分離式立交PLC同步頂升支座更換施工

摘要 文章以某高速公路分離式立交26#、32#墩支座更換施工為例，通過對橋梁支座病害產生的原因進行分析和支墩反力的計算，選用PLC計算機控制的液壓同步頂升技術進行支座更換施工，與傳統(tǒng)的支座更換相比，該方法具有中斷交通時間短、工期短、造價低等突出的優(yōu)點。該工程的成功實施可為類似橋梁支座更換維修提供相關經(jīng)驗，為后期工程投入使用奠定了堅實的安全、質量基礎，取得了良好的經(jīng)濟效益及社會效益，值得推廣應用。

關鍵詞 復雜環(huán)境；老舊橋梁；加固；加裝聲屏障；降低噪聲；社會效益

中圖分類號 U445.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）13-0145-03

0 引言

在橋梁維修加固中，由于分離式立交橋的特殊性，頂升支座的更換需要同步進行，但分離式立交橋的頂升支座更換具有非常大的難度，為了確保整個施工過程的整體穩(wěn)定性和安全性，必須針對分離式立交橋的頂升支座更換施工進行詳細的研究和探討。

1 工程概述

1.1 工程概況

該工程某高速公路分離式立交位于兩條高速公路相交處，采用上跨現(xiàn)狀高速公路，主橋采用跨徑70 m的雙鉸型上承式拱形結構；橋梁斜交角度為65 °，跨徑布置為19×20 m+70 m+19×20 m，橋梁總長度為830 m，橋梁總面積為29 880 m2。橋梁的上部結構和下部結構分別為現(xiàn)澆T梁和十字形片狀墩，樁基為鉆孔灌注樁，共有5根，樁長和樁徑分別為48 m和1.2 m。

1.2 橋梁病害表現(xiàn)

2018年11月，通過量測引橋26#墩（東半幅）和32#墩（西半幅）支座，發(fā)現(xiàn)存在爬移、扭轉等現(xiàn)象，支座發(fā)生明顯剪切變形（見圖1所示）。

1.3 病害維修設計

鑒于爬移幅度較大的支座出現(xiàn)一定程度的損傷或其附屬構件出現(xiàn)損傷，需對支座予以更換及復位。并在更換和復位過程中，采取必要的監(jiān)控措施，對主梁支點反力進行控制，根據(jù)支座反力大小，調整支座墊石的標高。

考慮橋梁支座因為過大的爬移導致了一定程度的損傷，或者其附屬構件已經(jīng)出現(xiàn)損傷，需要進行支座的更換和復位。這個過程需要精細的操作和嚴密的監(jiān)控，應對支座反力進行精確計量，以及時發(fā)現(xiàn)并解決可能出現(xiàn)的問題，確保主梁支點的反力得到有效控制。對于主梁支點反力的控制，需要根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，通過調整支座墊石的標高進行完成。如果支座反力過大，說明支座墊石的標高可能過低，需要適當提升墊石的標高；如果支座反力過小，說明墊石的標高可能過高，需要適當降低墊石的標高。因此，須將該工程中高速公路分離式立交的26#墩（東半幅）和32#墩（西半幅）梁體進行頂升，更換原有支座，且在頂升過程中必須進行斷交后方可實施。

2 施工特點及難點

2.1 施工特點

（1）液壓同步頂升過程中采用PLC進行精準控制。

（2）支座反力存在差異，整個橋面較寬，頂升體系反力的計算存在較大難度。

2.2 施工難點

（1）頂升過程中的位移精度控制要求非常高。

（2）梁體屬于七跨連續(xù)梁，當頂升高度及荷載在增加的過程中，裂縫隱患相對較大，需要進行全方位的監(jiān)測。

（3）支座下墩柱存在傾斜情況，在梁體頂升過程中可能存在墩柱回彈，造成精度控制難度非常大。

3 總體施工方案

3.1 施工工序

根據(jù)該工程現(xiàn)場實際情況，結合交管部門的相應要求，經(jīng)與相關部門多次開工前會議溝通，鑒于爬移幅度較大的32#和26#支座出現(xiàn)一定程度的損傷或其附屬構件出現(xiàn)損傷，需對支座予以更換及復位，并加強施工過程中的監(jiān)控，做好主梁支點的反力控制，合理調整墊石標高。橋梁頂升施工過程中，進行半幅斷交、半幅導行，具體施工流程為：交通導行、交通封閉—土方開挖至承臺—頂升支撐結構安裝、加固—頂升設備安裝、調試—試頂升、正式頂升到位—施工監(jiān)測—更換支座—安裝限位鋼板—落梁—拆除頂升支撐結構—竣工驗收、開放交通[1]。

3.2 梁體同步頂升支座更換施工

3.2.1 頂升支撐結構體系安裝

頂升支撐結構體系。嚴格按照設計圖紙進行施工，支撐桿由Φ600×16 mm鋼管制作而成。上下鋼管支撐的連接采用螺栓，以槽鋼為媒介將橫撐和斜撐連接到一起，形成穩(wěn)固水平結構。

（1）支撐鋼管。支撐鋼管采用兩端都帶有法蘭的Φ600×16 mm的鋼管，在鋼管垂直線路方向設置5根，間距為4 000 mm/cos25 °；每排設2根，間距為1 600 mm，鋼管中心應與樁基中心軸線一致。通過現(xiàn)場實際量測，結合上部梁和千斤頂?shù)母叨龋?2#墩（西半幅）支撐鋼管長度采用540 cm，由540 cm+50 cm+60 cm三節(jié)通過法蘭連接而成；26#墩（東半幅）鋼管長度采用650 cm，由650 cm+200 cm+60 cm三節(jié)通過法蘭連接而成。鋼管支立完成后，保證鋼管的頂部標高在同一平面，相差的部分通過在鋼管與承臺表面之間加入鋼墊塊找齊。每根鋼管通過植入既有承臺的6根M28錨栓固定。

（2）橫、斜撐。鋼管之間用[20b熱軋普通槽鋼通過斜撐或橫撐等形式相互連接成整體，以增強整體穩(wěn)定性，其中橫橋向采用橫撐相連，順橋向采用斜撐相連，間距均為200 cm，通過鋼板與鋼管焊接連接。

（3）縱、橫梁。橫向每排支撐鋼管頂部設置兩根I50縱梁，鋼管與縱梁通過焊接及管腳焊鋼板進行連接與固定，縱梁長度為280 cm。縱梁上設置橫梁，橫梁采用兩根I50工字鋼上下搭焊2 cm鋼板而成，橫梁平面尺寸為1 965.4 cm×40 cm，橫梁與縱梁通過焊接連接，且橫梁接頭均設置在縱梁正上方，橫梁安裝完成后作為千斤頂?shù)陌惭b平臺。

3.2.2 千斤頂選用及布置安裝

（1）千斤頂選用。結合支座反力，具體參考值如表1所示，選擇200 t螺旋自鎖千斤頂，行程為140 mm，安全系數(shù)=200/76.5≈2.6，符合相關施工要求。

帶機械自鎖的液壓千斤頂為單油路頂，可液壓頂升并回程。單幅橋頂升配置一臺泵站，全套系統(tǒng)由一套自動控制系統(tǒng)進行控制，可實現(xiàn)8個千斤頂?shù)耐瑫r聯(lián)動頂升，以及同一片梁下4個千斤頂?shù)穆?lián)動調整，每道縱梁下的千斤頂均能獨自補償位移。

頂升千斤頂?shù)膮?shù)如下：

①頂升缸推力：200 T；②頂升缸行程：140 mm；③偏載能力：5 °；④頂升缸最小高度：395 mm；⑤最大頂升速度：10 mm/min；⑥組內頂升缸控制形式：壓力閉環(huán)控制；⑦壓力控制精度：≤5%。

（2）千斤頂布置。在26#墩（東半幅）和32#墩（西半幅）沿橋縱向兩側主梁腹板下，各布置一個千斤頂，單幅橋千斤頂共布置8臺，利用泵站進行頂升作業(yè)的控制。在施工過程中，應通過光柵尺和百分表進行墩柱頂升精度的控制，基于二者所形成的位移監(jiān)控系統(tǒng)能夠準確及時地監(jiān)測頂升姿態(tài)，可實時掌握頂升墩柱的位移變化。

在頂升作業(yè)過程中，泵站及千斤頂都有可能發(fā)生故障，而頂升作業(yè)又必須連續(xù)進行，因此在頂升作業(yè)過程中應保證泵站、千斤頂均備用一套。由于光柵尺及百分表易損，備用一套外再分別備用3把（塊），確保在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下能夠暫時利用機械自鎖鎖死千斤頂，然后立即更換系統(tǒng)，保證整個頂升作業(yè)在安全、可控的狀態(tài)下進行。

（3）千斤頂安裝。千斤頂?shù)鬃枰€(wěn)定設置在鋼支撐橫梁上，同時在安裝過程中考慮梯梁上存在一定程度的縱坡和橫坡，所以在千斤頂安裝過程中，需要結合實際情況，通過墊塊進行找齊；墊塊應放在千斤頂和橫梁之間，為了確保連接的穩(wěn)固性，應采用焊接連接。同時，在安裝過程中需要嚴格控制千斤頂?shù)拇怪倍龋_保其全面符合相關安裝設計要求，避免在使用過程中由于水平分離的存在而影響施工安全和效果。

3.2.3 頂升系統(tǒng)調試

對液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)進行詳細檢查，確保各系統(tǒng)都能正常運行。然后再設定初始加載值，并讀取各傳感器的初始值。

3.2.4 頂升支座更換

（1）試頂升。全部工作準備就緒后開始進行試頂升。為了確保試頂升過程中的安全與穩(wěn)定，需要嚴格控制頂升速度，保持在10 mm/min以內。同時，為了防止對梁體造成過大的應力，最大頂升高度應在2 cm以內[2]。在頂升過程中，需要密切關注梁體的支撐體系和設備的運行狀況。

（2）正式頂升。通過液壓同步頂升系統(tǒng)，使得每幅橋下的千斤頂可聯(lián)動頂升，控制每條主梁頂升位移的同步性。在頂升力控制（力控）階段，應以理論計算的各支墩反力參考值為依據(jù)，分級加載，每級加載的頂升力為150～200 kN，直到將各主梁的自重轉換到千斤頂和臨時支撐上；應在每次加力頂升過程中監(jiān)測頂升量，確保各墩基本保持一致。在頂升量控制（位控）階段，由于梁體自重已全部轉換到了千斤頂上，頂升力不再增加，應分級頂升，每次頂升量為1 mm，通過光柵尺測量頂升位移值，并做出是否調整頂升量的指令；循環(huán)上述步驟，直至主梁頂起至可操作更換支座的位置。

（3）支座更換。新加支座與梁底的密貼程度非常關鍵。為了確保支座和梁底之間的貼合度，需要在空隙、不平的部分插入一些支座墊板。在插入支座墊板前，首先需要把鋼板二用環(huán)氧樹脂黏在墩頂，這樣可以增強鋼板與墩頂?shù)倪B接強度，防止在后續(xù)過程中出現(xiàn)移位或松動。然后再將鋼板與支座進行精準對接和黏合。為了提高鋼板間的連接效果，還需要在相接觸的板面間涂抹環(huán)氧樹脂，楔入鋼板與支座，使支座頂面與主梁底面密貼（見圖3所示），并安裝支座限位鋼板。在上述各環(huán)節(jié)施工完成后，均需要進行細致的檢查和測試，以確保每一步的操作都符合要求，同時也要保證最終的支座與梁底密貼程度達到標準。這樣才能夠確保橋梁的安全和穩(wěn)定，保證其具有長期的使用壽命和性能。

（4）落梁。在進行落梁之前，必須進行細致的檢查以確保新支座的安放無誤。為了保證落梁過程中的梁體平衡，需要確保千斤頂?shù)拿看位芈淞浚沟昧后w能夠平穩(wěn)地降落。在落梁過程中，需要時刻關注支座與梁底的接觸情況。為了確保支座與梁底的完全接觸，需要進行多次檢查。如果發(fā)現(xiàn)支座與梁底未能完全接觸，需要立即采取措施，重新起頂并調整位置，直到符合要求為止。此外，還需要嚴格控制各主梁之間的位移差。為了實現(xiàn)這一目標，需要在落梁過程中對各主梁的位置進行精確的測量和調整，確保它們之間的位移差在允許的范圍內。在落梁完成后，還需要進行一系列的后續(xù)檢查和測試，包括對梁體和支座的全面檢查、對橋梁結構的承載能力測試等。

（5）拆除頂升支撐結構體系。

3.3 施工監(jiān)測

該工程施工監(jiān)測是指頂升過程中，為保證橋梁的整體姿態(tài)而進行的監(jiān)測，包括結構的平動、轉動和傾斜等。監(jiān)測貫穿于頂升全過程中，監(jiān)測分為三套系統(tǒng)，包括光柵尺、百分表及電子水準儀，各種儀器精度都能達到0.01 mm，并在施工過程中進行相互校核，以保證數(shù)據(jù)的準確性。該工程聘請第三方監(jiān)測單位進行施工監(jiān)測，主要監(jiān)測部位及內容包括承臺沉降觀測、梁體底面標高測量、支撐體系的觀測、墩柱姿態(tài)監(jiān)測、頂力監(jiān)測、相鄰墩不均勻沉降觀測等。同步頂升時需要做到對力和位移的監(jiān)控，要求頂升/降落精度≤0.5 mm[3]。該工程梁體頂升豎向位移警戒值為4 mm，限制值為6 mm；每片主梁之間頂升的豎向位移差警戒值為1 mm，限制值為2 mm，實際操作中應以順利更換支座為準。

4 結論

橋梁支座更換施工完成后，各項指標均符合設計及規(guī)范要求。因此，采用PLC計算機控制的液壓同步頂升支座更換施工技術是合理、有效的，對同類工程施工具有十分重要的參考價值及實際意義。

參考文獻

[1]鄭永奎， 王強. 淺談橋梁支座及其受力[J]. 城市建設理論研究（電子版）， 2013（24）： 1-5.

[2]甘采博， 李明， 郭云峰， 等. 同步頂升技術在橋梁支座更換施工中的應用[J]. 南華大學學報（自然科學版）， 2013（4）： 96-99+104.

[3]梁利文， 郭世滔， 李興奎， 等. 應用于橋梁支座更換的超高精度液壓同步頂升系統(tǒng)[J]. 液壓氣動與密封， 2016

（12）： 57-60.

收稿日期：2024-02-04

作者簡介：孫彥龍（1988—），男，本科，助理工程師，從事交通機電工程工作。