液壓同步頂升技術在高速公路簡支連續梁橋改造中的應用

■鐘元慶

（福建廈蓉高速公路漳龍段擴建工程有限公司，龍巖　364000）

液壓同步頂升技術在高速公路簡支連續梁橋改造中的應用

■鐘元慶

（福建廈蓉高速公路漳龍段擴建工程有限公司，龍巖364000）

本文以廈蓉高速公路漳龍段主線2號橋為工程背景，介紹了液壓同步頂升系統的組成及工作原理，闡述了液壓同步頂升的技術控制要點及其在簡支連續梁橋改造工程中的技術應用。實例表明，通過合理的同步頂升控制指標及監控措施，可以確保橋梁整體頂升過程中的梁體安全，其技術措施為同類工程實踐提供參考依據。

整體頂升液壓同步橋梁改造施工監控

0　前言

隨著國民經濟和交通建設的快速發展，越來越多早期建成的高速公路與橋梁需要進行改擴建。為避免資源浪費，往往需要對舊橋整體頂升，更換支座。由此，橋梁的整體同步頂升技術得到了廣泛的應用。運營中的高速公路交通流量大、行車速度高、社會和經濟影響大，橋梁的整體頂升必須因地制宜地做好舊橋頂升的方案設計和施工組織。本文以廈蓉高速公路漳龍段主線2號橋為工程背景，闡述了液壓同步頂升的技術要點及其在舊橋改造工程中的應用。

1　工程概況

1.1橋梁現狀

國高網廈蓉線（G76）漳龍段龍巖互通收費站是聯系龍巖市中心城區的主要樞紐，隨著城市經濟的發展，區域交通量快速增長，該收費站交通流量劇增，限制了主城區的南向拓展空間。2013年4月市政府啟動對龍巖互通遷建工程，需對高速公路主線一段進行調坡處理，其中包括對主線2號橋簡支連續梁橋進行頂升改造。

主線2號橋上跨S203線，上部結構為2×20m+1× 20m PC簡支、橋面連續的空心板。其中，左幅為標準寬度設9片梁，右幅位于加速車道設13片梁；下部構造采用柱式墩/肋臺配樁基礎。汽車荷載等級：汽-超20，掛-120。

改造前橋梁已安全運行13年。根據橋梁檢測報告結論，該橋技術狀況屬二類橋［1］；原橋部分支座已出現老化、變形，需進行更換；原橋僅在2#墩頂設D60伸縮縫一道，橋面系結構不合理，行車舒適性較差。橋梁附屬結構有現澆砼防撞護欄（設防拋網）、中間帶防眩板、過橋管線等。橋梁結構型式見圖1。

圖1　橋梁結構型式（單位：cm）

1.2橋梁改造設計方案

根據該橋目前現狀和檢測結果，其主要改造設計方案有以下四個方面內容。

（1）對橋臺臺前護坡進行開挖與防護。

（2）安設頂升支架，整體頂升梁板，以適應調整后的路線縱斷高程。

（3）橋面砼鋪裝層銑刨3cm，加鋪4.5cm瀝青砼鋪裝層。

（4）原橋0#、3#橋面連續改造為D40伸縮縫，原2#墩處伸縮縫改為橋面連續。

2　PLC液壓同步頂升系統組成及工作原理

2.1液壓同步頂升系統的組成

控制液壓同步系統主要由液壓 （含監測傳感器）、計算機控制兩個系統組成，可細分為6個部分：電動液壓泵站、計算機控制系統、液壓千斤頂、位移傳感器、壓力傳感器、人機界面操作系統等［2］。該系統能全自動完成同步位移，可根據需要設定同步千斤頂的數量，以及最高（低）位置、壓力、同步精度、位移、壓力誤差等報警功能，PLC控制液壓同步系統構成見圖2。

圖2　PLC控制液壓同步系統構成

該系統具有以下特點：1）功能齊全，安全可靠；2）所有油缸可實現同時或單獨控制；3）同步控制工作點數量可根據需要設置；4）各控制點同步移位精確［2］。

2.2液壓同步頂升系統的主要原理

橋梁同步頂升過程分為稱重、頂升、持荷和負載下降4步。

頂升前，對橋梁稱重，反饋所有頂升點的實際負載壓力；頂升開始后液壓缸體輸出壓力逐步增大，當輸出力超過頂升點的負荷時，活塞伸出使該點產生位移，在此過程中壓力和位移的實時變化通過壓力計和位移傳感器傳回主控電腦；一個頂升行程達到計劃值后缸體停止位移并持荷，進行相應橋梁工程改造作業，或者回縮缸體準備進入下一頂升程序；直到全部梁板支座置換完成后，缸體負載完成梁板復位。

橋梁整體頂升對液壓同步系統的要求主要有以下三個方面［3-4］。

（1）頂升力控制：由于橋梁上部結構復雜、質量分布差異大，分散布置的液壓千斤頂實際負荷存在差異，因此液壓同步系統應能夠實現各單元壓力可調，以適應上部結構荷載；

（2）位移同步控制：在橋梁頂升過程中，必須防止梁體扭曲、內應力集中甚至造成結構裂縫的情況出現，要求頂升點在負荷不同時必須保持位移同步；

（3）壓力、位移、應力實時監控：保持頂升力受控、頂升過程同步，避免應力集中過大對結構造成損傷。

3　頂升支架系統

3.1支架基礎

3.1.1橋臺位置支架基礎

鑒于該橋橋臺樁基礎上設置有承臺，按照經濟、適用、安全的原則，改造工程實施時采用直徑80cm人工挖孔樁基礎，樁底直達基礎承臺，利用現有的承臺和樁基礎承擔人工挖孔樁傳來的頂升力，由此獲得較好的技術和經濟效益。

3.1.2橋墩位置頂升支架基礎

1#、2#墩支架基礎直接利用橋下省道復合式砼路面，經計算，其承載能力滿足要求。將路面稍做整平，鋪墊100cm×100cm×3cm鋼板作為支架鋼管立柱擴大基礎，并將鋼板與路面錨固。圖3為支撐系統下端鋼管立柱錨固示意圖。

圖3　支架鋼管立柱錨固示意圖

3.2頂升支架系統

支架體系由支撐鋼立柱、水平聯系桿、分配梁、臨時鋼墊塊等組成。為保證足夠安全作業空間，在距橋墩（臺）蓋梁兩（單）側100cm處布置頂升支架。鋼立柱采用Φ500無縫鋼管，壁厚12mm，兩端焊接厚12mm連接法蘭，底部使用M20錨栓與鋼墊板和路面錨固。以右幅橋第2#跨為例，共布置鋼管立柱12根，鋼立柱頂部以鋼墊塊調平后加設兩根45b工字鋼作為分配梁，分配梁上即可安置千斤頂。

為保證頂升支架穩定性與剛度，支架豎向高度內每2m以角鋼配合抱箍進行縱、橫向聯結。頂升鋼支架及縱、橫向聯系構件均由工廠加工定做、現場拼裝。支架系統平、側面示意圖如圖4。

圖4　支架系統平、側面示意圖

3.3臨時鋼墊塊

為滿足不同頂升高度的需要，千斤頂和鋼支架之間設置臨時鋼墊塊，頂升時，墊塊中心應與支架的鋼管立柱中心重合，以避免頂升過程中支架失穩。鋼墊塊厚度有10cm和20cm兩種，以適應千斤頂的頂升行程。

3.4梁底托梁（分配梁）

分配梁焊接固定在支架鋼立柱頂部，與梁板底之間安置千斤頂，以形成受力清晰的傳力系統。臨時鋼墊塊與分配梁構造圖如圖5所示。

圖5　臨時鋼墊塊與分配梁構造圖（單位：cm）

4　頂升施工

4.1頂升總體方案

采用同步頂升、分步到位的實施方案［5］。

每一標準頂升行程設定為100mm，控制頂升速度不大于10mm/min。千斤頂每頂升10mm，支墊厚10mm鋼板1塊，頂升至一個行程時用厚10cm臨時鋼墊塊代替原10塊鋼板；千斤頂收缸，將梁體落在臨時墊塊上；后在千斤頂下加設10cm臨時鋼墊塊，重復以上步驟，直至頂升至改造設計高度約5cm。各跨梁板頂升高度及行程設計如表1。橋梁整體頂升主要力學參數如表2。

表1　梁板頂升高度及行程設計

表2　主線2號橋梁整體頂升主要力學參數

4.2頂升系統調試與正式頂升

（1）頂升系統調試

正式頂升作業前應進行頂升系統的調試，主要包括保壓試驗和稱重及預頂升兩個方面。按計算荷載的70%～90%加壓、保壓試驗5h，確認油缸可安全連續持荷工作。為保證頂升同步，在正式頂升前應測定每個頂升點處的實際荷載；稱重時依據計算頂升荷載，在一定的頂升高度內（1～10mm）采用逐級加載的方式，通過反復調整各組的油壓，以獲得一組頂升油壓值，使每個頂點的頂升壓力與其上部荷載基本平衡［6］。

（2）正式頂升

經過試頂升確認系統運行符合施工組織設計后，進行正式頂升。千斤頂最大行程為140mm，控制每一頂升標準行程為100mm、最大頂升速度10mm/min。頂升流程如圖6所示，正式頂升施工作業現場如圖7所示。

圖6　頂升流程圖

圖7　正式頂升施工作業實景

4.3同步頂升施工主要控制指標

橋梁整體同步頂升施工的目標是：頂升施工完成后的標高與設計值在各控制測點的誤差均在規范規定和設計要求的范圍之內；橋梁結構無損傷。主要技術指標如下。

（1）頂升復位后橋面高程與設計值誤差控制在±5mm以內，平面位置偏差控制在±2mm以內［3］。

（2）頂升過程中應使梁體局部附加應力處于計算應力范圍內，不得出現新結構裂縫，原有裂縫寬度無明顯增大并滿足相關規范要求。

（3）應使鋼立柱軸向壓應力控制在滿足鋼柱強度和結構穩定性范圍之內。

5　同步頂升的施工監控措施

橋梁的頂升過程實際就是控制橋梁位移的過程。通過在橋梁上的關鍵部位布置多個控制點，監測各控制點的標高與預期位置的差值，判定、評價橋梁整體頂升是否滿足設計要求，如發現未達目標，應及時采取措施降低或消除不利因素的影響，確保橋梁結構安全。橋梁同步頂升施工監控應貫穿于頂升全過程。

同步頂升施工監控主要內容包括梁體應力變化、縱（橫）向位移、支架基礎變形等。具體監測項目有：梁體縱、橫向位移觀測；基礎沉降觀測；橋面高程監測；梁體豎向位移監測；梁體應力監測等。

（1）梁體縱、橫向位移監測

在頂升施工范圍外架設電子經緯儀，監測每跨橋面上布置的（縱）橫向位移觀測點。位移監控采用高精密全站儀，測角精度0.5″，測距精度0.6mm+1ppm。頂升過程中隨時觀測梁體的縱、橫向位移情況，并設定預警值為5mm，如位移接近預警值即可停止頂升作業。

（2）基礎沉降監測

在每個支撐基礎上設置沉降觀測點，觀測頂升過程支架基礎的沉降狀況，及時判斷并采取相應措施。基礎沉降觀測采用電子水準儀，每公里往返測精度0.3mm、最小顯示0.01mm。

（3）橋面高程監測

高程控制是橋梁頂升施工中最重要的技術指標，是控制梁體位移與各組千斤頂間同步性的主要手段。高程監測點布置在每個橋墩頂和每跨跨中，通過測量應實現實時監測、及時調整頂升速度的目標。

（4）梁體豎向位移監測

依靠位移傳感器控制梁體同步位移，位移傳感器是與中央控制器相連形成位移的閉環控制，從而實現頂升過程中位移的精確控制［1］。根據主線2號橋的結構特點，要求位移同步精度控制在2mm以內。

（5）應力監測

在梁體頂升點附近沿橫斷面方向布置應力傳感器，當發現應力變化超過預警值時應暫停頂升作業，查明原因并調整作業方案。

6　結語

橋梁舊橋改造同步頂升具有復雜、危險的特點，在梁體頂升過程中，制定合理的施工組織方案和確保梁體無損傷是同步頂升成敗的關鍵。本項目的工程背景主線2號橋改造完成后經過半年的連續跟蹤監測，其橋面高程的變化在養護規范允許范圍內，支座墊石、橡膠支座均未出現位移與破壞現象，更未發現新增梁體結構裂縫，橋梁運行安全、穩定，各項指標均達到設計要求。

［1］中華人民共和國行業標準.JTG H11-2004，公路橋涵養護規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］汪學謙，汪曉嵐，藍戊己.PLC控制液壓同步頂升系統在連續鋼箱梁懸臂架設施工中的應用.世界橋梁，2005-06-27.

［3］實用動力有限公司.利用液壓控制系統同步頂升系統實現橋梁改造［J］.工程機械，2002（16）：10-12.

［4］吳安定.上海音樂廳頂升和平移工程的液壓同步系統［J］.液壓氣動與密封，2004（1）：24-26.

［5］楊躍鑫.跨線橋頂升加高關鍵技術與施工組織研究.廈門大學碩士論文，2013-06-30.

［6］馮滿耀.濟南燕山立交橋PLC控制液壓同步頂升的施工技術.山東大學碩士論文，2011-05-10.