橋梁改擴建工程同步頂升技術(shù)應(yīng)用

劉凡 任黎明

（山東宇通路橋集團(tuán)有限公司， 山東 廣饒 257300）

在橋梁改擴建項目工程中， 支座更換屬于系統(tǒng)性工程， 常規(guī)的更換方式操作難度大， 成本高難以滿足新時期橋梁改擴建項目的需求。 同步頂升技術(shù)的出現(xiàn)， 無疑給橋梁改擴建項目開展奠定穩(wěn)固基礎(chǔ)， 該技術(shù)具備操作方便、 技術(shù)成熟等特點， 能滿足橋梁改擴建的建設(shè)需求。

1 概述同步頂升技術(shù)

同步頂升技術(shù)的應(yīng)用范圍比較廣， 在該技術(shù)體系內(nèi)包含電動機、 高壓液壓泵、 油箱、 操控系統(tǒng)以及其他的附屬閥門、 管路等組成。 泵站經(jīng)過分流器直接將液壓油分配給各個油缸， 操控體系會獲取不同的回饋信號， 讓各個油缸按照要求順利頂升， 嚴(yán)格控制頂升的速度， 保證和混凝土連續(xù)梁體結(jié)構(gòu)的頂升同步， 符合正常施工的要求。

1.1 應(yīng)用范圍

1） 同步頂升技術(shù)能夠應(yīng)用到大跨徑、 大噸位等類型的橋梁支座更換。 在更換的過程中， 能夠在影響其他結(jié)構(gòu)狀態(tài)下操作； 2） 能在上部結(jié)構(gòu)為橫向聯(lián)系構(gòu)造的橋梁進(jìn)行更換， 同時在更換環(huán)節(jié)中還能夠?qū)υ薪Y(jié)構(gòu)病害進(jìn)行處理； 3） 能夠?qū)Υ笮徒Y(jié)構(gòu)物橋梁進(jìn)行更換， 由于頂升系統(tǒng)的頂升力度是可以進(jìn)行加碼的，因此大型、 重型支座更換時， 可以滿足承載需求。

1.2 施工要求

1） 新支座無論是從構(gòu)造、 承載力等方面分析均需要滿行業(yè)規(guī)定與設(shè)計需求； 2） 針對更換整體施工方案， 需要科學(xué)計算， 確定支座的參數(shù)， 針對涉及的配件進(jìn)行詳細(xì)的核對； 3） 橋梁頂升的臨時支架一定具備富余的剛度、 且強度、 穩(wěn)定性等方面要符合施工需要； 4） 頂升環(huán)節(jié)以及落梁環(huán)節(jié)， 需要符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)； 5） 在進(jìn)行制作更換階段中， 按照環(huán)境的實際情況做好支座偏移量的全面計算， 并且在符合條件下進(jìn)水作業(yè)施工； 6） 做好新舊支座的高度差測量， 對施工方案與技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化， 保證各方面的參數(shù)符合施工需求。

2 工程實例

某橋梁項目的建設(shè)總長度為758m， 整個橋梁應(yīng)用16 ×25m一聯(lián)干凈趕緊混凝土連續(xù)箱梁制作， 上部結(jié)構(gòu)為單箱雙室的結(jié)構(gòu)形式， 下部則是21.5m的鉆孔灌注樁聯(lián)合H形柱式墩臺結(jié)構(gòu)形式， 和重力式橋臺進(jìn)行連接應(yīng)用。 原橋面部位應(yīng)用C40 混凝土鋪設(shè)施工，厚度為5 ～10cm。 橋梁經(jīng)過20 年的運營， 管理部門多次組織技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場檢測， 發(fā)現(xiàn)承載性能可以滿足交通通行的需要， 但是長期運行之下導(dǎo)致有些橡膠支座發(fā)生病害的問題， 比如表面開裂、 脫空、 偏移、偏壓、 變形等。 支座病害問題的存在， 讓橋梁結(jié)構(gòu)運行安全性無法保證， 需要及時更換病害的支座結(jié)構(gòu)。

3 頂升施工方案的實施

3.1 頂升施工基本要求

頂升施工作業(yè)前， 應(yīng)該對相應(yīng)梁端以及上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析檢測， 防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的新?lián)p傷問題。 從橋梁同步頂升施工情況分析， 其難度高、 施工風(fēng)險高， 所以要保證施工的安全性， 加強管理和控制， 保證人員與工程安全， 提高施工綜合效益。

3.2 同步頂升系統(tǒng)安裝及調(diào)試

同步頂升系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)可見圖1 所示， 按照設(shè)計方案的標(biāo)準(zhǔn)要求， 系統(tǒng)內(nèi)每個油缸頂升力可以達(dá)到300t， 同時還設(shè)置有機械鎖止裝置， 能夠有效的預(yù)防在系統(tǒng)運行中出現(xiàn)系統(tǒng)和管道失壓的問題， 確保梁體荷載能夠快速的支撐， 完全達(dá)到運行的標(biāo)準(zhǔn)。 千斤頂直接設(shè)置到支撐鋼柱的表面， 實現(xiàn)垂直頂升作業(yè)。 安裝千斤頂?shù)倪^程中， 上、 下兩面需要設(shè)置有厚度為10mm的鋼墊板， 其中上部墊板還要設(shè)置橡膠墊片，保持和梁體結(jié)構(gòu)的緊密貼合， 從而可以增加受力面積， 保證梁體承載性能更加的安全。

主控臺設(shè)布置到橋梁跨中部位上， 與液壓油管連接距離盡量的縮短， 操控系統(tǒng)可以快速掌握設(shè)備控制和監(jiān)控系統(tǒng)。 千斤頂、 傳感器、 泵站等組裝結(jié)束后開始空載調(diào)試， 確保油缸、 管路、 液壓閥門實現(xiàn)有效的運行， 保證各個傳感器可以正常的運行。 同步頂升系統(tǒng)采取觸摸屏主控的操作方式， 工作人員進(jìn)行操控參數(shù)的控制， 并且可以獲取預(yù)警、 故障等信息。 壓力與位移是頂升控制的核心參數(shù)， 縱向相鄰油缸作為一組， 每一組油缸的位移、 壓力都要處于合理的范圍內(nèi)。 結(jié)合液壓控制參數(shù)， 保證頂升移動的精度符合要求， 每一個斷面兩側(cè)都必須安裝位移傳感器， 以便工作人員掌握其頂升姿態(tài)和數(shù)據(jù)信息。

3.3 施工部署

本次施工的橋梁為16 跨連續(xù)箱梁的結(jié)構(gòu)， 橋墩的最高部位結(jié)構(gòu)為6.25m， 整體結(jié)構(gòu)坡度尺寸比較大， 為了使得橋梁同步頂升施工達(dá)到穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)， 應(yīng)用鋼管支座反力頂升的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)， 且搭設(shè)施工前， 需要將搭設(shè)部位上的鋼筋混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行加強處理， 在整體頂升施工結(jié)束后， 及時更換支座結(jié)構(gòu)。 頂升施工前，制定出切實可行的頂升施工方案， 滿足施工標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 頂升控制系統(tǒng)

液壓同步頂升系統(tǒng)應(yīng)用的是和橋梁同時頂升的施工方式， 該項目選擇美國生產(chǎn)的PLC計算機控制液壓同步頂升系統(tǒng)。 這一系統(tǒng)的技術(shù)水平較高， 安裝有精度較高的位移控制器以及壓力傳感器裝置， 可以實現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制， 顯示器隨時反映出頂升力值以及頂升高度參數(shù)， 達(dá)到位移同步控制的要求， 且利用計算機隨時進(jìn)行液壓缸的壓力、 位移量的監(jiān)測與控制， 達(dá)到設(shè)定的行程之后能夠自動鎖定。 通過千斤頂?shù)淖枣i功能， 在油路出現(xiàn)故障問題之后能夠自動化鎖定， 確保不會出現(xiàn)壓力下降的情況。

3.5 橋梁頂升關(guān)鍵技術(shù)

在橋梁頂層技術(shù)應(yīng)用的階段中， 對于定身工藝的控制， 需要按照整體橋梁項目的承載需求以及施工目標(biāo)作為基礎(chǔ)合理的對頂升的高度以及頂升的過程進(jìn)行控制， 保證新制作能夠順利的安裝， 一般而言頂升關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用要點有以下幾點。

3.5.1 反力基礎(chǔ)

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是重要的承載部分， 其尺寸設(shè)計為4 ×3×1.2m， 承臺頂面和地面的距離為10cm， 基礎(chǔ)部位需要鋪設(shè)C15 混凝土墊層， 厚度為10cm。 混凝土表面需要進(jìn)行鑿毛處理， 保證基礎(chǔ)和橋墩柱植筋有效的連接， 在施工完畢之后， 頂部達(dá)到平整度要求， 偏差不超過±3mm。

3.5.2 支撐體系

頂升的支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)用的是609 鋼管施工， 每一個橋墩周邊都要設(shè)置6 組609 鋼管， 保證結(jié)構(gòu)的性能符合要求， 通過應(yīng)用法蘭盤與螺栓連接形成整體結(jié)構(gòu)， 穩(wěn)定性符合要求。 水平連接采用槽鋼進(jìn)行， 斜杠為75角鋼。

3.5.3 頂升限位

為了防止頂升環(huán)節(jié)出現(xiàn)橫、 縱偏移的情況， 應(yīng)該在現(xiàn)場設(shè)置限位裝置。 限位支架的強度性能合格， 且有足夠的剛度性能。 應(yīng)用609 鋼管向外擴拼、 接高，卡住兩側(cè)的腹板。 橫縱限位部位應(yīng)該在橋梁接縫的部位上安裝四條方木， 安裝到裂縫中間。

3.5.4 試頂升

各項工作準(zhǔn)備完畢之后， 首先要進(jìn)行試頂升， 此時的速度控制在1cm/min 內(nèi)。 頂升達(dá)到規(guī)定的位置后， 保持10min 的時間， 觀測兩側(cè)支撐點以及設(shè)備運行的情況。 如果存在異常反應(yīng)， 需要及時采取措施處理， 沒有任何問題才能繼續(xù)頂升施工。

3.5.5 正式頂升

在本項目頂升施工環(huán)節(jié)中， 頂升的高度需要按照支座的高度為參考， 將其控制在9 里面范圍當(dāng)中， 也就是頂板的頂升距離要與螺帽的距離相等（5 +4）cm。 若該距離不足以將支座取出， 則需要進(jìn)行調(diào)整。此外， 在頂升施工時梁低的誤差需要控制在±2mm之間。 隨后在頂升操作時， 若頂升的距離達(dá)到一定的行程以后， 需要馬上采取鋼板進(jìn)行墊底， 而后逐漸的擴大頂升的距離。 當(dāng)頂升距離滿足設(shè)計高程以后， 需要通過臨時支架產(chǎn)生的作用， 將原制作直接取出， 且做好相關(guān)的支撐處理， 而后進(jìn)入支座更換環(huán)節(jié)。

4 更換支座

4.1 支座拆除

對于更換的支座要進(jìn)行全面的檢查， 現(xiàn)場做好記錄， 支座位置、 編號、 病害情況都要做好全面的記錄， 留存?zhèn)溆谩?頂升工作開始前， 實測支座墩柱頂與箱梁底部的凈高與支座位置梁底標(biāo)高， 這就是箱梁同步回落到原先的狀態(tài)。 盆式支座的結(jié)構(gòu)如果出現(xiàn)螺栓銹蝕掉的情況， 先進(jìn)行表面除銹處理， 然后表面涂油進(jìn)行浸潤處理， 如果還無法卸掉， 則需要直接鑿除，然后更換新的螺栓部件， 表面涂刷環(huán)氧砂漿修復(fù)處理。 應(yīng)用切割設(shè)備把已有的支座鋼盆和預(yù)埋鋼板的焊縫進(jìn)行分離處理。 箱梁頂升到規(guī)定部位之后， 使用薄鋼板塞緊臨時支撐的結(jié)構(gòu)， 保證底部和臨時支撐達(dá)到連接緊密的要求， 并且應(yīng)用手拉葫蘆取出支座， 使用叉車落地。

4.2 支座安裝

支座要放置出現(xiàn)暴曬、 雨淋等危害， 也不能和酸、 堿、 油等類型的物質(zhì)接觸， 并且和熱源保持有至少1m的距離。 在舊支座全部拆除之后， 將上下鋼墊板進(jìn)行打磨平整處理。 先進(jìn)行支座部位的清理處理，然后需要使用特殊的材料進(jìn)行找平處理， 且不能隨意的松動螺栓。 支座安裝環(huán)節(jié)， 支座沿著順橋向的中心應(yīng)該和主梁中心線是平行的。 同時需要安裝兩個方向的水平， 保證支座結(jié)構(gòu)性能不會受到任何的影響。 支座的標(biāo)高恢復(fù)到原來的狀態(tài)， 保證附加應(yīng)力合格。

4.3 落梁

支座更換工作結(jié)束后， 應(yīng)該以原有的狀態(tài)存在，梁體安裝到規(guī)定位置上之后， 需要進(jìn)行上下鋼梁與梁底貼合效果的檢查， 保證全部達(dá)到密貼的要求。 如果支座受到偏心受壓、 不均勻承載或者脫空的問題， 應(yīng)該再次進(jìn)行量體結(jié)構(gòu)的頂升施工， 且在支座下部設(shè)置點半結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)， 保證達(dá)到密貼的效果。 安裝結(jié)束后， 不能存在強行位移的情況。 支座安裝結(jié)束后， 保證千斤頂可以同時回落， 保證箱梁和支座的間距在5mm左右時， 應(yīng)用灌注器將砂漿直接灌入到縫隙內(nèi)，在全部固化之后， 且強度性能合格， 回落到支座上，還要保留臨時鋼支撐結(jié)構(gòu)。

5 橋梁改造中頂升技術(shù)操作的優(yōu)化策略

5.1 加強施工前的勘察

做好現(xiàn)場施工勘查和分析， 獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息， 對于橋梁改造施工提供幫助。 在現(xiàn)場施工開始前， 首先對勘查后獲取的數(shù)據(jù)信息展開分析， 為橋梁改造方案的制定起到積極作用。 在計算之后， 可以確定橋梁改造的總噸位、 千斤頂安全系數(shù)、 改造橋梁的絕對重量系數(shù)等， 如果現(xiàn)場需要， 還必須對橋梁進(jìn)行加固處理， 以確保橋梁施工后質(zhì)量合格。

5.2 施工過程中強化實時監(jiān)控

橋梁改造施工環(huán)節(jié)， 應(yīng)該隨時監(jiān)控現(xiàn)場橋梁的施工情況， 確保頂升施工技術(shù)符合要求， 保證橋梁改造之后符合設(shè)計方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求， 為橋梁頂升施工可以達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求做出貢獻(xiàn)， 同時也要避免在施工中超出標(biāo)準(zhǔn)而引發(fā)裂縫的問題。 如果在施工出現(xiàn)裂縫的情況， 需要立即停止現(xiàn)場的施工， 做好橋梁頂升的改造處理， 保證橋梁進(jìn)行加固施工， 提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 此外， 在橋梁改造施工環(huán)節(jié)， 必須要做好現(xiàn)場管控， 保證改造施工達(dá)到安全的標(biāo)準(zhǔn)， 這要包含人員的安全與工程的安全， 以免給企業(yè)造成過大的經(jīng)濟損失。

5.3 提高改造橋梁的頂升點的科學(xué)性

橋梁 改造施工環(huán)節(jié)， 頂升點是施工的關(guān)鍵點， 對于橋梁改造施工效果有著至關(guān)重要的影響。 在頂升施工階段， 結(jié)合檢測的實際情況選擇合適的頂升點， 保證頂升施工滿足要求。 如果在現(xiàn)場選擇的頂升點不能達(dá)到現(xiàn)場施工的要求， 位置存在偏差的情況， 在頂升后極易造成平面部位發(fā)生變形的問題， 橋梁改造施工的后續(xù)工序無法達(dá)到要求。 基于此， 在頂升開始前，技術(shù)人員必須深入到現(xiàn)場展開全面的勘察與分析， 了解現(xiàn)場的具體情況， 加強現(xiàn)場分析， 保證頂升點設(shè)計符合科學(xué)性、 合理性的要求。 同時， 還要盡量的增加頂升點的數(shù)量， 因為數(shù)量越多， 則頂升時變形發(fā)生的概率就會越小， 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會越好。 在橋梁改造的頂升施工時， 頂升點的選擇要按照下述原則進(jìn)行：確保頂升的頂面達(dá)到穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)， 頂升點完全能夠承受整個頂升過程的受力， 嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 在現(xiàn)場施工中， 綜合分析橋梁的具體情況，保證頂升點的數(shù)量和質(zhì)量都符合要求， 切實提升橋梁改造的效率和質(zhì)量。

5.4 橋梁頂升過程的同步監(jiān)測

橋梁的同步頂升是采取分級的方式進(jìn)行的， 保證橋梁整個的運動軌跡、 整體姿態(tài)、 結(jié)構(gòu)應(yīng)力等都能夠進(jìn)行監(jiān)測， 以保證運行的安全性， 對于頂升、 支撐、落梁的各個工序進(jìn)行監(jiān)測。 在監(jiān)測中， 必須隨時了解姿態(tài)變化、 位移變化、 內(nèi)應(yīng)力變化等數(shù)據(jù)。 在橋梁頂升施工階段， 做好姿態(tài)的控制極為重要。 在現(xiàn)場頂升施工時， 應(yīng)該設(shè)置多個特征點， 并且在現(xiàn)場布置預(yù)警值和極限值， 以保證姿態(tài)數(shù)據(jù)信息能夠隨時掌握， 反饋給管理人員， 做好頂升環(huán)節(jié)的控制。

1） 位移傳感器監(jiān)測。 在頂升施工的位置安裝位移傳感器， 保持同步監(jiān)測和控制， 結(jié)合橋梁的施工位置， 保證位移的精度控制在0.1mm。 位移傳感器與控制主機連接形成閉環(huán)控制， 保證頂升時能夠達(dá)到位移的有效控制。 位移傳感器直接固定到立柱側(cè)面上蓋梁， 以確保位移傳感器可以獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

2） 特征點觀測標(biāo)高。 在頂升監(jiān)測的過程中， 能夠隨時了解橋墩和橋臺沉降的情況。 橋梁特征點標(biāo)高的作用就是進(jìn)行頂升時的同步核算測量， 保證傳感器在存在故障的情況下能及時發(fā)現(xiàn)存在的問題， 讓橋梁頂升時整體姿態(tài)是可控的。

3） 應(yīng)變片內(nèi)力監(jiān)測。 通過對橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力的準(zhǔn)確評價和分析， 能夠及時掌握內(nèi)力變化的具體情況，消除各種不利的影響因素， 保證橋梁結(jié)構(gòu)更加的安全與穩(wěn)定。

5.5 頂推過程中的注意點

1） 隨時對位移量進(jìn)行觀測與測量。 在現(xiàn)場的改造施工中， 主要影響位移參數(shù)的因素就是墩頂和梁體， 所以在墩頂施工中應(yīng)該做好水平偏移的控制， 梁體發(fā)生中線偏移的情況， 需要做好前兩端的頂推處理， 如果存在偏移的情況， 這是因為側(cè)向限位所造成的， 所以需要使用倒鏈或者千斤頂?shù)姆绞竭M(jìn)行調(diào)整處理， 保證位移量有效的控制， 提高數(shù)據(jù)的精確性。 墩頂位移觀測對于整個改造的質(zhì)量進(jìn)行控制， 按照設(shè)計要求確定具體的測量偏差最大的位置， 在施加力的過程中， 要隨時觀測和了解， 做好協(xié)調(diào)性處理， 并且了解梁的運動條件， 及時做出改進(jìn)和調(diào)整， 防止超出最大偏差值而影響橋梁的改造質(zhì)量； 2） 施加頂推力。每一個墩頂反力都會給頂推力的大小產(chǎn)生影響， 所以要使用多少千斤頂， 是根據(jù)摩擦力的大小來計算確定的， 而千斤頂?shù)睦χ抵饕鞘艿矫總€支點反作用力與摩擦力的影響， 通過油表可以獲取數(shù)據(jù)信息。 頂推環(huán)節(jié)， 需要持續(xù)進(jìn)行千斤頂?shù)耐七M(jìn)， 所以在施工中，位置標(biāo)定必須滿足要求， 做好現(xiàn)場總體運動形式的控制， 根據(jù)實際情況隨時做出調(diào)整， 確保頂推作用施工的質(zhì)量合格。

6 結(jié)語

從本次案例實際情況分析， 橋梁改擴建施工中，同步頂升施工技術(shù)方式的效果明顯， 較之傳統(tǒng)支座更換方式來說， 工期比較短， 操作簡單且施工效果良好， 發(fā)揮出該技術(shù)的優(yōu)勢， 提高橋梁運行的安全性與穩(wěn)定性， 可以在更大范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。