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    依托南河特大橋整體頂升施工,研究長(zhǎng)距離組合箱梁整體同步頂升施工技術(shù),其中頂升過程中應(yīng)用力均衡多點(diǎn)變頻調(diào)速頂升控制技術(shù)、主動(dòng)施力靜壓支撐機(jī)械保護(hù)頂開自動(dòng)控制技術(shù)、整體頂升長(zhǎng)距離控制系統(tǒng)等,通過鋼筋混凝土抱柱梁托換方式,利用主動(dòng)頂和隨動(dòng)頂及 PLC 液壓多點(diǎn)同步頂升控制系統(tǒng)對(duì)橋梁進(jìn)行整體頂升,使橋梁達(dá)到設(shè)計(jì)高程。

    近年來,隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要及頂升技術(shù)的提高,越來越多橋梁頂升技術(shù)被應(yīng)用于橋梁改造工程中。 橋梁頂升技術(shù)在國(guó)內(nèi)橋梁改造和支座更換中應(yīng)用較廣,且對(duì)橋梁液壓同步頂升有初步的研究和小規(guī)模工程的應(yīng)用,但欠缺對(duì)跨數(shù)多、長(zhǎng)距離組合箱梁的研究,且組合箱梁形式的變化和各墩受力特點(diǎn)不同,影響整體頂升同步性,過程控制要求和糾偏標(biāo)準(zhǔn)高。

    一、工程概況

    南河特大橋位于寧杭高速公路溧陽段與蕪申線運(yùn)河交叉處,于2003 年建成通車。橋位段高速公路處在 8 500m 半徑的圓曲線上,高速公路設(shè)計(jì)速度120km/h,雙向6車道。北引橋縱坡為1.570% 上坡,南引橋縱坡為
    1、570%下坡,橋梁處豎曲線半徑20000m,路橋分界填土高度約 6. 5m,橋跨布置為10×25m 組合箱梁 + 130m 鋼管混凝土系桿拱+4 ×25m 組合箱梁+(2×20+18+14)m 現(xiàn)澆連續(xù)箱梁+4×25m 組合箱梁,組合箱梁為先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu),橋梁總長(zhǎng) 659. 44m。 由于橋梁航道凈高不滿足三級(jí)航道通航要求,需整體頂升 2. 16m[1] 。

    2、組合箱梁整體頂升施工技術(shù)

    2.1 安全系數(shù)確定

    為保證安全,組合箱梁引橋每個(gè)橋墩的液壓千斤頂和隨動(dòng)千斤頂總噸位安全系數(shù)均>1. 8,由于各千斤頂持力部位剛度不同,在千斤頂初加載階段,應(yīng)調(diào)整各千斤頂頂力接近目標(biāo)頂力,并保證對(duì)稱的千斤頂頂力一致[2] 。采用 Midas Civil 2015 對(duì)引橋4×25m上部結(jié)構(gòu)建立結(jié)構(gòu)離散模型,劃分100個(gè)單元、101個(gè)節(jié)點(diǎn),支點(diǎn)位置節(jié)點(diǎn)編號(hào)為 1,26,51,76,101。 計(jì)算幾何模型如圖 1a 所示。 采用 Midas Civil 2015 對(duì)引橋 5×25m 上部結(jié)構(gòu)建立結(jié)構(gòu)離散模型,劃分125個(gè)單元、126 個(gè)節(jié)點(diǎn),支點(diǎn)位置節(jié)點(diǎn)編號(hào)為 1,26,51,76,101,126。 計(jì)算幾何模型如圖 1b 所示。

    采用 Midas Civil 2015 對(duì)引橋(20+20+18+14)m連續(xù)箱梁上部結(jié)構(gòu)建立結(jié)構(gòu)離散模型,劃分72個(gè)單元、73個(gè)節(jié)點(diǎn),支點(diǎn)位置節(jié)點(diǎn)編號(hào)為1,21,41,59,73。計(jì)算幾何模型如圖 2 所示。

    采用PLC液壓多點(diǎn)同步頂升控制系統(tǒng)控制頂升,以位移控制為主,頂升力控制為輔。頂升前設(shè)置位移監(jiān)控點(diǎn),頂升過程中采用隨動(dòng)千斤頂跟隨保護(hù),確保頂升施工安全。

    2.2組合箱梁千斤頂布置及分組

    當(dāng)橋梁基礎(chǔ)設(shè)置承臺(tái)時(shí),一般以承臺(tái)作為頂升反力基礎(chǔ),當(dāng)未設(shè)置承臺(tái)時(shí)一般依附于鋼筋混凝土抱柱梁,作為頂升反力基礎(chǔ);當(dāng)橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)有蓋梁時(shí),可利用蓋梁作為頂升受力點(diǎn),當(dāng)蓋梁寬度范圍內(nèi)不足以安裝千斤頂時(shí),可澆筑鋼筋混凝土上抱柱梁作為頂升受力點(diǎn);當(dāng)下部結(jié)構(gòu)未設(shè)置蓋梁時(shí),以梁底對(duì)應(yīng)的橫隔梁實(shí)心部位作為受力點(diǎn)。 根據(jù)以上原理,組合箱梁引橋頂升采用6種托換形式,分別為A~ F 類。其中A~ E 類墩采用上下抱柱梁頂升,單幅單個(gè)橋墩采用8臺(tái)200t 液壓千斤頂和 4臺(tái) 400t 隨動(dòng)千斤頂;F 類橋墩采用支撐于橋臺(tái)直接頂升,單幅單個(gè)橋墩采用 4臺(tái)400t 液壓千斤頂和4臺(tái)400t 隨動(dòng)千斤頂。單墩千斤頂分組及控制線路布置如圖3所示。各墩頂升力安全系數(shù)如表 1所示

    每個(gè)墩臺(tái)周圍布置的液壓千斤頂以順橋向結(jié)構(gòu)中心線為界分2 組,同組千斤頂間通過液壓聯(lián)通,同一頂升施工段內(nèi)各組液壓千斤頂分別連接工控泵站。 每組千斤頂附近對(duì)應(yīng)安裝 1 組位移傳感器。泵站及傳感器分別與控制中心相連,頂升過程中各位移傳感器實(shí)時(shí)將位移數(shù)據(jù)傳至控制中心,控制中心通過計(jì)算機(jī)程序?qū)崟r(shí)比較分析位移同步偏差,并根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整泵站對(duì)千斤頂?shù)墓┯退俣?以調(diào)整各組千斤頂?shù)捻斏俣?并保持所有同步控制點(diǎn)位移同步,以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步頂升控制。當(dāng)控制點(diǎn)位移累計(jì)偏差接近設(shè)計(jì)規(guī)定的上限時(shí),單獨(dú)頂升修正偏差較大的點(diǎn),PLC 液壓多點(diǎn)同步頂升控制系統(tǒng)既可以進(jìn)行多點(diǎn)同步頂升,也可僅頂升部分控制點(diǎn)。

    頂升液壓千斤頂分組如下:橋北岸共用11臺(tái)2點(diǎn)泵站,共22個(gè)控制點(diǎn),均采用位移閉環(huán)控制方式,于中間跨設(shè)置1個(gè)頂升總控制室,如圖4a 所示;橋南岸共用13臺(tái)2點(diǎn)泵站,共26個(gè)控制點(diǎn),均采用位移閉環(huán)控制方式,于中間跨設(shè)置1個(gè)頂升總控制室,

    如圖4b所示。

    2.3組合箱梁引橋整體頂升施工

    為滿足支撐結(jié)構(gòu)隨頂升進(jìn)度不斷加高的需要,千斤頂采用倒置的方式安裝于頂升部位底面。 當(dāng)千斤頂安裝于混凝土構(gòu)件底面時(shí),先用膨脹螺栓在混凝土構(gòu)件底面安裝 1 塊吊裝鋼板,再通過螺栓將千斤頂安裝于該鋼板底面,吊裝鋼板應(yīng)保持水平,與混凝土構(gòu)件間的空隙采用高強(qiáng)砂漿填實(shí)。 千斤頂安裝于鋼構(gòu)件底面時(shí),千斤頂與鋼分配梁間通過千斤頂?shù)酌娴牡跹b鋼板焊接固定,千斤頂與吊裝鋼板間通過螺栓連接。 由于千斤頂直徑比鋼管支撐直徑小,為使頂升力均勻傳遞至鋼管側(cè)壁,采用臺(tái)形傳力頂帽,頂帽小直徑一側(cè)安裝于千斤頂油缸頂部,大直徑一側(cè)與鋼管接觸。組合箱梁整體同步頂升過程中,提前在橋梁對(duì)應(yīng)點(diǎn) 位 布 置 監(jiān) 測(cè) 點(diǎn), 進(jìn) 行 實(shí) 時(shí) 監(jiān) 測(cè), 整 體 頂 升2. 16m,分多個(gè)行程進(jìn)行,每個(gè)行程 10cm,每個(gè)行程結(jié)束后均需進(jìn)行測(cè)量誤差糾偏。 整個(gè)過程是主動(dòng)千斤頂向上頂升,隨動(dòng)千斤頂跟隨保護(hù)的過程[1] 。

    2. 3. 1 A-D 類橋墩頂升A-D 類橋墩采用上下抱柱梁托換體系,頂升布置如圖 5 所示,傳力體系為原橋基礎(chǔ)→下抱柱梁→上抱柱梁→頂升結(jié)構(gòu)。 在上下抱柱梁間安裝液壓千斤頂和隨動(dòng)千斤頂,在上下抱柱梁間切斷橋墩進(jìn)行頂升。 頂升完成后鑿除混凝土上下切割面混凝土,露出豎向主筋,主筋采用擠壓套筒進(jìn)行連接,綁扎箍筋后支立模板,澆筑連接混凝土,待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再拆除頂升設(shè)備。

    2.3.2 E 類橋墩頂升E 類橋墩頂升(見圖 6)采用下抱柱梁作為頂升反力基礎(chǔ),以梁底對(duì)應(yīng)的橫隔梁實(shí)心部位作為頂升受力點(diǎn),傳力體系為原橋基礎(chǔ)→下抱柱梁→梁底。
    2. 3. 3 F 類橋墩頂升F 類橋墩采用直接頂升法(見圖 7),在梁底與承臺(tái)間安裝千斤頂和鋼管支撐結(jié)構(gòu),傳力體系為原橋基礎(chǔ)→承臺(tái)→梁底[5-6] 。 頂升前需解除支座與梁底的連接。 頂升完成后鑿除柱頂豎向主筋,采用擠壓套筒加高主筋、立鋼模澆筑混凝土、鋼抱箍固定模板的方式。3 長(zhǎng)距離整體同步頂升控制技術(shù)保信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

    3)鋼筋混凝土抱柱梁托換方式確保橋梁整體頂升過程中反力支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

    4)該技術(shù)在南河特大橋整體頂升改造施工中已成功應(yīng)用,取得良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

    三、計(jì)算機(jī)液壓同步控制系統(tǒng)

    1、計(jì)算機(jī)液壓同步控制系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)工控軟件控制液壓泵站及配置的液壓組件,利用計(jì)算機(jī)指令控制液壓千斤頂,然后通過位移及力傳感器把液壓千斤頂壓力變化及頂升距離反饋至計(jì)算機(jī)屏幕上,便于操作人員了解有關(guān)情況并及時(shí)調(diào)整。該控制系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)指令控制液壓千斤頂,系統(tǒng)通過力的均衡自動(dòng)調(diào)整各臺(tái)千斤頂壓力,在頂升過程中保持各頂升力的平衡性,各頂升點(diǎn)所需頂力值與實(shí)際提供值相符。 同時(shí)該控制系統(tǒng)通過位移指令控制液壓千斤頂行程,保證各臺(tái)液壓千斤頂平移的同步性,力均衡多點(diǎn)變頻調(diào)速頂升法是力和位移綜合控制的方法,這種力和位移綜合控制法建立在力和位移雙閉環(huán)的控制基礎(chǔ)上[3] 。

    2、頂升控制系統(tǒng)

    傳統(tǒng)頂升工藝往往因荷載差異和設(shè)備局限,無法消除油缸不同步對(duì)頂升構(gòu)件造成的附加應(yīng)力,從而引起構(gòu)件失效,具有極大的安全隱患。 本工程所用 PLC 液壓多點(diǎn)同步頂升控制技術(shù),從根本上解決該難題,填補(bǔ)我國(guó)在該領(lǐng)域的空白,且已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。PLC 液壓多點(diǎn)同步頂升控制技術(shù)是力和位移綜合控制的頂升方法,控制技術(shù)建立在力和位移雙閉環(huán)的控制基礎(chǔ)上。 液壓千斤頂精確按照橋梁實(shí)際荷載,平穩(wěn)地頂舉橋梁,使頂升過程中橋梁所受

    附加應(yīng)力下降至最低,同時(shí)液壓千斤頂根據(jù)分布位置進(jìn)行分組,與相應(yīng)的位移傳感器(光柵尺)組成位置閉環(huán),以便控制橋梁頂升的位移和姿態(tài),同步精度為±1.0mm,可保證頂升過程同步性,確保頂升時(shí)上部 結(jié) 構(gòu) 的 安 全, 頂 升行程監(jiān)測(cè)采用精度為0.01mm的拉線式位移傳感器[7] 。

    四、結(jié)語

    1、采用倒置安裝千斤頂施工方法,解決橋梁頂升過程中每個(gè)行程調(diào)整千斤頂垂直度及平面位置的繁瑣程序,提高整體施工效率。

    2、長(zhǎng)距離控制系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)增強(qiáng) PLC 液壓多點(diǎn)同步頂升控制系統(tǒng)靈敏度、計(jì)算精度與頻率,確保信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

    3、鋼筋混凝土抱柱梁托換方式確保橋梁整體頂升過程中反力支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

    4、該技術(shù)在南河特大橋整體頂升改造施工中已成功應(yīng)用,取得良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

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