系桿拱橋PLC同步張拉更換吊桿施工技術(shù)

陳　軍，周松國，鄭煒靈，趙國華

（1.杭州市市政工程集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310006；2.杭州（九喬）國際商貿(mào)城江干區(qū)塊建設(shè)指揮部辦公室，浙江 杭州 310051）

系桿拱橋PLC同步張拉更換吊桿施工技術(shù)

陳軍1，周松國1，鄭煒靈1，趙國華2

（1.杭州市市政工程集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310006；2.杭州（九喬）國際商貿(mào)城江干區(qū)塊建設(shè)指揮部辦公室，浙江 杭州 310051）

介紹了通過對原吊桿和臨時吊桿、臨時吊桿和新吊桿之間力的多次相互轉(zhuǎn)換的控制，采用PLC液壓控制系統(tǒng)對系桿拱橋的舊吊桿進(jìn)行同步張拉更換施工技術(shù)，其相關(guān)技術(shù)參數(shù)可供同行參考。

吊桿；PLC液壓控制系統(tǒng)；力轉(zhuǎn)換；同步張拉；更換

0　引言

隨著社會生產(chǎn)力水平的不斷提高，公路及城市交通貨運(yùn)載重量和客流量都日益增加，對橋梁的損壞也越來越大，從而大大縮短了橋梁的使用壽命。早期建造的一些系桿拱橋在日曬雨淋以及日益增加的交通流量下出現(xiàn)了吊桿內(nèi)積水、吊桿內(nèi)部砂漿不均勻、鋼絲束外露、銹蝕、松弛、位置偏移等問題，因此為了延長老系桿拱橋的使用壽命，必須對其吊桿進(jìn)行更換。

1　系桿拱橋PLC同步張拉更換吊桿的關(guān)鍵技術(shù)

（1）吊桿更換施工技術(shù)關(guān)鍵在于原吊桿和臨時吊桿、臨時吊桿和新吊桿之間力的相互轉(zhuǎn)換的控制。首先是臨時吊桿與原吊桿之間的力轉(zhuǎn)換，即用千斤頂同步張拉4根臨時吊桿，使每根臨時吊桿的受力相等，且總和等于原吊桿設(shè)計索力的20%，以使臨時吊桿先承擔(dān)部分恒載，然后割斷吊桿的1/5鋼絲束，依此類推共分5個階段，最終使原吊桿的設(shè)計索力全部由4根臨時吊桿承受。在安裝新吊桿后就進(jìn)行新吊桿與臨時吊桿之間的力轉(zhuǎn)換，即先張拉新吊桿至20%設(shè)計索力，然后對4根臨時吊桿同步卸載20%索力，依此類推共分5個階段，最終使新吊桿張拉至100%設(shè)計索力，同時將臨時吊桿全部卸載后拆除。

（2）PLC液壓同步張拉技術(shù)的設(shè)備主要由千斤頂、傳感器、液壓油、液壓缸、液壓泵等組成。液壓同步張拉系統(tǒng)選用的液壓泵應(yīng)優(yōu)先采用短的液壓管長度，以提高同步張拉的可靠性和安全性。該系統(tǒng)中控制張拉伸長量的功能主要由液壓泵上的電磁閥來控制；同步的功能則主要由液壓缸來控制，這是因?yàn)橐簤焊字杏幸粋€帶有液壓橋式整流板的電磁二位二通球閥組，液壓橋能夠控制液壓的流向和流量，同時在每組液壓缸內(nèi)還有一個液控單向閥，其主要作用是當(dāng)液壓管等發(fā)生問題時能夠短時間內(nèi)迅速將液壓缸的功能鎖定，以防止被張拉的構(gòu)件或構(gòu)筑物突然下落，從而保證負(fù)載的有效支撐，提高張拉過程的安全性。

（3）電子計算機(jī)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)同步張拉動作的關(guān)鍵。它是基于閉環(huán)控制系統(tǒng)理論，將吊桿張拉伸長量變化信號△L作為受控參數(shù)，并可同時反映吊桿在液壓缸受力腔內(nèi)的產(chǎn)生壓強(qiáng)變化信號△P，通過傳感器采集這些信號，并且將信號傳送到電子計算機(jī)控制器。電子計算機(jī)控制中心接受這些信號后立即對這些信號進(jìn)行比較和計算，這些同類信號和輸入的允差值進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其中某一受控點(diǎn)有超差的可能時，控制器立刻發(fā)出指令信號，讓該點(diǎn)的二位二通電磁截止球閥動作，關(guān)閉液壓油流，從而限定該點(diǎn)的液壓缸上升或下降動作。同樣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一受控點(diǎn)已經(jīng)停止或有落后現(xiàn)象時，控制器同樣發(fā)出指令信號，讓該點(diǎn)的二位二通電磁截止球閥動作，開啟液壓油流，讓該點(diǎn)的液壓缸恢復(fù)上升或下降動作。通過各受控點(diǎn)間的這些經(jīng)過精確控制的動作，整個同步控制系統(tǒng)達(dá)到一種運(yùn)動中的同步。另外當(dāng)某一受控點(diǎn)的誤差不能被控制器修復(fù)時，控制器將發(fā)出系統(tǒng)錯誤警報，并發(fā)出信號，讓各受控點(diǎn)的控制閥動作，切斷液壓油流，從而使各受控點(diǎn)的液壓缸停止動作，直到錯誤被修復(fù)，并得到操作者重新工作的指令，系統(tǒng)才恢復(fù)工作。

2　系桿拱橋PLC同步張拉更換吊桿施工工藝

2.1施工工藝流程圖

系桿拱橋PLC同步張拉更換吊桿施工工藝流程如圖1所示。

圖1　系桿拱橋PLC同步張拉更換吊桿施工工藝流程圖

2.2施工工藝操作要點(diǎn)

2.2.1支架工程

吊桿更換的施工現(xiàn)場均在拱肋頂，且拱頂離橋面比較高，故需要搭設(shè)支架，建立空中施工通道和平臺來進(jìn)行吊桿更換和監(jiān)控。支架搭設(shè)參見圖2。

（1）通過對支架的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算確定支架的立桿間距。

（2）嚴(yán)格按照規(guī)范要求和經(jīng)受力計算分析確定的立桿間距搭設(shè)支架，設(shè)置剪刀撐和水平加固桿。

（3）根據(jù)吊桿位置和施工操作空間確定支架平臺的位置、高度和平面尺寸。

圖2　支架工程示意圖

（4）當(dāng)橋下為陸地時按陸地段進(jìn)行支架搭設(shè)，原地面必須經(jīng)過地基處理以滿足支架承載力的要求。

（5）當(dāng)橋下為河道時則按船上支架搭設(shè)，在施工過程中要將船體拋錨穩(wěn)固，并用鋼絲繩或麻繩與岸上錨固栓綁緊。

（6）在支架四周設(shè)置欄桿和密目網(wǎng)以確保操作人員的安全。

2.2.2臨時吊桿施工

每更換一根舊吊桿需要4根臨時吊桿、4根臨時橫梁和2個三角墊塊，臨時吊桿的具體布置如圖3所示。

臨時吊桿在施工過程中的具體要求有以下幾點(diǎn)：

（1）在澆筑混凝土三角墊塊前必須對拱肋頂面進(jìn)行鑿毛、清洗處理，以提高三角墊塊與拱肋間的抗滑能力。

（2）圖3中A、B值必須按照設(shè)計要求取值。（3）三角墊塊內(nèi)鋼筋網(wǎng)加工制作及安裝要嚴(yán)格按照設(shè)計施工圖紙要求的尺寸下料加工。

（4）三角墊塊模板采用定制鋼模或木模，且用膨脹螺絲、鋼管、方木組合體系穩(wěn)固。

（5）三角墊塊的混凝土采用快硬高強(qiáng)混凝土，必須按照快硬水泥的說明書要求的比例進(jìn)行拌和，拌和時間應(yīng)滿足規(guī)范要求，并且要在說明書中要求的時間內(nèi)完成澆筑。

（6）三角混凝土墊塊采用插入式振搗器進(jìn)行振搗，振島必須充分密實(shí)，墊塊厚度滿足設(shè)計要求，同時制作混凝土試塊。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度時就可以拆模并做好養(yǎng)護(hù)工作。

（7）穿過橋面的臨時吊桿孔采用取芯機(jī)成孔，孔徑為4 cm。

（8）臨時橫梁的加工制作要嚴(yán)格按照設(shè)計施工圖紙要求進(jìn)行，焊接工藝必須滿足焊接規(guī)范要求。

圖3　臨時吊桿布置示意圖

（10）臨時吊桿、橫梁的安裝采用吊機(jī)配合人工安裝就位，就位后的位置要進(jìn)行復(fù)核以確保臨時吊桿位置正確且在張拉時豎直受力。

（11）在安裝千斤頂前先用配套螺母進(jìn)行臨時固定。

2.2.3拆除原吊桿

拆除原吊桿的關(guān)鍵過程是原吊桿與臨時吊桿之間的力轉(zhuǎn)換，臨時吊桿采用千斤頂分階段張拉加載，原吊桿則是按階段比例數(shù)量割斷鋼絲束內(nèi)的鋼絲卸載。

在拆除原吊桿過程中具體要求有以下幾點(diǎn)：

（1）原吊桿與臨時吊桿之間的力轉(zhuǎn)換過程必須是在橋梁僅受恒載作用下進(jìn)行，即橋梁段必須斷交通。

（2）原吊桿與臨時吊桿之間的力轉(zhuǎn)換過程應(yīng)全程監(jiān)控各監(jiān)控點(diǎn)的高程變化，原吊桿、拱肋、系梁構(gòu)件的應(yīng)力變化，確保施工安全。

（3）由人工持切割機(jī)具設(shè)備將原吊桿的外露段護(hù)管割除，割除過程中要注意對鋼絲束的保護(hù)，避免將鋼絲割斷。

（4）為防止鋼絲突然蹦斷導(dǎo)致事故的發(fā)生，采用軟質(zhì)材料綁緊原吊桿以起到阻尼作用。

（5）在同根吊桿處用4臺千斤頂同步張拉4根臨時吊桿，每根臨時吊桿的受力相等且總和等于設(shè)計索力的20%，以使臨時吊桿先承擔(dān)部分恒載，并使上下臨時橫梁與拱肋和系梁貼緊，然后割斷鋼絲束總數(shù)的1/5，依此類推共分5個階段，最終使原吊桿的設(shè)計索力全部由4根臨時吊桿來承受。

（6）原吊桿內(nèi)的鋼絲全部割斷之后，分成了拱肋部分和系梁部分，首先將原鋼絲束兩頭的墩頭部分磨光，再采用手拉葫蘆、墩頭器等機(jī)具進(jìn)行逐根拔除。

（7）鋼絲拔除順序?yàn)橄瘸槌鲋醒氲匿摻z，再由內(nèi)向外依次抽出。

（8）當(dāng)拱肋部分在拔除過程中發(fā)生斷絲無法進(jìn)行鋼絲拔除時，則用乙炔氣割鋼絲束，然后用洞敲進(jìn)行孔道混凝土清理。

（9）當(dāng)系梁部分在拔除過程中發(fā)生斷絲無法進(jìn)行鋼絲拔除時，則先用巖芯鉆機(jī)進(jìn)行套鉆，待其鉆至原鋼墊板位置時則采用乙炔氣割鋼絲束，然后用洞敲進(jìn)行孔道混凝土清理。

（10）鋼絲束拆除完畢后，對保留使用的下錨墊板（系梁端）和護(hù)管進(jìn)行除銹。先用鋼刷刷去原有錨墊板和護(hù)管內(nèi)側(cè)表面的鐵銹，直至去除附著污物，然后再用丙酮清洗除銹。

（11）將拆除下來的舊吊桿鋼絲、墩頭錨等進(jìn)行編號標(biāo)識后封存。

2.2.4新吊桿安裝

新吊桿安裝的關(guān)鍵過程是臨時吊桿與新吊桿之間的力轉(zhuǎn)換，新吊桿采用千斤頂分階段張拉加載，臨時吊桿則用千斤頂分階段張拉卸載。

在更換新吊桿過程中具體要求有以下幾點(diǎn)：

（1）臨時吊桿與新吊桿之間的力轉(zhuǎn)換過程必須是在橋梁僅受恒載作用下進(jìn)行，即橋梁段必須斷交通。

（2）臨時吊桿與新吊桿之間的力轉(zhuǎn)換過程應(yīng)全程監(jiān)控各監(jiān)控點(diǎn)的高程變化、新吊桿、拱肋、系梁構(gòu)件的應(yīng)力變化，確保施工安全。

（3）對保留使用的舊吊桿的護(hù)管和下錨墊板除銹后，將護(hù)管接長至設(shè)計標(biāo)高。

（4）將拱肋內(nèi)原先割斷的鋼筋重新焊接，并布置鋼筋網(wǎng)，設(shè)置模板灌入錨下快硬混凝土。待混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度之后，安裝新的上錨墊板（拱肋端）。

（5）新吊桿采用卷揚(yáng)機(jī)、吊機(jī)配合人工進(jìn)行安裝，吊桿的下料長度應(yīng)該按照設(shè)計要求進(jìn)行，在安裝過程中要注意保護(hù)新吊桿。

吊桿的安裝按以下6個步驟進(jìn)行：

a.擰出吊桿上端螺母，裝到待穿吊桿的預(yù)留孔道槽內(nèi)。

b.啟動卷揚(yáng)機(jī)，將牽引鋼絲繩由待穿吊桿的拱上預(yù)留孔道放下。

c.將牽引繩的連接頭與吊桿上端的錨杯連接起來。

d.再啟動卷揚(yáng)機(jī)，緩慢將吊桿牽引向上，穿出拱肋預(yù)留孔道，擰上上端螺母。

e.卸下牽引連接頭。

f.在系梁下面擰上下端螺母。

（6）采用1臺千斤頂先對新吊桿加載20%的設(shè)計索力，不使其松弛并具備一定的初應(yīng)力，然后4臺千斤頂同步卸載20%臨時吊桿力，并使卸載的臨時吊桿總力等于加載的新吊桿力，依此類推共分5個階段，最終使新吊桿張拉至100%設(shè)計索力，持續(xù)2 min后錨固。

2.2.5張拉工程

（1）臨時吊桿、新吊桿張拉過程中必須進(jìn)行“雙控”，即對張拉控制力和伸長值的控制。

（2）張拉前必須對千斤頂與壓力表進(jìn)行配套校驗(yàn)標(biāo)定，以確定張拉力與壓力表之間的關(guān)系曲線。

（3）采用PLC液壓同步控制系統(tǒng)同步張拉。

（4）新吊桿、臨時吊桿等材料進(jìn)場時除按出廠合格證和質(zhì)量證明書核查類別、型號、規(guī)格和數(shù)量外，還應(yīng)按照規(guī)范及設(shè)計要求進(jìn)行檢驗(yàn)。

（5）新吊桿、臨時吊桿等材料設(shè)專人保管，存放、搬運(yùn)過程中加強(qiáng)保護(hù)，避免銹蝕、沾污、遭受機(jī)械損傷或散失。

（6）實(shí)施張拉時，千斤頂?shù)膹埨ψ饔镁€必須與臨時吊桿、新吊桿的軸線重合一致。

（7）張拉過程中設(shè)專人指揮，配備步話機(jī)，以確保臨時吊桿張拉同步。

2.2.6監(jiān)控要求

（1）拱肋、系梁應(yīng)變監(jiān)控

測試斷面為每根吊桿相應(yīng)位置的拱肋、系梁、拱腳。測試方法采用弦式應(yīng)變計。吊桿更換的每個施工階段都進(jìn)行應(yīng)變測試。

（2）拱肋標(biāo)高監(jiān)控

對每根吊桿相應(yīng)位置的拱肋部位進(jìn)行標(biāo)高監(jiān)控，測試方法采用全站儀。吊桿更換的每個施工階段都進(jìn)行拱肋標(biāo)高測試。

（3）吊桿張力監(jiān)控

為了保證吊桿張拉數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，在每根吊桿的系梁、拱肋部位埋設(shè)應(yīng)變計、壓力環(huán)，隨時監(jiān)控吊桿的張力。吊桿更換的每個施工階段都進(jìn)行吊桿張力的監(jiān)控。

（4）拱座位移監(jiān)控

在拱座上埋設(shè)了位移測試點(diǎn)，主要觀測拱座的縱橋向位移和沉降。在每根吊桿的更換過程中對兩岸拱座的縱向位移和沉降都進(jìn)行監(jiān)控。

（5）監(jiān)控警戒值

每個監(jiān)控項(xiàng)目的警戒值以及頻率要求必須滿足設(shè)計要求。

2.2.7后續(xù)工作

（1）新吊桿張拉到位之后，拆除上下臨時橫梁、臨時吊桿。

（2）對露出拱肋外的吊桿錨內(nèi)部用注漿泵對下預(yù)埋管內(nèi)灌注防腐油脂，以防滲水和腐蝕，外部加裝防水罩和錨頭罩。

（3）對外露的錨頭罩、防水罩和錨墊板應(yīng)進(jìn)行噴砂除銹防腐處理。

（4）對于錨頭罩、防水罩和錨墊板的防腐的質(zhì)量要求及施工工藝要求應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范。

（5）對鑿穿的車行道板內(nèi)的鋼筋在施工后應(yīng)用新的鋼筋焊接補(bǔ)強(qiáng)，新吊桿更換完畢之后，立即填上封錨混凝土。

3　結(jié)語

系桿拱橋吊桿更換工程在橋梁加固與維修工程范疇之內(nèi)，通過吊桿的更換必定能大大延長橋梁使用壽命。如果原吊桿不進(jìn)行更換，原吊桿或許在經(jīng)過幾年就會因銹蝕等原因發(fā)生斷裂，導(dǎo)致橋梁不能繼續(xù)使用。經(jīng)過更換后，系桿拱橋的受力體系得到了保證，延長了老橋的使用壽命。

采用PLC控制液壓系統(tǒng)能確保各個千斤頂?shù)耐叫?、一致性、連續(xù)性，并且能精確達(dá)到張拉目標(biāo)值。同時，采用本技術(shù)在實(shí)施過程中能保證原橋結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，在施工過程中噪聲小，污染少，不會對周圍居民的生產(chǎn)生活產(chǎn)生影響。

U445.7+4

B

1009-7716（2016）06-0221-04

2016-03-16

陳軍（1979-），男，浙江東陽人，高級工程師，一級注冊建造師，從事道橋工程施工管理工作。