連續(xù)梁橋變坡交替頂升施工技術(shù)探討與應(yīng)用

連續(xù)梁橋變坡交替頂升施工技術(shù)探討與應(yīng)用連續(xù)梁橋變坡交替頂升施工技術(shù)探討與應(yīng)用摘要：城市交通改造，對既有立交橋進(jìn)行了改造利用，通過對橋梁引橋整體頂升與新建高架橋?qū)崿F(xiàn)對接。本文結(jié)合工程實(shí)例對連續(xù)梁橋整體變坡頂升方案、工藝流程、施工方法等的介紹，探討交替頂升的PLC控制變頻同步系統(tǒng)、千斤頂系統(tǒng)、頂升臨時(shí)支撐(頂升整體式支架)系統(tǒng)、頂升限位系統(tǒng)、頂升反力系統(tǒng)以及頂升監(jiān)控系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，為今后類似頂升工程積累了經(jīng)驗(yàn)和提供技術(shù)參考。關(guān)鍵詞：橋梁變坡、交替頂升、施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)中圖分類號：TU71文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A一、前言在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步的同時(shí)，先進(jìn)的橋梁施工技術(shù)工藝需要在實(shí)踐中逐漸發(fā)展成熟。橋梁整體頂升相對于拆除重建新橋既經(jīng)濟(jì)，又極大的縮短施工周期，對鐵路和公路運(yùn)輸?shù)冉煌ㄓ绊懶?，而且安全可靠，同時(shí)對環(huán)境的污染也是最小的，無論從建筑垃圾、噪聲揚(yáng)塵，還是水電的消耗都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于重建所造成的污染和破壞，并且通過頂升改造的橋梁，造價(jià)只有拆除重建的1/2至2/3，極大節(jié)省了工程投資，具有較好環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和社會效益。根據(jù)成都市二環(huán)路改造的設(shè)計(jì)方案，新二環(huán)將修建融合快速路與快速公交的全線高架橋，需要對原二環(huán)路上既有的紅牌樓立交、雙楠立交等六座跨線橋進(jìn)行改造。經(jīng)過反復(fù)對原橋驗(yàn)算、論證，并從造價(jià)、工期、交通影響、環(huán)境等方面綜合考慮，最終選擇充分利用舊橋的原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行頂升改造的施工方法。二、橋梁頂升技術(shù)分類橋梁頂升技術(shù)是利用千斤頂及其輔助設(shè)備，在不改變之前橋梁的整體形態(tài)前提下，將橋梁順利安全地頂起升高至設(shè)計(jì)高度的一種較為新型的橋梁糾偏的技術(shù)。橋梁頂升的技術(shù)原理看起來十分簡單，但是對施工技術(shù)要求卻比較高，施工的每一個(gè)環(huán)節(jié)都很十分關(guān)鍵。橋梁頂升技術(shù)一般如果按頂升范圍不同，可劃分為分段頂升與整體頂升兩種形式；如果按反力作用的位置不同，可劃分為直接頂升和抱柱（墩）頂升；如果按頂升施工工藝不同，還可以劃分為間歇式頂升和交替式頂升。三、間歇式頂升和交替式頂升（一）間歇式頂升間歇式頂升(即跟隨頂升)是一種比較常用的頂升施工工藝。采用該施工工藝在頂升過程中，梁體處于千斤頂支撐和跟隨裝置支撐兩種受力狀態(tài)，千斤頂支撐時(shí)，梁體位移處于可控狀態(tài)，跟隨裝置支撐時(shí)，由于臨時(shí)支撐的壓縮變形的不同，梁體位移處于非受控狀態(tài)，梁體內(nèi)力的變化取決于梁體各點(diǎn)臨時(shí)支撐的壓縮量。在每一個(gè)臨時(shí)支撐狀態(tài)，由于支撐體系的壓縮量不同，梁體內(nèi)力都要做一次重新分布。在這種受控與非受控狀態(tài)交替作用下，梁體內(nèi)力也做交替變化，這種內(nèi)力的交替變化對梁體結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不利影響，同時(shí)位于支座處的梁體下緣可能會產(chǎn)生拉應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)梁體會產(chǎn)生裂縫。該種施工方法常用于簡支梁橋和頂升高度不大、縱坡調(diào)整較小的橋梁頂升且工期要求不高的改造工程。（二）交替式頂升交替式頂升是一種創(chuàng)新施工工藝，它是由成都建筑工程集團(tuán)總公司在二環(huán)路改造施工中通過對國內(nèi)外頂升施工的工藝和技術(shù)研究后提出的。由于紅牌樓立交的頂升高度達(dá)到了8.627m，雙楠立交頂升高度達(dá)到7.386m、縱坡調(diào)整達(dá)到7.4%(由5%變到-2.4%)、且處于小半徑平曲線（R=250m）內(nèi)。若采用間歇式頂升橋梁結(jié)構(gòu)安全和施工安全得不到保證，且施工工期較長，無法滿足總體施工進(jìn)度要求（因間歇式頂升每天頂升高度不超過40cm）。按交替式頂升方法施工，在頂升過程中，梁體處于兩組千斤頂交替支撐的狀態(tài)，兩組千斤頂交替支撐時(shí)，梁體位移均處于可控狀態(tài)，在每一組支撐狀態(tài)下，支撐體系的壓縮量幾乎不產(chǎn)生變化，因而梁體內(nèi)力也幾乎不產(chǎn)生變化。在這種作業(yè)方式下，梁體位移自頂升開始到頂升結(jié)束均連續(xù)處于受控狀態(tài)。每個(gè)千斤頂壓力也均處于連續(xù)監(jiān)控狀態(tài)，因此可以保證梁體在頂升過程中不被損壞，包括梁體在內(nèi)的整個(gè)支撐體系也處于監(jiān)控狀態(tài)中。因此整個(gè)橋梁頂升系統(tǒng)也處于安全可控狀態(tài)中，同時(shí)每個(gè)千斤頂均配有平衡閥，自鎖螺旋和壓力傳感器等裝置，進(jìn)一步完善了設(shè)備的安全保障性能。（三）交替頂升工作原理交替頂升工作原理：交替頂升為每個(gè)支撐點(diǎn)布置處安裝兩組主動(dòng)控制頂升千斤頂，并由控制臺控制液壓泵站驅(qū)動(dòng)兩組千斤頂進(jìn)行反復(fù)交替頂升。頂升過程中，先由第一組千斤頂進(jìn)行梁體頂升的一個(gè)行程，同時(shí)在頂升過程中在第二組千斤頂下逐漸加墊1cm鋼板，以防止第一組千斤頂失效時(shí)梁體突然墜落，一個(gè)行程過后，通過控制臺控制液壓泵站驅(qū)動(dòng)第二組千斤頂進(jìn)行頂升，同時(shí)控制第一組千斤頂收缸，并在收缸后的第一組千斤頂?shù)幕钊聣|設(shè)相應(yīng)高度的鋼支撐墊塊…重復(fù)以上步驟，直到完成整個(gè)頂升過程。變原有間歇式頂升系統(tǒng)為交替頂升系統(tǒng)施工，不僅克服了過去存在的諸多不足，可消除不安全隱患，增強(qiáng)工程施工的安全性、可靠性和可操控性，而且有效地化簡了工程施工的難度，提升工作效率，加快工程進(jìn)度，縮短工程周期。四、橋梁交替頂升實(shí)例工程概況1、紅牌樓立交橋梁概況紅牌樓跨線橋全長455m，為雙幅橋梁，每幅橋?qū)?3.75m，單向3車道。整個(gè)立交橋由5聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁組成，由紅牌樓路至永豐立交依次為4×25m+3×25m+(30m+40m+30m)+3×25m+4×25m，除（30m+40m+30m）為變高連續(xù)梁，其余各聯(lián)均為等高連續(xù)梁。紅牌樓跨線橋南北兩端各頂升2聯(lián)，保留中間1聯(lián)不頂升。2、雙楠立交橋梁概況雙楠立交跨線橋整個(gè)跨線橋由6聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁組成，由雙楠向大石西路方向分別為：4×25m+(25m+40m+25m)+4×25m+4×25m+(25m+30m+25m)+4×25m共22跨，跨線橋全長570m，為雙幅橋梁，單幅橋?qū)?3.75m，單向3車道。雙楠立交跨線橋南北兩端各頂升1聯(lián)，保留中間4聯(lián)不頂升。3、頂升概況見下表紅牌樓、雙楠立交引橋頂升概況表4、兩座橋梁的工程特點(diǎn)紅牌樓、雙楠兩座跨線立交橋都位于中心城區(qū)，影響施工的因素多、施工干擾多；頂升改造施工的體量大、頂升高度高、坡度變化大；同時(shí)，由于施工工期緊，采用常規(guī)的跟隨式頂升施工方法，施工安全和工期難以保證。五、橋梁交替頂升的工藝流程和施工步驟（一）交替頂升施工工藝流程橋梁交替頂升施工流程圖（二）橋梁交替頂升施工步驟步驟一，準(zhǔn)備工作如下：1、既有橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查。2、施工方案編制、專家評審以及相關(guān)單位審批。3、反力基礎(chǔ)施工、頂升支架加工、設(shè)備采購和檢測、標(biāo)定。4、橋面系伸縮縫解除等。步驟二，臨時(shí)支撐（整體式頂升支架）及頂升系統(tǒng)安裝：1、安裝頂升整體式支架、分配梁。2、安裝頂升設(shè)備千斤頂和泵站系統(tǒng)、電腦控制系統(tǒng)，頂升監(jiān)測系統(tǒng)。3、安裝梁體縱橫向限位裝置。步驟三，梁體頂升：1、頂升系統(tǒng)調(diào)試，試頂升：按照理論重量將千斤頂分級加壓，直到梁體脫離支座。2、以頂升段和不頂升段伸縮縫處為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)整體比例同步頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高。3、頂升時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)同步監(jiān)測。4、每頂升至一定高度時(shí)將臨時(shí)支撐相互連接，保證其整體性。5、頂升到位后，頂升系統(tǒng)加壓，完成臨時(shí)支撐與墩柱的托換。步驟四，墩柱頂升：1、當(dāng)梁體頂升達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，拆除舊支座，重新澆筑墩頂支座墊石并預(yù)埋鋼板。2、澆筑梁底調(diào)平楔形塊混凝土并預(yù)埋鋼板，安裝新支座。3、墩柱頂升臨時(shí)支撐及頂升系統(tǒng)安裝。4、墩柱采用繩鋸切割并將墩柱頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高，確保支座與梁底楔形塊密貼并加壓。5、將支座上下鋼板分別與墩頂和梁底預(yù)埋鋼板焊好。步驟五，墩柱連接及橋梁恢復(fù)：1、將墩柱接高、橋臺改造成橋墩。2、待墩柱混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除全部頂升設(shè)備和臨時(shí)支架。3、澆筑橋面調(diào)平層混凝土，攤鋪瀝青砼面層，安裝伸縮縫及其他附屬工程施工。(三)交替頂升流程、程序和方法1、交替頂升流程圖（見附圖）2、正式頂升的程序正式頂升時(shí)，須按下列程序進(jìn)行，并作好記錄：（1）操作：按預(yù)設(shè)荷載進(jìn)行加載和頂升；（2）觀察：各個(gè)觀察點(diǎn)應(yīng)及時(shí)反映測量情況；（3）測量：各個(gè)測量點(diǎn)應(yīng)認(rèn)真做好測量工作，及時(shí)反映頂升數(shù)據(jù)；（4）校核：數(shù)據(jù)報(bào)送至現(xiàn)場監(jiān)控組，比較實(shí)測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的差異；（5）分析：若有數(shù)據(jù)偏差，有關(guān)各方應(yīng)認(rèn)真分析并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整；（6）對策：認(rèn)可當(dāng)前工作狀態(tài)，并決策下一步操作。3、交替頂升方法橋梁結(jié)構(gòu)頂升方法通過在橋梁結(jié)構(gòu)底部設(shè)置兩組可主動(dòng)施加頂升力的千斤頂，并由控制臺控制液壓泵站驅(qū)動(dòng)兩組千斤頂進(jìn)行反復(fù)交替頂升，同時(shí)在一組千斤頂頂升的過程中，在另一組千斤頂?shù)牡撞繅|設(shè)整體支架墊塊，起到消除各支撐點(diǎn)之間的高差問題，從而有效保證橋梁結(jié)構(gòu)頂升過程中的結(jié)構(gòu)安全。交替頂升流程圖(四)試頂升1、試頂升主要用于檢驗(yàn)頂升系統(tǒng)的可靠性及橋梁整體頂升的安全性，同時(shí)檢驗(yàn)稱重結(jié)果的真實(shí)性和可靠性。2、試頂升以角度為控制量（即同比例），以最遠(yuǎn)端（即橋臺位置）頂升高度為準(zhǔn)，不超過20mm。3、試頂升過程中要加強(qiáng)監(jiān)測，密切監(jiān)視支撐體系的穩(wěn)定狀況及支撐體系的變形對頂升過程產(chǎn)生的影響，檢查限位裝置在頂升過程中的工作情況。監(jiān)測系統(tǒng)的反應(yīng)數(shù)據(jù)與實(shí)際情況進(jìn)行比較并且對監(jiān)測體系進(jìn)行優(yōu)化。4、試頂升結(jié)束后，提供整體姿態(tài)、結(jié)構(gòu)位移等情況，為正式頂升提供依據(jù)。5、試頂升前作好以下工作：（1）詳細(xì)測量各個(gè)頂升支點(diǎn)斷面橋面標(biāo)高，以便精確確定頂升高度。（2）應(yīng)采取必要的縱橫向限位措施，以防梁體在頂升過程中產(chǎn)生平面偏位。同時(shí)檢查限位體系是否正常運(yùn)行。（3）要做好全面檢查：檢查設(shè)備是否完好，檢查應(yīng)急物資、設(shè)備是否齊備，檢查通信器材是否良好，檢查計(jì)算數(shù)據(jù)是否正確，檢查人員是否到位和是否進(jìn)行了崗前培訓(xùn)以及安全、技術(shù)交底等。（4）檢查頂升系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)試情況。（5）檢查梁體兩聯(lián)之間的約束以及支座與梁體之間的約束是否全部解除。（6）對搭設(shè)的頂升支架進(jìn)行檢查。六、橋梁變坡交替頂升技術(shù)橋梁交替頂升技術(shù)所包含的主要系統(tǒng)大致由PLC控制變頻同步系統(tǒng)、千斤頂系統(tǒng)、頂升臨時(shí)支撐(頂升整體式支架)系統(tǒng)、頂升限位系統(tǒng)、頂升反力系統(tǒng)以及頂升監(jiān)控系統(tǒng)等組成。（一）PLC控制變頻同步系統(tǒng)為了保證頂升中連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)安全，就要嚴(yán)格要求頂升千斤頂?shù)捻斏叫浴１竟こ滩捎肞LC控制變頻同步頂升系統(tǒng)。PLC控制變頻同步系統(tǒng)，它由液壓系統(tǒng)（油泵、油缸、變頻電機(jī)、變頻器等）、檢測傳感器、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。PLC控制變頻同步頂升是一種力和位移綜合控制的頂升方法，它建立在力和位移雙閉環(huán)的控制基礎(chǔ)上，由液壓千斤頂精確地按照橋梁的實(shí)際荷重平穩(wěn)地頂舉橋梁，使頂升過程中橋梁受到的附加應(yīng)力下降至最??；同時(shí)液壓千斤頂根據(jù)分布位置分組，與相應(yīng)的位移傳感器組成位移閉環(huán)以控制橋梁頂升的位移和姿態(tài)，同步精度為±2mm，可以很好的保證頂升過程的同步性，確保頂升時(shí)分配梁、梁體結(jié)構(gòu)安全。液壓系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，可以全自動(dòng)完成同步位移，實(shí)現(xiàn)力和位移控制、操作閉環(huán)、過程顯示、故障報(bào)警等多種功能。系統(tǒng)選擇的液壓泵分別為每個(gè)液壓缸提供恒定的液壓油。每臺液壓泵本身帶有一個(gè)電磁閥，以實(shí)現(xiàn)升、降動(dòng)作。每一千斤頂液壓缸和液壓泵均裝有一個(gè)平衡閥，可以起到平衡油缸的負(fù)荷壓力、保護(hù)油缸不發(fā)生過載以及重載先開和各缸荷載自動(dòng)平衡。立交橋改建變坡中的同步交替頂升，原立交橋的引橋需要抬升與新橋銜接，施工中各個(gè)頂升位置均使用同步控制，在工控總線網(wǎng)絡(luò)控制下，各點(diǎn)控制系統(tǒng)由一臺控制器控制，按比例交替頂升，同時(shí)達(dá)到新橋梁的設(shè)計(jì)位置。（二）千斤頂系統(tǒng)千斤頂?shù)倪x用和鋼支撐的尺寸、反力基礎(chǔ)砼局部受壓、上部梁體受力等有關(guān)，施工時(shí)應(yīng)根據(jù)頂升計(jì)算的支撐反力，選擇千斤頂?shù)捻斏龂嵨?，保證千斤頂頂升噸位需大于2倍的頂升重量。本工程采用頂升缸推力為200t、行程140mm的千斤頂。每個(gè)墩（臺）的千斤頂分為兩組，在每個(gè)橋墩位置的前后各布置8臺（以橋墩縱橫對稱布置）共16臺，在橋臺位置內(nèi)側(cè)單側(cè)布置12臺（以橋縱軸線對稱布置），見附圖。為了便于頂升操作，千斤頂安裝均按倒向安裝，即千斤頂?shù)鬃潭ㄔ诹旱卒摍M梁（分配梁）底部，采用鋼板錨栓連接。千斤頂安裝時(shí)應(yīng)保證千斤頂?shù)妮S線垂直，避免在頂升過程中產(chǎn)生水平力。橋墩位置處千斤頂布置圖橋臺位置處千斤頂布置圖（三）頂升臨時(shí)支撐系統(tǒng)頂升臨時(shí)支撐體系主要承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)橋梁箱梁的重量，因此該結(jié)構(gòu)體系需要考慮他的承載力、剛度、以及穩(wěn)定性，保證梁體頂升時(shí)該體系本身的狀態(tài)不變，同時(shí)保證梁體在頂升過程中的受力狀態(tài)不變，包括附加應(yīng)力、位移等。本工程的頂升臨時(shí)支撐體系（整體式支撐架）由支撐鋼筒（Ф609*12mm）、臨時(shí)墊塊（Ф500*12mm）以及水平連系桿等組成，各種構(gòu)件均系工廠加工。（四）頂升限位系統(tǒng)因在頂升過程中，由于橋梁旋轉(zhuǎn)梁體水平投影會變長或變短，同時(shí)梁體因熱脹冷縮造成梁體變化，則頂升系統(tǒng)與梁板會產(chǎn)生相對滑動(dòng)，為了保證此情況下頂升系統(tǒng)的安全及梁體的結(jié)構(gòu)安全，需設(shè)置縱向限位裝置，縱向限位裝置同時(shí)具有限制橫向可能發(fā)生的位移；同時(shí)由于千斤頂液壓缸安裝的垂直誤差及其他不利因素，在頂升過程中也可能會出現(xiàn)微小的橫向水平位移，因此需設(shè)置橫向限位裝置。本工程梁體橫向限位在原橋臺位置處安裝分肢角鋼，分肢角鋼作為格構(gòu)柱的綴條，構(gòu)成格構(gòu)柱來限制梁體橫橋向位移。橋面縱向限位采用螺旋千斤頂橋面牽拉限位裝置，設(shè)置在橋面伸