新兴桥西北异形板顶升方案研究

冉隆波

(北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100068)

1 工程概况

1.1 新兴桥西北异形板

新兴桥(原名公主坟立交)建于1994年，位于北京市西三环与复兴路交叉处，主线桥南北走向，主线桥共21跨，全长528 m。

西北异形板板厚0.76 m,桥面铺装为8 cm厚沥青混凝土,板顶设防水层。17-1号、17-3号、17-4号墩均采用1.2 m×0.9 m的矩形墩柱，墩柱下接6.5 m×3.0 m×2.5 m的两桩承台，承台下接人工挖孔扩底桩，桩基直径1.5 m，桩长8.5 m；17-2号、17-5号～17-8号1.2 m×0.9 m的矩形墩柱，墩柱下接6.5 m×3.0 m×2.5 m的两桩承台，承台下接人工挖孔扩底桩，除17-2号墩西侧桩基直径1.3 m外，其余桩基直径1.5 m，桩长均为7.5 m。

西北异形板新增墩柱、承台、桩基础，分别为17-2′，17-3′，柱顶安装调高支座。对西北异形板的部分墩柱进行支顶顶升，消除部分沉降。顶升后加垫钢板，顶升施工全过程中实时自动化第三方监测。西北板顶升工程总平面图见图1。

1.2 异形板顶升主要工程内容

西北异形板顶升主要工程内容见表1。

2 顶升方案

2.1 施工流程

支架准备→顶升设备准备→顶升系统调试→预顶升→正式顶升→塞垫钢板。

2.2 主要施工方案

2.2.1支架准备

1)承台开挖。

利用墩柱承台作顶升立柱基础。根据现况新兴桥承台尺寸，由测量人员放出基坑开挖边线，开挖边坡按1∶0.33考虑。首先沿开挖边线拆除原地面铺设的步道砖，用风镐破除二灰结构层，然后人工开挖土方至承台顶面，清理干净。

表1 西北异形板顶升主要工程内容

2)支架立柱基础施工。

采用在现况承台上植筋作为支架立柱的固定锚栓，通过法兰盘与支架立柱连接，现况承台即为立柱基础。经初步勘察及计算现况承台满足立柱安装需求。

3)顶升支架安装。

本次顶升设计支顶系统必须支承于承台顶面。顶升支架采用45号φ406无缝钢管焊接，为L=2.0 m和L=1.5 m模数式，现场根据实际高度进行现场拼装。上下设法兰盘，并设耳板，以方便栓接，各节钢管之间用高强螺栓栓接，每组钢管间则以L8×10角钢联结。将千斤顶放置于支架顶端法兰盘的上垫钢板上，厚度30 mm。

为加强17-2,17-2′，顶升钢立柱受力整体性，在现有立柱基础上增设辅助联结钢立柱，并相邻立柱采用角钢联结，辅助联结钢立柱仅起联结作用不作为顶升使用。

2.2.2顶升设备准备

为保证顶升中桥梁结构的安全，采用PLC控制液压同步顶升系统，PLC控制液压同步系统由液压系统(油泵、油缸等)、检测传感器、计算机控制系统等几个部分组成。

1)顶升油缸。

采用ENERPAC300t双作用自锁式液压千斤顶油缸共计20支。

2)液压泵站。

同步顶升系统配备2台12点同步泵站；电动液压泵用于为系统提供动力源，同步阀组用于油缸动作控制，电控箱用于系统的电源控制、压力和位移传感器的信号采集与处理以及同步阀组的动作控制等。

3)同步控制系统。

PLC液压同步控制系统由液压系统(含检测传感器)、计算机自动控制系统两个部分组成，该系统能全自动完成同步位移，实现力和位移控制、操作闭锁、过程显示、故障报警等多种功能。该系统具有以下特点:a.具有友好Windows用户界面的计算机控制系统；b.整体安全可靠，功能齐全；c.操作控制集中，所有油缸既可同时控制，也可单独控制；d.同步控制点数量可根据需要设置，适用于大体积结构物的同步位移；e.各控制点同步偏差极小，结构物的移位精确[2]。

同步顶升系统采用触摸屏主控操作方式，用于顶升油缸的动作控制、参数设置、数据采集与显示、报警与故障信息显示等。主控制触摸屏通过总线与泵站通讯。系统配置12个位移和压力传感器，用于控制系统实时采集当前位移值和压力值，监控负载和位移状态，形成闭环控制。系统配置高压软管，用于油缸与泵站的连接。高压软管配有快速接头，方便现场快速连接与拆卸。系统配置有相应的信号线，用于现场压力和位移信号的采集，如图2所示。

2.2.3顶升系统调试

1)液压系统检查。

油缸安装牢固正确；泵站与油缸之间的油管连接正确、可靠；油箱液面达到规定高度；液压系统运行是否正常，油路有无堵塞或泄漏；液压油是否需要通过空载运行过滤清洁。

2)控制系统检查。

系统安装就位并已调试完毕；各路电源，其接线、容量和安全性都符合规定：控制装置接线、安装正确无误；保证数据通讯线路正确无误；PLC控制系统运行是否正常，液压系统对控制指令反应是否灵敏；各传感器系统，保证信号正确传输；系统能否升降自如；拉线传感器的工作情况；各种阀的工作状况是否正常，是否需要更换等。

2.2.4预顶升

同步顶升采用全局位移同步，载荷实时控制的施工方案。预顶升过程中实时荷载新墩柱不大于180 t，原墩柱不大于350 t，顶升过程中异形板变形预警值不超过2 mm。为了观察和考核整个顶升施工系统的工作状态，在正式顶升之前，进行预顶升。预顶升2次测试设备准备情况，复核顶力与梁体位移的关系，观察梁体与支撑之间是否密合。

2.2.5正式顶升

同步顶升过程中，全局位移同步，载荷实时控制的施工方案。顶升过程中相邻墩柱顶升高度差不得大于3 mm，同一墩柱上的千斤顶位移差不超过0.5 mm，实时荷载新墩柱不大于180 t，原墩柱不大于350 t。为控制墩柱上方千斤顶位移差，顶升过程中每次顶升的位移为0.5 mm。顶升过程中，应对异形板位移、板底裂缝、桥面系、伸缩缝、栏杆进行观测、监测，确保桥梁安全。西北异形板两两串联控制油缸布置见图3。

3 竖向变形自动化监测

3.1 监测点布置

新兴桥西北异形板竖向位移变形监测采用LVDT位移传感器自动化监测系统，将位移计通过表座支架将传感器侧杆顶针直接顶在异形板下方，需要避免加固粘贴钢板干扰。

本工程在每个支顶墩柱上方四个方向各布设一个位移传感器。同时，在每个顶升墩柱上布设一个静力水准传感器，消除由于墩柱受压引起的墩柱沉降误差，得到了异形板的绝对位移，西北异形板共布设20个竖向位移测点。

3.2 传感器技术要求

LVDT位移传感器内置轴承，增强探头稳定性，大大提高回弹式位移传感器的精度。直径20 mm，不锈钢304外壳，回弹式，直流单电源供电，内置高性能信号解调器，如表2所示。

表2 LVDT位移传感器主要技术指标

利用150 mm×150 mm×10 mm的钢板将磁性表座固定在墩柱上方，平整为主，将表座锁住，传感器通过表座支架将传感器侧杆顶针直接顶在异形板下方。用现场智能终端，获取初始读数调零即可,如图4所示。

3.3 数据采集

现场采集终端和传感器通过485总线连接传感器，传感器安装固定好后进行初始值调零。现场顶升过程中实时显示变化量。数据通过GPRS同步传输至计算机，并生成自动化报表。采集设备最大连线距离为400 m，如图5所示。

信息管理系统由台式计算机及数据采集管理软件组成。台式计算机用作监控主机，实现远程在线监测并用于监测数据的处理和监测成果的输出等功能。

4 顶升成果

通过表3，各支座都顺利加垫钢板，不同程度消除沉降，基本实现了设计目标。

表3 西北异形板最终顶升成果

续表

5 结语

随着全国公路网的快速建设，桥梁修建的也越来越多，许多早期建设的桥梁支座开始出现橡胶老化、剪切变形、钢板外露等病害，有必要对老桥橡胶支座进行“手术”——取出旧支座，更换新支座，桥梁顶升施工工艺也就应运而生。因此，我们要加强桥梁顶升技术的研究，促进桥梁工程的发展。