九孔連續(xù)剛構(gòu)橋頂升抬高改造設(shè)計

九孔連續(xù)剛構(gòu)橋頂升抬高改造設(shè)計

1原墩頂升結(jié)構(gòu)及頂升方式根據(jù)上海的建設(shè)計劃，原南浦大橋浦東主橋下架部分的九棵橋?qū)⑦M(jìn)行調(diào)整，并將其連接到浦東龍陽路的環(huán)形高架橋。九孔的跨度為第13孔T梁（38.5m），第14-21孔板梁（20m）；其總長度為198.5m，寬度為25.1m。上部結(jié)構(gòu)：第13孔為11片簡支預(yù)應(yīng)力T型梁；其余8孔為24片簡支預(yù)應(yīng)力板梁。下部結(jié)構(gòu)：均為鉆孔灌注樁、承臺、雙立柱接預(yù)應(yīng)力蓋梁。原墩柱高度和頂升高度詳見表1ㄢ該頂升工程從頂升方式上分為三個部分：首先對八跨板梁采取斷柱整體同步頂升，之后再進(jìn)行一跨T梁和八跨板梁的反坡頂升。南浦大橋東側(cè)主引橋整體同步頂升的墩號為13#～21#墩。整體同步頂升面積為4016m2。每跨頂升重量約為1000t，整體同步頂升總重量約為8000t。其中21#墩在整體同步頂升之前將大里程的板梁和橋臺全部拆除，所以在頂升過程中有一個偏心荷載給整體同步頂升工作帶來了很大的難度，同時21#墩的頂升高度為5.910m，創(chuàng)造國內(nèi)橋梁頂升的第一高度。2頂升系統(tǒng)要求(1）整體重量大，總重量達(dá)10000t，橋面寬度達(dá)25.1m，整個頂升體系的反力支撐設(shè)置難度大，確保頂升施工安全是本方案的指導(dǎo)性原則；(2）頂升高度最高達(dá)5.91m，臨時墊塊和頂升循環(huán)多，對整體穩(wěn)定性提出了更高的要求，必須確保縱橫支撐體系的牢固、可靠、不失穩(wěn)；(3）頂升面積大，在4982.35m2范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)同步頂升，要求橋面不裂、不傾斜，對大面積多點(diǎn)同步控制要求高；(4）反坡頂升，橋面坡度變化較大，頂升過程中要針對防止千斤頂偏載承受過大水平荷載采取措施；(5）在頂升過程中，既有整體的斷柱頂升，又有分跨的調(diào)坡頂升與支座更換，工序復(fù)雜，實(shí)施頂升作業(yè)時要求采用多種結(jié)構(gòu)布置形式和操作方式；(6）在頂升過程中，由于橋面在水平方向上的投影長度不斷變化，梁與蓋梁之間會產(chǎn)生不可避免的相對位移，在確保墩柱中心線不變的前提下，必須解決梁端位移引起的力系平衡變化問題；(7）該工程對液壓系統(tǒng)提出更高的同步性能要求（小于2mm），在頂升過程中，該系統(tǒng)應(yīng)能平衡偏心荷載，防止蓋梁傾覆；(8）該工程頂升規(guī)模大，為縮短工期，需要同時投入的支撐、泵站、油缸、油管、控制設(shè)備多；(9）南浦大橋在上海市交通工程定位中極其重要，且在上海乃至全國均有較高的知名度，工程施工的成敗對社會各方面影響巨大。3頂升一體化墩柱的頂升和階梯式頂升14#～21#墩采用同步頂升、分步到位的方式。同步頂升，即為將14#～21#墩柱每一次行程頂升100mm，可以使橋梁頂升時保持原橋的姿態(tài)，不會使兩個墩柱產(chǎn)生高差；由于每個墩柱的頂升高度不同，分步到位即為在整體頂升時，頂升高度最小的墩柱先到位。由于13#沒有采取斷柱方案，防止14#墩柱在頂升374mm時對14孔的板梁造成損傷，所以在14#～21#墩柱采取斷柱同步頂升、分步到位時，采取在13#墩的大里程側(cè)采用在鋼牛腿上放置200t千斤頂25個，200t千斤頂放置在兩片板梁之間的縫隙處和在橫橋向邊部板梁的肋下，同時將25個200t千斤頂充滿壓力，處于0高度上升狀態(tài)。4橋梁升降系統(tǒng)組成該頂升系統(tǒng)大致由以下四部分組成：千斤頂和隨動支撐系統(tǒng)、托架系統(tǒng)、頂升限位系統(tǒng)、頂升監(jiān)測系統(tǒng)。4.1千斤頂?shù)陌惭b通過荷載計算，主引橋每跨為1000t，每個蓋梁的頂升重量約為1000t?？紤]到一定的安全儲備，每根立柱按對稱形布置4臺200t千斤頂，即每個蓋梁處布置8臺千斤頂、8個隨動支撐，可以提供1600t的頂力，每個蓋梁具有1.6倍的安全系數(shù)。具體位置詳見圖1。這樣的布置方式對蓋梁的正負(fù)彎矩均比原立柱支撐時的正負(fù)彎矩減小。千斤頂位置應(yīng)考慮將來立柱連接時模板安裝所需的施工空間，同時考慮頂升時千斤頂?shù)氖芰顩r，避免承臺發(fā)生剪切破壞。21#墩在整體同步頂升之前將大里程的板梁和橋臺全部拆除，考慮頂升過程中偏心荷載500t的作用，所以21#蓋梁下也布置8個200t千斤頂，8個隨動支撐，具體位置詳見圖2ㄢ4.2頂升托架和頂升組合安裝托架支撐體系由分配梁、支撐鋼管等組成。底板作為反力基礎(chǔ)，采用植筋方式與原承臺連成一體，也即是將原橋的荷載通過分配梁傳遞到千斤頂或者隨動支撐，再通過千斤頂或者隨動支撐傳遞到底板上，也就是傳遞到原承臺上。分配梁采用箱型截面，截面高度為520mm，寬度為400mm，腹板的厚度為25mm，上下鋼板厚度為20mm。分配梁與蓋梁之間填充灌漿料，這樣既可以保證兩個分配梁之間保持水平，同時也可以讓分配梁不直接作用在蓋梁上，避免對蓋梁造成損傷。墩柱兩側(cè)分配梁之間采用10mm鋼板連接成一個整體。頂升專用臨時鋼墊塊分別用在千斤頂下和臨時支撐下。臨時鋼墊塊與頂升托架體系的鋼管相對應(yīng)，也采用Φ500×12mm鋼管，兩端焊接厚為12mm的法蘭。鋼墊塊共有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四種類型，為適應(yīng)千斤頂?shù)捻斏谐蹋搲|塊的高度分別為100mm、200mm。每個臨時支撐頂部均配置一對楔塊和薄厚不一的鋼板，以滿足不同頂升高度的要求。為避免頂升過程中支撐失穩(wěn)，鋼墊塊間通過法蘭連接。當(dāng)墊塊高度到達(dá)1.0m時，增加一節(jié)鋼管支撐用以替換臨時墊塊，以增強(qiáng)支撐穩(wěn)定性。支撐結(jié)構(gòu)之間連結(jié)牢固，即臨時墊塊之間栓接、鋼管支撐與承臺栓接、鋼管支撐間及臨時墊塊間均用螺栓進(jìn)行連接。同時將墩柱周邊的8根鋼管支撐每2m高通過L100mm×100mm×10mm連接成為格構(gòu)柱形式，將兩個立柱周邊的16根鋼支撐橫橋向也通過L100mm×100mm×10mm連接在一起。通過以上措施保證支撐結(jié)構(gòu)有良好的整體性，防止因蓋梁頂升可能發(fā)生的滑移造成支撐體系的失穩(wěn)破壞。4.3格構(gòu)柱和橋面縱向限位限位：為避免頂升過程中橋梁產(chǎn)生橫、縱向偏移，設(shè)立鋼結(jié)構(gòu)限位裝置。限位支架應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，并應(yīng)在限位方向有足夠的剛度。限位裝置分為兩部分：墩柱橫向限位和橋面縱向限位，墩柱橫向限位采用在墩柱的4個角處安裝4個L200mm×200mm×16mm，構(gòu)成格構(gòu)柱的分肢，采用L100mm×100mm×10mm作為格構(gòu)柱的綴條，柱腳采用4個直徑24mm的化學(xué)錨栓將厚度20mm厚鋼板固定在承臺上，對于20#、21#墩柱的橫向限位,由于原墩柱高度較低，采用雙層格構(gòu)柱原理來限位，里層格構(gòu)柱和外層格構(gòu)柱分別與蓋梁和承臺固定在一起，這樣當(dāng)千斤頂將橋梁頂升時，格構(gòu)柱只允許墩柱在格構(gòu)柱里面進(jìn)行上升，就很好地限制墩柱的橫向位移。橋面縱向限位分為兩種類型：一種采用L125mm×125mm×10mm和直徑30mm8.8級螺栓連接在一起，通過調(diào)節(jié)螺母來對橋面產(chǎn)生牽引力和推力，該裝置布置在14#～16#墩處。另外一種方式為采用螺旋千斤頂布置在17#～20#墩處，該限位裝置一端固定在一側(cè)板梁上，另一端固定在另一側(cè)板梁上，通過調(diào)節(jié)螺旋千斤頂?shù)奈恢脕韺Ψ雌马斏臉蛎孢M(jìn)行推拉。實(shí)踐證明,結(jié)構(gòu)限位能夠確保水平偏移量在允許的范圍內(nèi)，并能保證頂升的安全。4.4頂升測量和觀測(1）承臺沉降觀測：設(shè)置承臺沉降觀測體系來反應(yīng)承臺沉降狀況，及時做出相應(yīng)的措施。(2）橋面標(biāo)高觀測：橋面高程觀測點(diǎn)用來推算每個橋墩的實(shí)際頂升高度。設(shè)置橋面標(biāo)高觀測點(diǎn)可以精確地知道每個橋墩的實(shí)際頂升高度，使頂升到位后橋面標(biāo)高得到有效控制。頂升段共有九跨，在頂升段外設(shè)置控制點(diǎn)，在每個蓋梁的兩端分別設(shè)置一個測點(diǎn)，通過經(jīng)緯儀來控制蓋梁的橫向和縱向位移，共設(shè)18個高程測點(diǎn)。同時在橋面設(shè)置9組用靜力水準(zhǔn)儀校對測量。通過頂升前后各測點(diǎn)高程的變化，掌握各點(diǎn)頂升高度是否達(dá)到設(shè)計要求，并判斷高度的變化是否在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了過大的附加內(nèi)力，并及時核對第三方的監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不利情況及時糾正。(3）升高的切斷面和蓋梁底面標(biāo)高測量：它是橋面標(biāo)高控制和測量的補(bǔ)充，提供輔助的頂升作業(yè)依據(jù)。(4）蓋梁縱向位移觀測：為了對頂升過程中蓋梁縱向位移及立柱垂直度的觀測，在原立柱外側(cè)面彈出兩方向垂直投影線，便于頂升過程中校對中線及左右偏移，判斷蓋梁的縱向位移及中線傾斜。(5）支撐體系的觀測。鋼支撐在頂升過程中將承受橋梁的全部恒載和施工荷載，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性對施工的安全起著決定性的影響，也是施工監(jiān)控的重點(diǎn)部位。計算表明，由鋼支撐等構(gòu)件組成的空間支撐體系受力較為復(fù)雜。若施工過程中各千斤頂頂升的高度產(chǎn)生差異，將使各鋼支撐的軸力發(fā)生變化，通過觀測，能及時掌握支撐體系的受力和變形情況，及時采取措施控制支撐體系的變形量，使施工在安全可控的環(huán)境下進(jìn)行。(6）伸縮縫間隙觀測。通過伸縮縫間隙觀測得到的數(shù)據(jù)，及時采取措施使施工順利地進(jìn)行。5超高壓泵站及控制部分該工程采用為變頻調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)，依靠調(diào)節(jié)供電的頻率，來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到使油泵的流量連續(xù)可調(diào)的目的，再配以先進(jìn)的電控和高精度的位移、壓力檢測系統(tǒng)，就可精確控制千斤頂?shù)纳邓?，?shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步升降的控制，滿足同步頂升、同步降落、重載稱重的功能。(1）頂升系統(tǒng)：該系統(tǒng)是一套控制系統(tǒng)9套超高壓泵站，每臺超高壓泵站、2套位移檢測裝置及附件控制4臺千斤頂組成。超高壓泵站由2臺超高壓泵、2套變頻調(diào)速調(diào)試控制系統(tǒng)、2套控制閥組、一套電控系統(tǒng)組成。(2）調(diào)坡系統(tǒng)：調(diào)坡采用調(diào)壓泵站控制多臺千斤頂實(shí)施。(3）變頻系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)系統(tǒng)工作電源：AC380V/50Hz三相五線制系統(tǒng)泵站電機(jī)功率：2×3kW（單泵站）系統(tǒng)最高工作壓力：65MPa系統(tǒng)泵站流量：2×2.6L/min系統(tǒng)同步控制精度：小于等于±0.5mm系統(tǒng)本站工作介質(zhì)：N46-N48#抗磨液壓油工作油溫：0℃～70℃環(huán)境溫度：-25℃～+45℃油箱容量：250L（單泵站）泵站重量約：350kg（單泵站）(4）該系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)原理多點(diǎn)的位移檢測裝置和壓力傳感器的信號由信號電纜連接到超高壓泵站的電氣控制箱內(nèi)，經(jīng)信號放大器放大后將頂升位移和負(fù)載噸位送至可編程控制器PLC中，可編程控制器PLC中根據(jù)操縱臺發(fā)出的操作指令，啟動多臺泵的電機(jī)，驅(qū)動油泵工作，油泵的動力油源經(jīng)控制閥組，