桥梁改扩建工程同步顶升技术应用

2022-11-12刘凡任黎明

建材发展导向 2022年13期

刘凡任黎明

（山东宇通路桥集团有限公司，山东广饶 257300）

在桥梁改扩建项目工程中，支座更换属于系统性工程，常规的更换方式操作难度大，成本高难以满足新时期桥梁改扩建项目的需求。同步顶升技术的出现，无疑给桥梁改扩建项目开展奠定稳固基础，该技术具备操作方便、技术成熟等特点，能满足桥梁改扩建的建设需求。

1 概述同步顶升技术

同步顶升技术的应用范围比较广，在该技术体系内包含电动机、高压液压泵、油箱、操控系统以及其他的附属阀门、管路等组成。泵站经过分流器直接将液压油分配给各个油缸，操控体系会获取不同的回馈信号，让各个油缸按照要求顺利顶升，严格控制顶升的速度，保证和混凝土连续梁体结构的顶升同步，符合正常施工的要求。

1.1 应用范围

1）同步顶升技术能够应用到大跨径、大吨位等类型的桥梁支座更换。在更换的过程中，能够在影响其他结构状态下操作； 2）能在上部结构为横向联系构造的桥梁进行更换，同时在更换环节中还能够对原有结构病害进行处理； 3）能够对大型结构物桥梁进行更换，由于顶升系统的顶升力度是可以进行加码的，因此大型、重型支座更换时，可以满足承载需求。

1.2 施工要求

1）新支座无论是从构造、承载力等方面分析均需要满行业规定与设计需求； 2）针对更换整体施工方案，需要科学计算，确定支座的参数，针对涉及的配件进行详细的核对； 3）桥梁顶升的临时支架一定具备富余的刚度、且强度、稳定性等方面要符合施工需要； 4）顶升环节以及落梁环节，需要符合设计标准； 5）在进行制作更换阶段中，按照环境的实际情况做好支座偏移量的全面计算，并且在符合条件下进水作业施工； 6）做好新旧支座的高度差测量，对施工方案与技术进行优化，保证各方面的参数符合施工需求。

2 工程实例

某桥梁项目的建设总长度为758m，整个桥梁应用16 ×25m一联干净赶紧混凝土连续箱梁制作，上部结构为单箱双室的结构形式，下部则是21.5m的钻孔灌注桩联合H形柱式墩台结构形式，和重力式桥台进行连接应用。原桥面部位应用C40 混凝土铺设施工，厚度为5 ～10cm。桥梁经过20 年的运营，管理部门多次组织技术人员进行现场检测，发现承载性能可以满足交通通行的需要，但是长期运行之下导致有些橡胶支座发生病害的问题，比如表面开裂、脱空、偏移、偏压、变形等。支座病害问题的存在，让桥梁结构运行安全性无法保证，需要及时更换病害的支座结构。

3 顶升施工方案的实施

3.1 顶升施工基本要求

顶升施工作业前，应该对相应梁端以及上部结构进行综合分析检测，防止出现结构的新损伤问题。从桥梁同步顶升施工情况分析，其难度高、施工风险高，所以要保证施工的安全性，加强管理和控制，保证人员与工程安全，提高施工综合效益。

3.2 同步顶升系统安装及调试

同步顶升系统的组成结构可见图1 所示，按照设计方案的标准要求，系统内每个油缸顶升力可以达到300t，同时还设置有机械锁止装置，能够有效的预防在系统运行中出现系统和管道失压的问题，确保梁体荷载能够快速的支撑，完全达到运行的标准。千斤顶直接设置到支撑钢柱的表面，实现垂直顶升作业。安装千斤顶的过程中，上、下两面需要设置有厚度为10mm的钢垫板，其中上部垫板还要设置橡胶垫片，保持和梁体结构的紧密贴合，从而可以增加受力面积，保证梁体承载性能更加的安全。

主控台设布置到桥梁跨中部位上，与液压油管连接距离尽量的缩短，操控系统可以快速掌握设备控制和监控系统。千斤顶、传感器、泵站等组装结束后开始空载调试，确保油缸、管路、液压阀门实现有效的运行，保证各个传感器可以正常的运行。同步顶升系统采取触摸屏主控的操作方式，工作人员进行操控参数的控制，并且可以获取预警、故障等信息。压力与位移是顶升控制的核心参数，纵向相邻油缸作为一组，每一组油缸的位移、压力都要处于合理的范围内。结合液压控制参数，保证顶升移动的精度符合要求，每一个断面两侧都必须安装位移传感器，以便工作人员掌握其顶升姿态和数据信息。

3.3 施工部署

本次施工的桥梁为16 跨连续箱梁的结构，桥墩的最高部位结构为6.25m，整体结构坡度尺寸比较大，为了使得桥梁同步顶升施工达到稳定性标准，应用钢管支座反力顶升的基础结构，且搭设施工前，需要将搭设部位上的钢筋混凝土基础进行加强处理，在整体顶升施工结束后，及时更换支座结构。顶升施工前，制定出切实可行的顶升施工方案，满足施工标准要求。

3.4 顶升控制系统

液压同步顶升系统应用的是和桥梁同时顶升的施工方式，该项目选择美国生产的PLC计算机控制液压同步顶升系统。这一系统的技术水平较高，安装有精度较高的位移控制器以及压力传感器装置，可以实现系统的闭环控制，显示器随时反映出顶升力值以及顶升高度参数，达到位移同步控制的要求，且利用计算机随时进行液压缸的压力、位移量的监测与控制，达到设定的行程之后能够自动锁定。通过千斤顶的自锁功能，在油路出现故障问题之后能够自动化锁定，确保不会出现压力下降的情况。

3.5 桥梁顶升关键技术

在桥梁顶层技术应用的阶段中，对于定身工艺的控制，需要按照整体桥梁项目的承载需求以及施工目标作为基础合理的对顶升的高度以及顶升的过程进行控制，保证新制作能够顺利的安装，一般而言顶升关键技术应用要点有以下几点。

3.5.1 反力基础

基础结构是重要的承载部分，其尺寸设计为4 ×3×1.2m，承台顶面和地面的距离为10cm，基础部位需要铺设C15 混凝土垫层，厚度为10cm。混凝土表面需要进行凿毛处理，保证基础和桥墩柱植筋有效的连接，在施工完毕之后，顶部达到平整度要求，偏差不超过±3mm。

3.5.2 支撑体系

顶升的支撑结构应用的是609 钢管施工，每一个桥墩周边都要设置6 组609 钢管，保证结构的性能符合要求，通过应用法兰盘与螺栓连接形成整体结构，稳定性符合要求。水平连接采用槽钢进行，斜杠为75角钢。

3.5.3 顶升限位

为了防止顶升环节出现横、纵偏移的情况，应该在现场设置限位装置。限位支架的强度性能合格，且有足够的刚度性能。应用609 钢管向外扩拼、接高，卡住两侧的腹板。横纵限位部位应该在桥梁接缝的部位上安装四条方木，安装到裂缝中间。

3.5.4 试顶升

各项工作准备完毕之后，首先要进行试顶升，此时的速度控制在1cm/min 内。顶升达到规定的位置后，保持10min 的时间，观测两侧支撑点以及设备运行的情况。如果存在异常反应，需要及时采取措施处理，没有任何问题才能继续顶升施工。

3.5.5 正式顶升

在本项目顶升施工环节中，顶升的高度需要按照支座的高度为参考，将其控制在9 里面范围当中，也就是顶板的顶升距离要与螺帽的距离相等（5 +4）cm。若该距离不足以将支座取出，则需要进行调整。此外，在顶升施工时梁低的误差需要控制在±2mm之间。随后在顶升操作时，若顶升的距离达到一定的行程以后，需要马上采取钢板进行垫底，而后逐渐的扩大顶升的距离。当顶升距离满足设计高程以后，需要通过临时支架产生的作用，将原制作直接取出，且做好相关的支撑处理，而后进入支座更换环节。

4 更换支座

4.1 支座拆除

对于更换的支座要进行全面的检查，现场做好记录，支座位置、编号、病害情况都要做好全面的记录，留存备用。顶升工作开始前，实测支座墩柱顶与箱梁底部的净高与支座位置梁底标高，这就是箱梁同步回落到原先的状态。盆式支座的结构如果出现螺栓锈蚀掉的情况，先进行表面除锈处理，然后表面涂油进行浸润处理，如果还无法卸掉，则需要直接凿除，然后更换新的螺栓部件，表面涂刷环氧砂浆修复处理。应用切割设备把已有的支座钢盆和预埋钢板的焊缝进行分离处理。箱梁顶升到规定部位之后，使用薄钢板塞紧临时支撑的结构，保证底部和临时支撑达到连接紧密的要求，并且应用手拉葫芦取出支座，使用叉车落地。

4.2 支座安装

支座要放置出现暴晒、雨淋等危害，也不能和酸、碱、油等类型的物质接触，并且和热源保持有至少1m的距离。在旧支座全部拆除之后，将上下钢垫板进行打磨平整处理。先进行支座部位的清理处理，然后需要使用特殊的材料进行找平处理，且不能随意的松动螺栓。支座安装环节，支座沿着顺桥向的中心应该和主梁中心线是平行的。同时需要安装两个方向的水平，保证支座结构性能不会受到任何的影响。支座的标高恢复到原来的状态，保证附加应力合格。

4.3 落梁

支座更换工作结束后，应该以原有的状态存在，梁体安装到规定位置上之后，需要进行上下钢梁与梁底贴合效果的检查，保证全部达到密贴的要求。如果支座受到偏心受压、不均匀承载或者脱空的问题，应该再次进行量体结构的顶升施工，且在支座下部设置点半结构进行微调，保证达到密贴的效果。安装结束后，不能存在强行位移的情况。支座安装结束后，保证千斤顶可以同时回落，保证箱梁和支座的间距在5mm左右时，应用灌注器将砂浆直接灌入到缝隙内，在全部固化之后，且强度性能合格，回落到支座上，还要保留临时钢支撑结构。

5 桥梁改造中顶升技术操作的优化策略

5.1 加强施工前的勘察

做好现场施工勘查和分析，获得相应的数据信息，对于桥梁改造施工提供帮助。在现场施工开始前，首先对勘查后获取的数据信息展开分析，为桥梁改造方案的制定起到积极作用。在计算之后，可以确定桥梁改造的总吨位、千斤顶安全系数、改造桥梁的绝对重量系数等，如果现场需要，还必须对桥梁进行加固处理，以确保桥梁施工后质量合格。

5.2 施工过程中强化实时监控

桥梁改造施工环节，应该随时监控现场桥梁的施工情况，确保顶升施工技术符合要求，保证桥梁改造之后符合设计方案和技术标准的要求，为桥梁顶升施工可以达到设计标准要求做出贡献，同时也要避免在施工中超出标准而引发裂缝的问题。如果在施工出现裂缝的情况，需要立即停止现场的施工，做好桥梁顶升的改造处理，保证桥梁进行加固施工，提高桥梁结构的稳定性。此外，在桥梁改造施工环节，必须要做好现场管控，保证改造施工达到安全的标准，这要包含人员的安全与工程的安全，以免给企业造成过大的经济损失。

5.3 提高改造桥梁的顶升点的科学性

桥梁改造施工环节，顶升点是施工的关键点，对于桥梁改造施工效果有着至关重要的影响。在顶升施工阶段，结合检测的实际情况选择合适的顶升点，保证顶升施工满足要求。如果在现场选择的顶升点不能达到现场施工的要求，位置存在偏差的情况，在顶升后极易造成平面部位发生变形的问题，桥梁改造施工的后续工序无法达到要求。基于此，在顶升开始前，技术人员必须深入到现场展开全面的勘察与分析，了解现场的具体情况，加强现场分析，保证顶升点设计符合科学性、合理性的要求。同时，还要尽量的增加顶升点的数量，因为数量越多，则顶升时变形发生的概率就会越小，结构的稳定性也会越好。在桥梁改造的顶升施工时，顶升点的选择要按照下述原则进行：确保顶升的顶面达到稳定的标准，顶升点完全能够承受整个顶升过程的受力，严格执行施工工艺规范和技术标准。在现场施工中，综合分析桥梁的具体情况，保证顶升点的数量和质量都符合要求，切实提升桥梁改造的效率和质量。

5.4 桥梁顶升过程的同步监测

桥梁的同步顶升是采取分级的方式进行的，保证桥梁整个的运动轨迹、整体姿态、结构应力等都能够进行监测，以保证运行的安全性，对于顶升、支撑、落梁的各个工序进行监测。在监测中，必须随时了解姿态变化、位移变化、内应力变化等数据。在桥梁顶升施工阶段，做好姿态的控制极为重要。在现场顶升施工时，应该设置多个特征点，并且在现场布置预警值和极限值，以保证姿态数据信息能够随时掌握，反馈给管理人员，做好顶升环节的控制。

1）位移传感器监测。在顶升施工的位置安装位移传感器，保持同步监测和控制，结合桥梁的施工位置，保证位移的精度控制在0.1mm。位移传感器与控制主机连接形成闭环控制，保证顶升时能够达到位移的有效控制。位移传感器直接固定到立柱侧面上盖梁，以确保位移传感器可以获取准确的数据信息。

2）特征点观测标高。在顶升监测的过程中，能够随时了解桥墩和桥台沉降的情况。桥梁特征点标高的作用就是进行顶升时的同步核算测量，保证传感器在存在故障的情况下能及时发现存在的问题，让桥梁顶升时整体姿态是可控的。

3）应变片内力监测。通过对桥梁结构内力的准确评价和分析，能够及时掌握内力变化的具体情况，消除各种不利的影响因素，保证桥梁结构更加的安全与稳定。

5.5 顶推过程中的注意点

1）随时对位移量进行观测与测量。在现场的改造施工中，主要影响位移参数的因素就是墩顶和梁体，所以在墩顶施工中应该做好水平偏移的控制，梁体发生中线偏移的情况，需要做好前两端的顶推处理，如果存在偏移的情况，这是因为侧向限位所造成的，所以需要使用倒链或者千斤顶的方式进行调整处理，保证位移量有效的控制，提高数据的精确性。墩顶位移观测对于整个改造的质量进行控制，按照设计要求确定具体的测量偏差最大的位置，在施加力的过程中，要随时观测和了解，做好协调性处理，并且了解梁的运动条件，及时做出改进和调整，防止超出最大偏差值而影响桥梁的改造质量； 2）施加顶推力。每一个墩顶反力都会给顶推力的大小产生影响，所以要使用多少千斤顶，是根据摩擦力的大小来计算确定的，而千斤顶的拉力值主要是受到每个支点反作用力与摩擦力的影响，通过油表可以获取数据信息。顶推环节，需要持续进行千斤顶的推进，所以在施工中，位置标定必须满足要求，做好现场总体运动形式的控制，根据实际情况随时做出调整，确保顶推作用施工的质量合格。