);控制精度

        中圖分類號(hào):U445.4A250842

        0引言

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展,車流量迅速增長(zhǎng),過去修建的公路越來越“不堪重負(fù)”,路線改造已迫在眉睫[1-2]。

        貴州省都勻至新寨專線二級(jí)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(guó)家公路網(wǎng)的規(guī)劃,該路據(jù)設(shè)計(jì)要求改為山區(qū)一級(jí)高速公路,荷載等級(jí)提高至公路一級(jí),原二級(jí)公路改造后作為新路的左幅行車道,需要對(duì)原公路的舊橋進(jìn)行改造加固,以滿足提高后的荷載等級(jí)、路基高程及橋面超高設(shè)計(jì)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(biāo)高要求,實(shí)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(cè)算,決定采用同步旋轉(zhuǎn)頂升(以下簡(jiǎn)稱旋轉(zhuǎn)頂升)施工工藝對(duì)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(xiàng)成熟的構(gòu)件提升安裝施工工藝,廣泛應(yīng)用于建筑施工中。但在橋梁頂升施工時(shí),由于其對(duì)設(shè)備同步性和頂推力要求更高,目前應(yīng)用較少。結(jié)合旋轉(zhuǎn)頂升技術(shù)適用于大噸位物體的旋轉(zhuǎn)、頂升和下放的特點(diǎn),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(shù)對(duì)液壓系統(tǒng)的收缸或出缸進(jìn)行調(diào)節(jié),最終實(shí)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(diǎn)

        (1)運(yùn)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(duì)象,實(shí)現(xiàn)力位控制,技術(shù)先進(jìn)。

        (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(yīng)力變化,不影響橋梁使用壽命,安全可靠。

        (3)可長(zhǎng)時(shí)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(jī)械數(shù)量需求少,工程綜合造價(jià)低。

        1.3設(shè)備及材料配置

        主要施工材料及機(jī)具設(shè)備如表1所示。

        2工程實(shí)例

        都勻至新寨二級(jí)專線公路改擴(kuò)建為一級(jí)高速公路,需維修、加固的大、中橋梁共14座。經(jīng)專家現(xiàn)場(chǎng)考察及評(píng)估,溝山大橋、大河口Ⅰ號(hào)大橋、大河口Ⅱ號(hào)大橋、大河口Ⅲ號(hào)大橋、文家寨大橋等5座大橋都需采用旋轉(zhuǎn)頂升工藝進(jìn)行改造加固。

        2.1施工工藝

        2.1.1工藝流程

        搭設(shè)施工平臺(tái)→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(bǔ)強(qiáng)。

        2.1.2操作要點(diǎn)

        2.1.2.1現(xiàn)場(chǎng)勘查、明確設(shè)計(jì)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(jì)算橋梁荷載分布。

        (3)分析橋梁結(jié)構(gòu),計(jì)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(chǔ)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(shí)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(shí),制定安全應(yīng)急措施。

        (7)保證工程質(zhì)量措施。

        2.1.2.3施工準(zhǔn)備

        (1)支撐基礎(chǔ)處理,滿足頂升荷載要求。

        (2)千斤頂及臨時(shí)支撐位置處理。

        (3)橫縱向限位的制作、安裝。

        2.1.2.4設(shè)備安裝

        (1)根據(jù)支點(diǎn)反力大小,千斤頂兩端應(yīng)設(shè)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(dǎo)致頂升過程產(chǎn)生水平分力,應(yīng)嚴(yán)格控制其軸線垂直度。

        (4)千斤頂與梁體接觸面面積應(yīng)進(jìn)行受力計(jì)算,保證局部應(yīng)力不超出接觸面混凝土強(qiáng)度。

        2.1.2.5梁體旋轉(zhuǎn)頂升

        (1)梁體稱重

        ①頂升前應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定頂升荷載,通過逐級(jí)加載進(jìn)行梁體稱重,由于主梁的頂升是在未破除主梁整個(gè)跨度的情況下進(jìn)行的,因此要保證頂升過程同步進(jìn)行。

        ②橋梁頂升時(shí),在T梁兩端各設(shè)置一臺(tái)100 t液壓千斤頂,為減少接觸面局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象,需在千斤頂頂部加設(shè)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(diǎn)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(fù)調(diào)整千斤頂油壓,從而確定各頂升點(diǎn)油壓值。

        ④在頂升點(diǎn)位置(≤50 cm范圍)使用百分表配合稱重,對(duì)位移傳感器測(cè)得的位移進(jìn)行校驗(yàn)。計(jì)算頂升點(diǎn)實(shí)測(cè)值與理論值差異量并進(jìn)行原因分析,確定其頂升的基準(zhǔn)值。

        (2)梁體試頂升

        通過梁體試頂升檢驗(yàn)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(zhǔn)確性。頂升高度應(yīng)控制在5~20 mm,需加強(qiáng)頂升過程檢測(cè),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(jí)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(yán)格控制,保證各位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(shí)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(shè)計(jì)要求進(jìn)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(jí)落梁,過程中各支點(diǎn)應(yīng)緩慢勻速卸載,保證各位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(bǔ)強(qiáng)

        橋面鋼筋混凝土面層補(bǔ)強(qiáng),采用C50防水混凝土進(jìn)行澆筑,澆筑時(shí)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(shè)計(jì)高程一致,在滿足橋梁橫坡的同時(shí),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(diǎn),全部頂升加固工作僅費(fèi)時(shí)3個(gè)月。

        2.2經(jīng)濟(jì)效益

        都勻至新寨公路改擴(kuò)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(jiǎn)單、實(shí)用,在不損壞現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)的同時(shí),質(zhì)量控制良好,對(duì)交通影響小,搭建的施工平臺(tái)可同時(shí)進(jìn)行橋梁病害的修復(fù)工作,施工緊湊,加快了工程施工進(jìn)度,取得了良好的效益。

        (1)從經(jīng)濟(jì)效益來看,橋梁頂升費(fèi)用通常是橋梁本身造價(jià)的10%~30%,項(xiàng)目5座橋梁的頂升改造總費(fèi)用<800萬元,而如果拆除并新建這5座大橋,其造價(jià)將>1億元,這其中未包含節(jié)省時(shí)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(shè)工期一般需要一年,而橋梁提荷加固施工,包括前期準(zhǔn)備工作及病害修復(fù)工作僅需2~3個(gè)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(shí)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(dá)到加固的目的;加鋪的輕質(zhì)骨料混凝土,原材料較貴,造價(jià)較高;結(jié)合貴州省采用輕質(zhì)骨料的高速公路運(yùn)行情況來看,其承重較差,易破壞,運(yùn)營(yíng)期間路面修復(fù)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(shì)在必行。同步旋轉(zhuǎn)頂升施工工藝操作簡(jiǎn)單、實(shí)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(shí)盡可能地減小對(duì)現(xiàn)有交通的影響,縮短施工工期,經(jīng)濟(jì)效益顯著,為今后的舊橋改造及修復(fù)開辟了新的途徑。

        參考文獻(xiàn)

        [1]韓永軍. 橋梁頂升技術(shù)工程應(yīng)用研究[D]. 西安:長(zhǎng)安大學(xué),2010.

        [2] 張勁泉,王文濤. 橋梁檢測(cè)與加固手冊(cè)[M]. 北京:人民交通出版社,2007.

        [3]吳運(yùn)宏,文熠. 小半徑平曲線橋同步旋轉(zhuǎn)頂升位移原理與施工技術(shù)[J]. 橋梁建設(shè),2016,46(4):109-113.

        [4]陳舟,余曉琳,顏全勝,等. 北江大橋引橋整體頂升施工技術(shù)[J]. 橋梁建設(shè),2014,44(1):114-120.

        [5]袁臻,朱文霞,肖漢. PLC同步頂升系統(tǒng)在高速公路橋梁改造中的應(yīng)用[J]. 中外公路,2013(5):170-173.

        作者簡(jiǎn)介:曾云峰(1983—),工程師,主要從事道路橋梁施工技術(shù)工作。

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