公路桥梁单墩多级桥梁同步顶升施工

桥梁单墩多级同步顶升施工 戴克奎 (甘肃圆陇路桥机械化公路工程有限责任公司,甘肃兰州730000) 摘　要:结合高速公路施工中遇到的具体情况,介绍连续箱梁桥梁上部结构偏移处理,通过单墩多级同步顶升的反 力值控制与顶升高度控制,达到纠偏效果,以期在今后的桥梁维修施工中能有所借鉴。

关键词:同步顶升;反力值;千斤顶;单墩多级 中图分类号:U440 1　线形变化情况 2009年3月工地进场例行检查时,发现定西施 工完未通车某大桥第二联桥面出现横向线形变化。 经测量,发现第二联桥面及下部高程普遍低于设计。桥梁顶升 8#墩身右侧出现多道裂纹(只一侧, 不是墩身环 向) 。桥梁顶升8#墩前后1m左右梁底、梁体腹板位置存在裂 纹, 6号、7号墩身也有较少几道裂纹。第二联桥面 产生横向位移,第一联与第二联梁体产生3. 5cm错 台,第二联与第三联梁体产生9cm错台。6#、7#、9# 墩身向外侧倾斜(7#倾斜度最大为0. 32%) 。单向 盆式支座存在桥径向一侧靠死现象。其中第二联: 6 #、7#、9#墩左侧卡死, 8#墩右侧卡死。

2　纠偏加固思路 通过论证计算,对该大桥第二联梁体竖向进行 单墩分级多次顶升,并在盆式支座底加设钢板调整 桥面标高。由于施工记录丢失,墩台沉降不能准确 确定,施工过程中主要以墩顶反力作为控制指标,以 调整各墩反力至理论反力或接近未沉降前理论反力 为最终目标,同时参考墩顶支座垫石沉降量(沉降 后与设计差)进行顶升作业。

3　纠偏施工作业

3. 1　平台搭设 施工平台的搭设,关系到施工人员、机械设备的 安全,搭设时应根据现场情况具体搭设。考虑到本 次桥梁净空较大的具体情况采用单墩搭设脚手架, 四周搭设安全网等安全设施。

3. 2　横向限位块的设置 为了避免箱梁在顶升过程中侧向滑移,桥梁顶升在8#墩 顶内外两设置横向钢结构挡块,并采用水平向设置 的千斤顶系统,防止解除梁体约束后梁体变位加剧, 确保顶升位置的准确性和合理性。

3. 3　解除梁体约束 为保证上部结构在竖向顶升过程中,其结构处 于一个自由状态下,在进行顶升前应先解除第二联 所有支座约束。在解除约束时应重点检查桥梁的现 状,做好顶升前墩顶检查记录,应包括支座状况、梁 底情况等。

3. 4　设置千斤顶 千斤顶根据支反力大小设置,采用一套单液压 缸同步项升动力监控系统. 该动力监控系统采用 “工控机+可编程控制器+液压控制系统”组成分 布式控制系统,实现执行机构的分散控制、集中操 作,信息的集中管理,能满足桥梁单墩顶升,又能够 对墩顶顶升点的压力、位移和应力进行实时监控。 顶升支撑位置尽量选择在原支座位置附近,支 撑位置越靠近支座,越符合桥梁的受力。

3. 5　桥梁顶升作业 1)实测确定5#、6#墩、7#、8 #、9 #、10#墩顶沉降 量(桥面、支座垫石与设计差值) 。 2)对桥梁顶升作业中计划使用的千斤顶进行编号、 标定。 3)顶升系统工作原理。顶升控制系统由液系 统(油泵、油缸等) 、百分表传感器、计算机控制系统 等几个部分组成。

(1)液压系统 液压系统由计算机控制,可以全自动完成同步 位移,实现力和位移的控制、位移误差的控制、行程 的控制、负载压力的控制;误操作自动保护、过程显 示、故障报警、紧急停止功能;油缸液控单向阀可防 止任何形式的系统及管路失压,从而保证负载有效 支撑等多种功能。 A2F型高压柱塞泵能够稳定地为系统提供 100MPa的油压(尖峰压力值120MPa) 。在每一个 顶升缸的下腔接有减压阀,根据实测到的各顶荷重 压力,将减压阀的零背压出口压力调至比实际荷重 压力低2. 0MPa;即减压阀的零背压出口压力=实测 到的各顶荷重压力- 2. 0MPa。减压阀共有三个油 口;进油口、出油口、回油口,如果减压阀的调定压力 为P0 ,而回油口的压力为Pc,则出油口的压力为Po + Pc。这个组件与外部的位移传感器构成位置闭环 系统,依靠位置闭环系统可实现精确的位置控制。 为了避免Pc变化范围过大,造成举升过快,进 油口油压每2. 0MPa停一次, 在一个顶升缸的下腔,另接有液控单向阀和 测压接头,只要电磁阀一断电,液控单向阀立即关 闭,确保顶升缸不至带载下滑。通过测压接头可向 顶升缸内少量补油。 正常工作时,电磁阀的电磁铁A始终通电。电 磁阀的中位,用于顶升油缸完成一步顶升时进行支 垫,当电磁阀处于中位时,顶升缸上下腔油压均为 零,关闭液控单向阀后,可以拆装油管。当电磁铁B 通电时,顶升缸处于空载快速回缩状态。为避免举 升或回缩时速度过快,在电磁阀的进油口接有调速 阀,它可控制顶升缸的最大运动速度。 除单向阀、压力传感器、压力表、测压接头装在 千斤顶以外,其他的元件包括控制电器组装在一个 液压泵站内,液压站与千斤顶之间用3根软管相连 接,分别是进油管、回油管、控制油管,这样就组成了 一个完整的液压系统。

(2)传感系统 比例阀、压力传感器和电子放大器组成压力闭 环,根据每个顶升缸承载的不同,调定减压阀的压 力,若干个千斤顶组成一个顶升组,托举起桥梁上部 结构,但是如果仅有力平衡,则桥梁的举升位置是不 稳定的,为了稳定位置,在墩顶和箱梁底部安装位移 百分表,在每组中间进行位移量的反馈,百分表误差 为0. 01mm,满足桥梁顶升位移误差。顶升位移反 馈到计算机组成位移闭环,一旦测量位置与指令位 置存在偏差,便会产生误差信号,该信号经放大后叠 加到指令信号上,使该组总的举升力增加或减小,于 是各油缸的位置发生变化,直至位置误差消除为止。 由于各组顶升系统的位置信号由同一个数字积分器 给出,因此可保持各个千斤顶顶升同步。 通过油压泵每2MPa停顿一次,记录出梁底百 分表顶升位移,可以进行顶升压力- 位移的控制。 (3)计算机系统 核心控制装置电脑控制系统,采用按钮方式操 作,并通过触摸屏显示各个顶升油缸的受力参数,还 可连接打印机,记录顶升过程数据系统安装了UPS 电源,即使意外断电,也可确保数据和工程的安全。 计算机系统是整个PLC系统的核心,他把由监测传 感系统所收集到的数据进行分析处理,并把处理后 的数据反馈给液压系统,由液压系统调节各千斤顶 油压,而保证整个顶升系统同步性。

(4)在正式顶升前,单独顶升测得各墩支反力。 通过单墩顶升时控制油压表读数反推出墩顶反力 值,并用百分表同步记录竖向位移,对顶升过程中的 反力及对应竖向位移数值进行详细记录。从数据分 析来看,当千斤顶顶升高度为3～4mm范围时,油压 表压力不再增大而顶升位移继续增大,这时即为梁 体脱离支座瞬间。当位移达到一定值后( 3 ～ 4mm) ,油压表读数继续增大位移也继续增大,反力 与位移呈抛物线关系。通过数据分析,可以认为当 千斤顶顶升高度为3～4mm时,梁体与支座脱离,此 时的反力为支座反力,通过对每一个墩顶反力测量, 合计结果为整联箱梁自重。

(5)由于顶升测得总反力略小于总理论反力,经 分析认为由于混凝土容重变异、施工误差等影响,结 合位移变化情况引起反力变化的规律,分析得出用 千斤顶测试结果准确,可依据测量结果进行纠偏施 工作业理论反力值经修正后使用。以不超过10% 理论反力值进行顶升反力最大控制。

( 6)通过计算分析,调试每次顶升数据,每墩顶 顶升位移不超过10mm,最终第二联竖向沉降后顶 升反力值和理论反力值基本接近,且在理论值±3% 控制范围内。顶升位移与支座点垫石反映出的沉降 量比较也接近,该状态比较理想,顶升作业结束。对 应反力与理论反力,见表1。 表1　最终反力比较kN 墩号修正后的理论反力值实测反力差值 5 1979. 4 2035. 76 56. 36 6 4561. 7 4580. 11 18. 41 7 4331. 7 4382. 18 50. 48 8 4328. 1 4309. 02 - 19. 08 9 4564. 4 4508. 67 - 55. 73 10 1979. 4 2000. 63 21. 23 顶升完成后,撤换临时支撑,换垫完整钢板。其 中8#墩顶顶升位移达50mm,盆式支座超出锚固的 地脚螺栓,现场采用在墩顶垫完整钢板,地脚螺栓锚 固在钢板上,然后在钢板和支座底加垫钢板与支座 进行焊接,达到固定支座效果。结束后检查顶升过 程对梁体是否有损坏。 该方案顶升优点是千斤顶安置方便灵活,不受 桥型和桥下地理条件限制,操作直接在盖梁顶面进 行,顶升位移及同步性容易控制,施工时设备操作人 员少,施工工期相对较短。

4　其他处理情况说明 4. 1　防震挡块施工情况 根据大桥平面线性变化,对全桥防震挡块进行 改造,浇筑素混凝土将原挡块加高、加厚,并在防震 挡块与梁体之间用环氧砂浆粘接20mm ×200mm × 200mm矩形橡胶块。

4. 2　裂纹处理情况 对于6#、7#、8#墩身及8#梁底裂缝处理,按照要 求对裂缝宽度大于0. 15mm 的进行结构胶压浆处 理,对裂缝宽度小于0. 15mm的进行刻V字形槽并 在表面粘接结构胶砂浆处理。(裂缝宽度依据测量 数据) 。

5　下一步工作计划 1)对大桥第二联进行动、静载试验检验受力状 况。 2)在第二联桥面及墩身上设置固定点进行长 期高程观测,顶升结束后每10d测量一次,以后根据 测量数据变化再做测量频率调整,观测周期为两年。

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