不中斷交通的單墩頂升施工工藝探討

廖煥旺 王光賓 俞文彬

(1.江西省高速公路投資集團有限責任公司，江西 南昌 330038； 2.江西省交通科學研究院，江西 南昌 330200)

不中斷交通的單墩頂升施工工藝探討

廖煥旺1王光賓1俞文彬2

(1.江西省高速公路投資集團有限責任公司，江西 南昌 330038； 2.江西省交通科學研究院，江西 南昌 330200)

結(jié)合泰和縣某高速公路橋梁支座的病害情況，介紹了支座頂升更換的方法及設(shè)備，闡述了不中斷交通情況下的單墩同步頂升技術(shù)，實踐表明在不中斷交通，僅適當限速的情況下，PLC計算機同步頂升系統(tǒng)可以實現(xiàn)支座的頂升更換。

橋梁，支座，同步頂升，施工工藝

0 引言

橋梁支座是橋跨結(jié)構(gòu)的支承部分，承上啟下是橋梁上、下部結(jié)構(gòu)的連接點。它能將橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力和變形傳遞給下部結(jié)構(gòu)，使其實際受力情況滿足設(shè)計圖紙，避免梁端與墩臺直接接觸造成損害。因此，橋梁支座應(yīng)具足夠的強度、剛度，有自由轉(zhuǎn)動外，還應(yīng)便于安裝、維修、更換。根據(jù)其容許變形量的大小分為固定支座和活動支座[1]。

我國高速公路混凝土梁橋主要使用的是橡膠支座，而鋼構(gòu)橋采用的是鋼支座或無支座，泰和縣某高速公路段上的橋梁大部分采用橡膠支座，下面介紹該路段出現(xiàn)病害較多的板式橡膠支座的特點。

板式橡膠支座是由多層天然橡膠與薄鑲嵌、粘合、硫化而成的，其構(gòu)造較為簡單，它的轉(zhuǎn)角位移和水平位移是分別通過橡膠的彈性壓縮、剪切變形來實現(xiàn)的。板式橡膠支座按構(gòu)成材料是否含四氟乙烯板可分為普通橡膠支座和四氟乙烯滑板支座。普通橡膠支座具有強大的豎向剛度可以承受來自豎向方向的荷載，并具有良好的彈性變形，能夠滿足梁端的轉(zhuǎn)動；其較大的剪切變形能力亦滿足上部構(gòu)造的水平位移。四氟乙烯滑板支座除擁有普通橡膠支座的基本性能，還可以承受來自垂直方向的荷載及支撐梁端的轉(zhuǎn)動外，由于支座表層的四氟乙烯板與梁底不銹鋼板之間的摩擦系數(shù)較低(μ≤0.03)使橋梁上部構(gòu)造在水平方向上限制較小，可相對自由移動[2]。

1 泰和縣某高速橋梁支座情況

1.1 支座主要病害

根據(jù)《泰和縣某高速井岡山機場管理所橋梁定期檢查報告》(2014年2月，江西省交通質(zhì)量檢測中心)可知泰和縣某高速公路橋梁支座主要存在病害有：脫空、老化開裂、剪切變形、外鼓，如圖1所示。

1.2 支座病害的危害

支座病害限制了上部結(jié)構(gòu)梁體的自由伸縮，對橋梁上部結(jié)構(gòu)受力造成不利影響，長期如此不僅使梁體、墩臺產(chǎn)生附加內(nèi)力，對結(jié)構(gòu)安全也帶來了隱患。

考慮橋梁的長遠使用，如果單采用養(yǎng)護措施，不但不能從根本解決病害問題，還會增加橋梁養(yǎng)護投入，直接更換存有病害支座才能有效的解決問題。因此，泰和縣某高速公路決定對存有病害的支座進行頂升更換。

2 支座頂升更換的方法及設(shè)備

2.1 支座頂升更換方法

橋梁支座頂升更換的主要施工技術(shù)是采用千斤頂或其他設(shè)備將橋梁上部結(jié)構(gòu)頂升至一定的高度后對存在病害的支座進行維修更換。傳統(tǒng)的全橋整體同步頂升法對連續(xù)橋梁產(chǎn)生的附加內(nèi)力較小或不產(chǎn)生，相對安全，但是當梁體被整體頂起后失去了支座對它的約束，容易在受到較小的外力作用下形成機動體系，給施工帶來安全隱患?！叭珮蛘w同步頂升法”需要的儀器設(shè)備比較多，較為適用小跨徑橋梁，對大跨連續(xù)梁，施工成本高，遇橋梁支座局部損壞，不需要整體同步頂升[3]，如用此法則大大浪費了施工成本。

結(jié)合泰和縣某高速公路橋梁存有病害支座的實際分布情況來看，并非全橋的支座都存有病害，大部分橋梁都是單墩或多墩存有病害支座，無需采用“整體同步頂升技術(shù)”。依此特點我們提出的頂升方法為橫向同步、縱向分階段逐步頂升方法中的“縱向單點(逐墩)，橫向同步”方法來進行支座頂升更換。該法是通過沿橋墩橫向方向布置千斤頂并同步控制頂升高度，達到頂升高度時將病害支座更換后落梁，接著將千斤頂縱向擺放至另一橋墩上進行作業(yè)。

2.2 支座頂升更換設(shè)備

1)單墩同步頂升法的設(shè)備選擇。針對本項目橋梁更換支座施工特點，所選取的設(shè)備系統(tǒng)為PLC計算機同步頂升系統(tǒng)，該設(shè)備除了具備通用頂升設(shè)備的基本功能外，還具備以下幾個優(yōu)點：a.具有較小體積、較輕重量、可在施工現(xiàn)場靈活的組合、分布。b.適宜遠距離、大跨徑連續(xù)梁橋的同步作業(yè)。c.對同步性的精準控制，不論是沿橋梁的縱向方向或是橫向方向，確保各個頂升點之間精密同步，且相對位移滿足橋梁體系的結(jié)構(gòu)受力要求；在液壓管道中，油壓力降低主要表現(xiàn)為能量的損失，應(yīng)盡量避免，從圖2可以看出，采用計算機控制微泵組多點位移同步頂升系統(tǒng)可以有效控制油管長度，消除因油管長度不同而產(chǎn)生的管道壓力降，從而減少壓力降所帶來的各點頂升不同步的缺陷。

2)設(shè)備突出技術(shù)特點。同步位移控制精度不大于0.2 mm。拉線式位移傳感器：誤差小于1 mm。采用Windows平臺軟件系統(tǒng)自動控制同步頂升作業(yè)，智能判斷誤差超限并報警停止作業(yè)。對每一個作業(yè)點的頂升壓力和頂升量都可以進行單獨設(shè)置和操作，同時支持單作用千斤頂或雙作用千斤頂。設(shè)備可以在梁體頂升過程中和落梁過程中保持相同的精度控制。設(shè)備可以通過增加油箱的方法或分流油管來滿足提升千斤頂數(shù)量及頂升噸位。位移檢測傳感器：拉線式位移傳感器(有效測量行程500 mm)。

3 主要的施工工藝及理論分析

3.1 施工方法和步驟

在正式梁體頂升開始前，必須對梁體進行試頂，用來檢查儀器設(shè)備安裝的是否正確，各作業(yè)點是否穩(wěn)定。試頂時將梁體頂起1 mm，并穩(wěn)定一段時間后進行監(jiān)測，如無異常情況，則正式頂升。

3.1.1 施工前的準備

首先，根據(jù)橋梁支座檢測的結(jié)果確定需要更換的數(shù)量及位置。其次，根據(jù)設(shè)計圖紙確定需要更換支座的類型和數(shù)量，再結(jié)合現(xiàn)場橋梁的結(jié)構(gòu)形式選擇相應(yīng)的千斤頂及數(shù)量，組織安排相關(guān)的施工人員。

對儀器設(shè)備的檢查、校核和調(diào)試，如油泵是否完好，油管表面是否老化開裂，油管長度是否合適，以及千斤頂噸位、行程是否滿足要求，位移計量程是否能滿足等。

3.1.2 標注原支座中心線

用記號筆在梁底、墊石中心線及左右兩邊做好記號，以便更換支座時對位移的控制。

3.1.3 安裝千斤頂，試頂梁體

梁體頂升時采用PLC位移同步頂升液壓系統(tǒng)控制整體同步頂升系統(tǒng)[4]，分級分次頂升，千斤頂布置在蓋梁或橋臺上，如圖3所示。

3.1.4 梁體頂升

1)梁體頂升時，需要有技術(shù)人員指揮，每次頂升高度根據(jù)設(shè)計要求所定，本項目橋梁每次頂升量為3 mm，但頂升總量不宜超過1 cm。2)梁體頂升時采用梁體位移控制與千斤頂頂力控制雙重控制，其中梁體位移為主，千斤頂頂力為輔。當油泵顯示異常時立刻停止工作，穩(wěn)定梁體，調(diào)查問題原因并解決后，方可繼續(xù)頂升。3)對于橋梁梁端有約束的情況(設(shè)有伸縮縫裝置、橋面連續(xù)、護欄)，頂升前應(yīng)將約束解除后才能進行頂升。

3.2 頂升理論分析

施工方案落實后，現(xiàn)場施工必須參考理論數(shù)據(jù)，檢查頂升高度的上限、起梁、落梁的位移、應(yīng)力變化是否符合要求等。我們利用邁達斯軟件建立有限元模型為實際施工提供一定的理論指導(dǎo)與安全保障。

用有限元仿真技術(shù)建立全橋模型，對相應(yīng)墩臺進行模擬梁體頂升施工，根據(jù)梁體混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力的原則，計算出各墩臺梁體頂升量的上限值。

根據(jù)橋梁主橋施工設(shè)計圖，建立橋梁模型，在橋梁模型上對相應(yīng)墩臺施加5 mm，10 mm，20 mm的強迫位移[5]，計算并分析梁體頂升高度不同時主梁應(yīng)力的變化規(guī)律，通過各強迫位移的對比，得出泰和縣某高速公路橋梁單墩頂升的極限值為10 mm，如單墩頂升至10 mm，支座仍無法取出，則應(yīng)加頂，并同時頂升相鄰兩墩，避免施工墩頂升量超限造成橋面連續(xù)性破壞等問題。

4 結(jié)語

本次泰和縣某高速公路橋梁支座頂升更換順利完成，其施工過程中并未對橋面進行封道，而是短暫的占用應(yīng)急道和行車道，對超車道限速通過，對整個橋梁的順利通行并未造成影響。支座更換前后橋梁的標高基本保持一致，實現(xiàn)了單墩同步頂升在不中斷交通狀態(tài)下的施工。與傳統(tǒng)的全橋整體同步頂升更換支座的方法相比，采用不中斷交通的單墩同步頂升工藝，擁有施工工期大大縮短，節(jié)約成本，工藝簡單等優(yōu)點。值得注意的是必須結(jié)合不同工程項目對其橋梁進行極限頂升量計算，因地制宜的制定施工方案，切忌生搬硬套。

[1] 張 煜.混凝土連續(xù)梁橋支座更換頂升優(yōu)化研究[D].長沙：中南大學，2014.

[2] 邢志杰，王 磊.淺析橋梁材料——橡膠支座[J].科技風，2012(9)：77-78.

[3] 劉 萌，劉世忠，冀 偉.大跨連續(xù)梁橋單墩頂升工藝設(shè)計與過程監(jiān)控[J].蘭州交通大學學報，2011(2)：23-24.

[4] 卓 儀.鋼混疊合梁整體提升作業(yè)的施工組織和相關(guān)計算[J].交通建設(shè)與管理，2014(4)：105-106.

[5] 泰和縣某高速公路橋梁維修工程設(shè)計圖[Z].

On introduction of uninterrupted traffic single-pier jacking-up and its research

Liao Huanwang1Wang Guangbin1Yu Wenbin2

(1.JiangxiExpresswayInvestmentGroupCo.,Ltd,Nanchang330038,China; 2.JiangxiAcademyofTraffic,Nanchang330200,China)

Combining with the diseases of the bridge bearing of some expressway in Taihe County, the paper introduces the replacement method and equipment for the bearing jacking-up, illustrates the single-pier simultaneous jacking-up technique under the uninterrupted traffic, and proves by the practice that PLC computer simultaneous jacking-up system can realize the bearing jacking-up under the speed limitation and uninterrupted traffic.

bridge, support, simultaneous jacking-up, construction craft

1009-6825(2017)03-0171-02

2016-11-01

廖煥旺(1990- )，男，助理工程師; 王光賓(1991- )，男，助理工程師; 俞文彬(1982- )，男，助理工程師

U445

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