同步頂升技術(shù)在橋梁工程中的研究與應(yīng)用

聶金龍，李 廣，劉興峰

（中國電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，天津 300100）

隨著我國交通建設(shè)工程迅速發(fā)展，每年都有部分道路進(jìn)入大、中修期，橋梁支座老化損壞或橋梁凈空不滿足通行需求，需要更換或加高。對此，同步頂升技術(shù)可以起到較好的應(yīng)用效果。潛江路長楓港橋在不破壞和不改變橋梁結(jié)構(gòu)的情況條件下，通過PLC控制系統(tǒng)結(jié)合千斤頂和同步頂升設(shè)備對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行抬高或降低移位操作，順利完成支座的更換，進(jìn)一步證實(shí)該工藝既經(jīng)濟(jì)又快捷，且具有施工工期短、交通影響小、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境等特點(diǎn)，在橋梁加高及支座更換等工程中有廣泛的應(yīng)用前景。

1 同步頂升的工藝原理

頂升的工藝原理即采用適當(dāng)?shù)呐R時結(jié)構(gòu)支撐在原支座附近，臨時改變橋梁結(jié)構(gòu)體系，在不破壞橋梁結(jié)構(gòu)的情況下，通過PLC控制系統(tǒng)結(jié)合千斤頂和同步頂升設(shè)備對橋梁結(jié)構(gòu)采取抬高或降低移位操作，將橋跨結(jié)構(gòu)支撐達(dá)到一定高度，以達(dá)到橋梁升高的目的，解決橋梁加高、橡膠支座更換及橋梁的調(diào)坡等問題。

PLC液壓同步控制系統(tǒng)主要由液壓系統(tǒng)（含檢測傳感器）、計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)兩部分組成。通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)，可自動完成同步位移，實(shí)現(xiàn)位移的監(jiān)控、位移誤差的監(jiān)控、頂升速度的監(jiān)控、負(fù)載壓力的監(jiān)控、故障報(bào)警和緊急停止功能。同時，檢測傳感器監(jiān)測整個頂升過程，將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，并把分析處理后的數(shù)據(jù)傳輸給液壓系統(tǒng)，由液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制各千斤頂油壓，從而保證整個頂升系統(tǒng)同步性。

2 施工工藝方法

為了保障現(xiàn)場施工的順利進(jìn)行，項(xiàng)目技術(shù)人員需事先編制相應(yīng)的技術(shù)方案，確保實(shí)施過程中按照流程進(jìn)行同步作業(yè)（見圖1）。

圖1 施工工藝流程

2.1 頂升前準(zhǔn)備工作

（1）橋墩處支架搭設(shè)。在每個橋墩處分別搭設(shè)雙排腳手架，并在蓋梁下方采用鋼管腳手架搭設(shè)施工平臺，上面布置厚4cm腳手板作為施工平臺或通道，同時捆綁固定。臨邊部位要掛設(shè)安全網(wǎng)，操作平臺欄步距及層高應(yīng)符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

（2）支座更換頂升高度確定。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，一般支點(diǎn)位置頂升8mm可滿足支座更換的空間要求?？紤]主梁結(jié)構(gòu)受力要求，避免損壞橋面鋪裝或伸縮縫，頂升過程中應(yīng)對相鄰橋墩之間頂升高度進(jìn)行監(jiān)控，高差不大于2mm。

（3）千斤頂?shù)倪x擇。梁底與蓋梁間的高度較小，選用100t超薄頂，Ф180mm×96mm規(guī)格，行程15mm，單個千斤頂最大頂升力100t，根據(jù)每座橋梁的情況選擇。

2.2 頂升準(zhǔn)備

（1）現(xiàn)場調(diào)查。對需要更換的支座位置及現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，將支座現(xiàn)狀與檢測報(bào)告中的描述進(jìn)行對比，提出合理的處理建議。調(diào)查過程中應(yīng)詳細(xì)記錄需更換支座的型號及其他數(shù)據(jù)作為編制施工方案的依據(jù)；施工前對設(shè)計(jì)施工圖紙進(jìn)行受力分析，確定荷載的大致分布，并復(fù)核驗(yàn)算，驗(yàn)算內(nèi)容包括橋梁頂升過程主梁安全度計(jì)算、中下部結(jié)構(gòu)受力驗(yàn)算、同一墩臺臨時支點(diǎn)高差影響等，以保證頂升實(shí)施過程的橋梁結(jié)構(gòu)安全。

（2）臨時支撐設(shè)施準(zhǔn)備。頂升施工前，配備各種厚度鋼墊板，截面尺寸為30cm×30cm，厚度分別為1mm、2mm、6mm、8mm、12mm、16mm、20mm，配備足量的鋼墊盒作為臨時支撐。

（3）楔形鋼板、調(diào)平鋼板的加工。根據(jù)現(xiàn)場支座缺陷復(fù)查結(jié)果，選擇廠家根據(jù)測量尺寸精加工傾斜支座楔形鋼板及脫空調(diào)平鋼板。

（4）制作監(jiān)測刻度標(biāo)線。在橋臺、蓋梁上橫向畫一條通長刻度線，量測刻度線距梁板底高度作為頂升初始高度，每個蓋梁取5個點(diǎn)，頂升過程中與量測對比初始高度，控制頂升高差。

（5）頂升位置處理。在進(jìn)行支座更換前要對支座及蓋梁頂進(jìn)行實(shí)地考察，梁體頂升時需要在墩臺上布置千斤頂，在布置位置鑿除表面浮漿層并對表面進(jìn)行打磨，保證其平整。在頂升前要對支座位置出現(xiàn)的病害進(jìn)行修復(fù)，主要包括兩個方面的內(nèi)容：①對支座上方的預(yù)埋鋼板進(jìn)行除銹防腐處理，如果預(yù)埋不水平，需楔形鋼板找平，更換新支座時使用。②對支座墊石混凝土缺陷（蜂窩、空洞等）主要采用環(huán)氧砂漿混凝土進(jìn)行表面修復(fù)。

（6）控制系統(tǒng)調(diào)試。在頂升控制中主要通過位移及頂升作為主控，外部通過電子傳感器傳遞位移數(shù)據(jù)，壓力傳感器傳遞壓力數(shù)據(jù)；頂升之前要做好統(tǒng)籌安排調(diào)試控制系統(tǒng)工作，并確保在頂升過程中正常頂升。

（7）其他。安裝千斤頂之前，相鄰兩箱梁間的高差使用環(huán)氧砂漿調(diào)平；若高差較大，則采用環(huán)氧砂漿結(jié)合楔入薄鋼板墊平，確保頂升處相鄰兩片空心板梁在同一水平面上，保證鉸縫兩側(cè)梁體同步受力。安裝薄千斤頂，千斤頂上下面均墊10mm鋼板，增大受力面積，保護(hù)橋臺蓋梁頂局部混凝土承壓安全。

2.3 試頂升

千斤頂安裝完畢后，即可開始試頂升。試頂升主要是為了檢測同步頂升系統(tǒng)的運(yùn)行情況及千斤頂可否同步，在主梁還沒有正式頂起時即可停止，在一定時間內(nèi)觀察其無任何變化后方可開始整體頂升。

2.4 主梁同步正式頂升

（1）頂升方法。在確認(rèn)試頂無問題后，正式頂升。千斤頂最大頂升速度為16mm/min，每次標(biāo)準(zhǔn)頂升速度為2mm/min，限制最大頂升速度不超過3mm/min。①在頂升實(shí)施過程中按照方案流程進(jìn)行，并完善資料存檔。進(jìn)行預(yù)荷載加載及同步頂升操作；及時觀察反饋各個觀察點(diǎn)情況；做好在頂升過程中的各測點(diǎn)測量收集整理；將頂升數(shù)據(jù)及時反饋技術(shù)部校核，進(jìn)行理論值與實(shí)際值差異的比較；通過實(shí)際值與理論值的分析比較，若是數(shù)據(jù)存在偏差，則由各方分析并及時進(jìn)行調(diào)整；在確定并認(rèn)可當(dāng)前工作狀態(tài)后，方可決策進(jìn)行下一步操作。②頂升過程控制。在整個頂升實(shí)施過程同步誤差應(yīng)小于2mm，若超出規(guī)定值，立即關(guān)閉控制系統(tǒng)液控單向閥。每輪頂升完成后，應(yīng)隨時將數(shù)據(jù)整理，發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即對此做出處理。在主梁頂升一個行程結(jié)束后，要及時測量各觀測點(diǎn)的標(biāo)高值，計(jì)算出觀測點(diǎn)的頂升值，得出同步誤差。③頂升注意事項(xiàng)。第一，同步頂升布置同一號梁墩橫斷面上（見圖2），在頂升前將每個千斤頂置零，以千斤頂活塞伸出2mm為控制步長，停留2min/步，并密切觀察頂升過程中每個千斤頂受力狀況及活塞伸出情況，做好記錄。如兩者不同（千斤頂油壓相同，活塞伸出量不同），必須查明原因，立即調(diào)整，直到可以同步頂升后方可下一步的頂升工作。第二，同步頂升的高度控制在8mm左右，能夠滿足墊塊安裝及支座更換的要求，不宜超出墊塊厚度較多。第三，在結(jié)構(gòu)頂升范圍內(nèi)不得有任何障礙物。

圖2 PLC系統(tǒng)布置示意圖

（2）同步頂升監(jiān)控技術(shù)。①各千斤頂開始以力為主分級，頂升脫離支座后，以位移分級，控制各頂進(jìn)油量，確保同步頂升。②同步精度，通過百分表、千分表，控制到±0.5mm或更高。③由于單頂受力不超過500kN，油壓較小，需降低送油速度，提高精度。④預(yù)設(shè)液壓油缸頂升位置控制精度，并可隨時調(diào)整。

2.5 支座更換

（1）臨時支撐、取出舊支座。梁體頂升到位后，將舊支座取出，對于梁底面不平及支座墊石缺陷部位采用環(huán)氧砂漿找平處理。

（2）調(diào)平鋼板調(diào)整。主要是避免在更換支座后下部出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，在將原支座取出后先對梁底進(jìn)行調(diào)平處理，具體措施如下：①在梁底水平布設(shè)不銹鋼鋼板，鋼板面與支座面密貼，不得出現(xiàn)縫隙及局部承壓現(xiàn)象；②不銹鋼板與梁底面間用結(jié)構(gòu)膠填充密實(shí)不得有任何空隙，確保支座水平，避免局部承壓；③在更換支座之前要提前測得各片主梁支座所在支座處梁底標(biāo)高，支座更換并完成落梁工作后，測得支座梁底現(xiàn)標(biāo)高與原標(biāo)高誤差控制在±1mm；④當(dāng)支座更換施工完成后，經(jīng)復(fù)核梁體中軸線與原設(shè)計(jì)中軸線一致后，即可進(jìn)行落梁，支承在更換后的支座上。

（3）主梁落梁復(fù)位。調(diào)平鋼板和支座完成后，開始落梁復(fù)位，各個千斤頂同步回油、落梁。保持梁體整體平衡，同步進(jìn)行，直到梁體落實(shí)為止。落梁后，檢查不銹鋼板是否水平、鋼板與支座是否密貼、支座四周是否有空隙，如果出現(xiàn)異常問題，重新調(diào)整，直至合格。

3 結(jié)束語

橋梁整體頂升技術(shù)在不破壞和不改變橋梁結(jié)構(gòu)的條件下，將橋跨結(jié)構(gòu)支撐起來并達(dá)到一定高度，臨時性改變了橋梁的結(jié)構(gòu)體系，抬高原有支座的豎向位移，達(dá)到橋梁升高的目的，成功解決了橋梁凈高不足、橡膠支座更換及橋梁的頂升調(diào)坡等問題，質(zhì)量更具可靠性。該技術(shù)在橋梁實(shí)際處理不僅縮短了工期，保證了質(zhì)量，而且節(jié)省了成本，總體上達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期的成本和效益要求。