淺談高速鐵路現(xiàn)澆梁整體頂升施工技術(shù)

龔素娟

（中鐵二十一局集團(tuán)第五工程有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

新增天水南動車組存車線工程三十甸子大橋全長268m，孔跨布置為8×32m，全橋位于直線上。梁部采用雙線現(xiàn)澆箱梁，箱梁采用螺線管立柱貝雷梁支架現(xiàn)澆法施工。梁體采用等高的雙斜腹層單箱單室盒形斷面結(jié)構(gòu)，柱中線處墩高為2.7m，箱柱頂寬為10.58m，箱柱底板寬度為6.0m.箱柱中線處頂板厚度為45cm，底層厚度為30cm，腹層厚度為45cm，支坐處分別增加至65cm，60cm，100cm。箱梁腹層設(shè)有孔徑10cm的泄水孔，底層設(shè)有孔徑10cm的泄水孔，橋面頂部設(shè)有孔徑為12.5cm的泄水孔。整孔梁體重量870t，采用C50高性能混凝土澆筑。梁體支座型號為TQGZ-JX-GD/DX/ZX/HX-5500-0.3g。受甲供料橋梁支座進(jìn)場時間節(jié)點限制，無法保證現(xiàn)場正常施工進(jìn)度要求，經(jīng)研究采用先澆筑梁體混凝土后安裝支座方式進(jìn)行施工，提出了采用PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)梁體同步頂升60cm，以期為相關(guān)工程施工提供參考[1]。

1 整體施工方案

本次頂升主要通過利用既有橋墩及橋梁螺旋管支架作為頂升的反力基礎(chǔ)，使現(xiàn)澆梁整體抬高250+350=600mm。

1.1 反力基礎(chǔ)

結(jié)合現(xiàn)澆梁支架施工方案以及橋墩、現(xiàn)澆梁設(shè)計情況，本次頂升施工利用既有橋墩及橋墩兩側(cè)螺旋管支架作為頂升反力基礎(chǔ)。將原有的螺旋管支柱進(jìn)行接長至橋墩頂帽位置，距梁底面1m，螺旋管頂部加設(shè)砂箱作為支撐墊塊，為確保在頂升過程中對梁體混凝土質(zhì)量造成影響，油頂頂升位置布置于現(xiàn)澆梁腹板中心，且在梁底加設(shè)2cm鋼板進(jìn)行防護(hù)。將橋墩墊石靠墩中心處兩側(cè)防震落梁擋塊拆除，利用擋塊預(yù)埋板并加設(shè)2cm鋼板作為梁底面頂升墊板，橋墩頂面鋪設(shè)厚度為2cm鋼板作為墩頂頂升墊板，頂升過程中隨頂升高度增加墊板，如圖1所示。

圖1 梁體結(jié)構(gòu)

1.2 頂升千斤頂?shù)倪x用

三十甸子大橋現(xiàn)澆梁重量870t，按照頂升重量的2倍考慮，選用8臺500t千斤頂進(jìn)行頂升施工。

1.3 千斤頂布置及分組

每孔梁共布置千斤頂8臺，分別布置于橋墩兩側(cè)及螺旋管支柱位置，統(tǒng)一采用一套控制系統(tǒng)，集中控制千斤頂頂升油程，從而使梁體同步提升。

1.4 支撐體系

選用I22工字鋼加工而成的井形支架，作為本次頂升施工的主支柱承力系統(tǒng)，并選用50cm×50cm×2cm鋼管作為整個頂升系統(tǒng)過程的臨時支承，根據(jù)頂升高度，分4次進(jìn)行頂升施工，共需加設(shè)鋼墊塊40cm。

2 施工工藝流程

2.1 頂升基礎(chǔ)設(shè)置

頂升基礎(chǔ)設(shè)置在梁兩端墩帽頂處，頂升位置布置在梁底對應(yīng)防震落梁處，將防震落梁鋼支座拆除，下設(shè)鋼板作為墊板，以防護(hù)墩身和梁體混凝土質(zhì)量[5]，如圖2所示。

圖2 梁體頂升裝置位置

柱體的輔助支撐系統(tǒng)現(xiàn)澆梁支架均采用螺旋管柱支撐?；炷翖l形基礎(chǔ)上并預(yù)埋工作鋼管與螺旋管柱連接，再用模板支立φ630螺旋管柱，在螺旋管柱支撐墩上捆扎雙拼I56工字鋼梁做分配柱。支承縱梁用貝雷片，根據(jù)柱寬相應(yīng)調(diào)節(jié)數(shù)量，與腹板位置間隔40cm以加強(qiáng)空間布置。支承梁水平用I25工字鋼，間隔75cm，縱向用I 10工字鋼，間隔50cm，橫向用10cm×10cm方木間隔布置，間距30cm，連續(xù)梁底模用竹膠板。

2.2 限位施工

因為螺旋千斤頂裝置的垂直誤差和在頂升系統(tǒng)過程中其他不良原因的直接影響，在頂升系統(tǒng)過程中或許會產(chǎn)生輕微的水平位移，為了防止此類情況，就需要在該橋上設(shè)有平面限位裝置，以控制縱橫方向可能會產(chǎn)生的水準(zhǔn)移動。

限位支架應(yīng)該有適當(dāng)?shù)膭傂?，且?yīng)與限位方向有適當(dāng)?shù)膭傂浴?/p>

2.3 控制系統(tǒng)

當(dāng)應(yīng)用于傳統(tǒng)的頂升工藝時，常常因為負(fù)載的不同以及機(jī)械裝置的限制，而無法完全抵消油缸不同期對頂升工程結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的增加內(nèi)部應(yīng)力作用而導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)損壞，從而產(chǎn)生了巨大的安全隱患問題。本工程項目中所應(yīng)用的PLC液壓驅(qū)動控制共同頂升工藝技術(shù)，從根本上克服了這一長期以來困惑著移位工程技術(shù)領(lǐng)域的科技困境，彌補(bǔ)了中國在該項領(lǐng)域上的空白，并已達(dá)到了國外領(lǐng)先技術(shù)水平。而PLC控制液壓驅(qū)動共同頂升工程技術(shù)，是一種力和移動整體綜合管理的頂升方式，而這個力和移動的整體綜合管理方式，建立在壓力和高度雙向封閉運行的整體綜合管理基礎(chǔ)之上。由液壓千斤頂，準(zhǔn)確地根據(jù)橋的實際荷重，穩(wěn)定地頂舉橋面，從而將整個頂升系統(tǒng)過程中橋承受的附加內(nèi)部應(yīng)力降至最低點，并且將液壓千斤頂按照分布情況分組，與相對的定位傳感器形成定位閉環(huán)，從而調(diào)節(jié)橋頂升工程的移動速度與姿態(tài)，同步精確度約為±2.0mm，這就能夠很好的保證整個頂升施工系統(tǒng)過程的協(xié)調(diào)一致，從而保證了頂升工程施工時橋墩、支梁結(jié)構(gòu)安全[3]。

2.4 液壓系統(tǒng)

本橋的頂升裝置，使用了一套PLC操控室、2臺液壓泵站、8臺250kg重液壓的螺旋千斤頂；PLC控制室安裝在大橋上，另外2臺泵站建筑物則分別安裝在大橋兩頭上。安裝完畢后，將進(jìn)行頂升控制系統(tǒng)的空載調(diào)試。

在兩個橋墩處按照需要各布設(shè)了2臺螺旋千斤頂，在各個高架橋墩柱的螺旋管支架上布設(shè)了2臺螺旋千斤頂，這樣該橋可以提供1000t的頂升施工能力，而每個該橋也可提供1000t級的頂升施工能力，以充分滿足頂升需要。再加上備用螺旋千斤頂4臺，全橋總共需要螺旋千斤頂12臺。

基于液壓系統(tǒng)的特性，為了方便對頂升系統(tǒng)精度的監(jiān)控，在混凝土現(xiàn)澆橋兩端分別布設(shè)了2個位移傳感器，并且每個在該橋中間位置布設(shè)了1個位移傳感器，從而最好的檢測頂升系統(tǒng)姿態(tài)。通過壓力和位置信息，由主控室的PLC監(jiān)控著整體頂升流程。

頂升液壓缸由排水泵站操作，利用放置于梁頂東西兩端的位置感應(yīng)器檢測頂升工程姿態(tài)。通過壓力和位置信息，由主控室的PLC監(jiān)控著整體頂升流程。

2.5 專用墊塊

采用500mm×500mm×20mm方形鋼板墊片。

2.6 頂升準(zhǔn)備

頂升前應(yīng)做好了以下準(zhǔn)備工作：①頂升系統(tǒng)可靠性檢驗。②成立頂升指揮系統(tǒng)。③頂升液壓系統(tǒng)布置。④頂升系統(tǒng)測試。⑤確定觀測點。⑥檢查橋梁是否存在連接現(xiàn)象[2]。

（1）頂升設(shè)備使用計劃。

本項工程工期較緊，因為合理使用了頂升裝置，以提升施工效益；需要對設(shè)備的運用與周轉(zhuǎn)進(jìn)行嚴(yán)密的規(guī)劃。

本項目擬投資頂升液壓千斤頂8臺，PLC控制器1套，液壓泵站2臺。

（2）頂升系統(tǒng)可靠性檢驗。

元器件的可靠性檢測。元器件的質(zhì)量是控制系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量的重要基石，為了保證元器件可靠性，本項目使用的所有元器件均是美國Enerpac的優(yōu)良生產(chǎn)以及國際品牌生產(chǎn)。在真正進(jìn)行頂升之前，將以70%～90%的頂升工程力在現(xiàn)場保持5h，以再次證明密封的安全性。

液壓油的清潔程度。液壓油的清潔程度是系統(tǒng)可靠性的重要保障，因此本系統(tǒng)的工程設(shè)計與裝配工序中，除嚴(yán)密地根據(jù)環(huán)境污染控制系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)定與工藝條件實施以外，通過聯(lián)接軟管在車間實行嚴(yán)密清洗，并密封后移至現(xiàn)場上，在現(xiàn)場設(shè)備裝配完成后實行10次空載操作，以便清除在現(xiàn)場設(shè)備裝配過程中，不慎混入的污染物。

力閉環(huán)的穩(wěn)定性。力閉環(huán)是在控制系統(tǒng)選擇好相應(yīng)的壓力區(qū)域后，控制力的最大偏差在5%以內(nèi)，當(dāng)壓力達(dá)到此區(qū)域后，控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)至設(shè)計值的區(qū)域；壓力閉環(huán)是本體系的基石，壓力閉環(huán)的調(diào)試工作使用死點加壓，在車間內(nèi)逐臺完成。

位置閉環(huán)的穩(wěn)定性：所謂位置閉環(huán)，是在控制系統(tǒng)中給位移傳感器設(shè)置好頂升系統(tǒng)高度之后，當(dāng)頂升系統(tǒng)高度大于此高度時系統(tǒng)自動下降至此高度，當(dāng)頂升系統(tǒng)高度小于此高度系統(tǒng)則自動升至此高度，以保證整個系統(tǒng)在頂升的穩(wěn)定性和同步性。

（3）成立頂升工程現(xiàn)場領(lǐng)導(dǎo)組。

現(xiàn)場施工組設(shè)隊長一名，全部從事現(xiàn)場施工指導(dǎo)作業(yè)，施工組內(nèi)設(shè)4個工作職能組：依次為質(zhì)量檢測組、監(jiān)控組、液壓組和高空作業(yè)隊，共同承擔(dān)相應(yīng)的技術(shù)管理工作，各工作職能組下設(shè)副班級組長一個人，和組長一起組成了現(xiàn)場施工指揮組。

（4）人員培訓(xùn)。

每個參加頂升的工地的技術(shù)人員都做好工作的嚴(yán)格分工，在進(jìn)入現(xiàn)場之前做好全面的訓(xùn)練。

（5）頂升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部分檢查。

①千斤頂安裝是否垂直牢固。②頂升支架安裝是否牢固。③限位結(jié)構(gòu)裝配時有無緊固，以及限位值的設(shè)數(shù)值尺寸能否符合規(guī)定。④影響頂升的設(shè)備是否已全部拆卸。⑤在主體構(gòu)造上，確已消除了與頂升無關(guān)的任何荷載。⑥建筑主體構(gòu)件和其他結(jié)構(gòu)之間的相互聯(lián)系，是否已經(jīng)全部消除。

（6）頂升系統(tǒng)調(diào)試。

調(diào)試的主要內(nèi)容包括：①液壓系統(tǒng)檢查。油缸安裝牢固正確；泵站和油缸之間的油管接頭應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確且安全；油箱液面，應(yīng)達(dá)到規(guī)定高度；使用二桶液壓油時，在加油前需要首先經(jīng)過濾油機(jī)；液壓控制系統(tǒng)工作狀態(tài)是否正常，油路是否存在無堵塞或漏氣的情況；液壓油是否必須經(jīng)過空載的運行時過濾清洗。②控制系統(tǒng)檢查。系統(tǒng)安裝就位并已調(diào)試完畢；各路供電，其接線數(shù)量和容量，及其可靠性均應(yīng)符合規(guī)范要求；控制設(shè)備接線、設(shè)置應(yīng)確保準(zhǔn)確無誤；應(yīng)保證數(shù)據(jù)通信線路正確無誤；PLC控制器工作狀態(tài)是否正常，液壓系統(tǒng)控制命令反映是否靈敏[4]；各傳感器系統(tǒng)，是否保持信息能夠準(zhǔn)確傳遞；系統(tǒng)能否升降自如；位移傳感器的工作情況；各種閥的工作狀態(tài)是否正常，是否有必要轉(zhuǎn)換。

（7）交驗點的確定。

在所有該橋處的橋面上取了3個監(jiān)視點，兩點在橋面兩側(cè)，一個在中點上，分別用來監(jiān)視頂升系統(tǒng)過程中橋面的高度變化和中點位置變動情況，并用作頂升工程結(jié)束后的交驗點。頂升在施工前應(yīng)測得高度點的初始值，便于在頂升施工完畢后予以檢驗。

（8）檢查橋梁是否存在連接現(xiàn)象。

（9）保壓試驗及稱重。

①保壓試驗：a.油缸、泵站建筑物作業(yè)臺、燃料管、檢測儀等配置齊全、檢測無誤。b.按計算負(fù)荷的70%～90%加壓，并進(jìn)行油缸的保壓測試約5h。c.檢查整個系統(tǒng)的工作情況和油路情況是否正常。②稱重：a.為確保整個頂升過程能夠同步進(jìn)行，在頂升施工前應(yīng)測量每頂升施工點處的實際負(fù)荷。b.為觀測頂升處有無偏離，需用百分表測量其行程。c.將各點的實際數(shù)值和理論估算數(shù)值對比后，估計其存在的差異量，由液壓工程師和結(jié)構(gòu)工程師一起剖析具體原因，最后再由領(lǐng)導(dǎo)組判斷各點實際數(shù)值，是否為頂升時的評標(biāo)基準(zhǔn)價。如差別很大，將作適當(dāng)調(diào)節(jié)。

2.7 試頂升

為觀測和考察對整體頂升建筑體系的工作狀況和對稱重結(jié)果的校核，在開始頂升以前，將進(jìn)行測試整體頂升體系，試頂升建筑高度為20mm。

試頂升在施工完成后，提出了總體姿態(tài)、結(jié)構(gòu)位移等具體狀況，從而為后續(xù)正常頂升工作奠定了基礎(chǔ)。

2.8 正式頂升

試頂升工程后，經(jīng)考察如無明顯問題，便完成了成功頂升，千斤頂?shù)淖罡哂行谐虨?00mm，而每一頂升最高標(biāo)準(zhǔn)有效行程則為100mm。

（1）正式頂升過程中，須按下列程序進(jìn)行，在此過程中作好記錄。①操作方式：按預(yù)先設(shè)定的荷載進(jìn)行加載和頂升。②觀察：各個觀察點應(yīng)及時反映實際測量情況。③計量：各個測量點須認(rèn)真進(jìn)行計量工作，準(zhǔn)確反映計量數(shù)值。④校核：將數(shù)據(jù)分析匯交現(xiàn)場領(lǐng)導(dǎo)組，以對比實際數(shù)據(jù)分析和理論研究數(shù)據(jù)分析之間的區(qū)別。⑤分析：如有數(shù)據(jù)誤差，相關(guān)當(dāng)事人應(yīng)予以仔細(xì)分析并適時做出調(diào)整。⑥決策：認(rèn)識當(dāng)前工作狀況，從而決定下一個步驟[2]。

（2）頂升注意事項。①每次頂升工程的寬度宜略高于墊片厚度，能達(dá)到墊塊安裝的要求為止，不能超過墊片厚度較多，以減少負(fù)荷跌落的危險性。②頂升工程關(guān)系到梁體結(jié)構(gòu)的安全，各方都要密切配合。③在整個頂升流程中，需仔細(xì)進(jìn)行了記載工作。④在頂升過程中，應(yīng)做好監(jiān)視工作，并指派專員監(jiān)視整體個系的工作狀況。如有異常，直接告訴指揮中心。⑤在澆筑過程中，要嚴(yán)密觀測構(gòu)件的變化狀況。⑥在頂升工作過程中，未獲批準(zhǔn)不能私自駛?cè)牍さ?。⑦頂升過程控制。

每一次頂升工作結(jié)束后，對電腦屏幕上顯示的各油缸的位置以及千斤頂?shù)膲毫顩r，做到匯總數(shù)據(jù)分析，若有反常，及早解決。頂升并穩(wěn)定高度完畢后，將測定各標(biāo)準(zhǔn)觀察點的高度值，估算各觀察點的抬升高程，以作為建筑竣工合格資料。

2.9 安裝支座

在頂升到設(shè)計標(biāo)高之后，就可采用鋼支坐裝配。支座在到場前要檢測其尺寸特性。按照圖樣規(guī)定，選擇好支座型式和尺寸。在安裝前要對支座中心位置通過放線以確認(rèn)支座的中央定位，檢測高度、墊石水平度滿足設(shè)計規(guī)范條件，從而確認(rèn)好支座安裝的中央水平度。在支座安裝時，要考慮支座的形狀尺寸和活動位置方向。

2.10 支撐體系和液壓系統(tǒng)拆除

在支座安裝完成，且滿足設(shè)計強(qiáng)度后，便可以完成對液壓系統(tǒng)與支撐體系統(tǒng)的拆除。

3 頂升檢測方案

橋梁頂升流程是一種動態(tài)流程，由于蓋梁的高度增加，蓋梁的縱向偏移、立柱偏斜度、沉降裂縫處的板梁間隙等會變化，因此需要設(shè)置一個檢測體系。

反力基礎(chǔ)沉降監(jiān)測：通過設(shè)置該反力基礎(chǔ)沉降監(jiān)測系統(tǒng)來反應(yīng)承臺實際的下沉情況，從而可以及時采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。

橋面標(biāo)高觀測：橋面標(biāo)高觀察點用于計算各個橋墩的現(xiàn)實頂升施工高程精度。通過設(shè)有橋面標(biāo)高觀察點，使對各個橋墩的現(xiàn)實頂升施工高程精度判斷更有根據(jù)，并使頂升施工到位后的路面標(biāo)高得以合理調(diào)節(jié)。

橋底面高度的測定：它是對路面高度控制與測定的重要補(bǔ)充，為輔助的頂升提供了作業(yè)依據(jù)。

橋面縱貫水平移動的觀察：用于對頂升工作流程中橋面縱貫水平移動與立柱下垂程度的觀察，在柱子側(cè)面用墨繩彈出垂直于投影線，墨繩須彈過剪斷面下方，在垂直于墨繩的頂部掛上一鉛球。利用垂球線和墨線的對比，來確定蓋梁的縱向移動方向和蓋梁是否偏斜等。

支承構(gòu)件的觀測：經(jīng)過監(jiān)測，可以準(zhǔn)確了解支承結(jié)構(gòu)的承載力與變形狀況，及時采取措施限制支承結(jié)構(gòu)的變形率，使工程建設(shè)在安全可控的環(huán)境下完成。

4 結(jié)語

本次頂升工程采用的已建成橋墩結(jié)構(gòu)和兩側(cè)支撐基礎(chǔ)均為相反受力基礎(chǔ)，承載力設(shè)計符合結(jié)構(gòu)的受力特點，且使用簡便，施工周期短，且頂升部位布置于梁體防震落梁加密區(qū)域，能夠較好的受力。