论文部分内容阅读
摘要：本文以南昌老福山-坛子口立交桥的维修工程为例，阐述了单点支撑大吨位、大面积现浇梁高精度同步顶升施工技术，并对平衡偏心荷载，防止梁体倾覆以及顶升位置、顺序和顶、落梁的位移量的控制等技术难题提出了解决方案，为同类顶升作业施工积累了新的技术资料。
关键词：大吨位；大面积现浇梁；同步顶升；施工技术
Abstract: In this paper, take Nanchang Fushan - old earthen jar mouth overpass repair project for example, elaborated the single point support large tonnage, large area of cast-in-place beam and high precision synchronous jacking construction technology, and the balance of eccentric load, prevent the beam body overturning and lifting position, order and the top, down beam displacement control of proposed solutions, for the same kind of jacking construction accumulated new technical data.
Key words: large tonnage; large area cast-in-situ beam; synchronous jacking; construction technology
中图分类号：TU74 文献标识码：文章编号：
随着近年来城市交通量突飞猛进的增长，以及车辆严重超载，一些运营数十年的桥梁已不堪重负，出现了桥面系破坏，梁体砼徐变开裂，支座位移变形的病害，有的已经造成了很大的安全隐患，桥梁维修工作迫在眉睫。
在桥梁维修工程中，对于有盖梁的桥梁，其顶升吨位和面积一般不大，位移精度要求也不是很高，且以盖梁做顶升反力平台，操作相对简单且工艺已经成熟，但对于单柱单点支撑的大吨位、大面积现浇梁整体顶升却没有相对成熟的工艺，南昌老福山-坛子口桥梁顶升作业就属于此类，顶升重量和面积在全国也属罕见，其成功的施工技术为同类桥梁支座更换工程提供参考。
一、工程概况
南昌老福山－坛子口立交桥建于1993年，由福山立交、坛子口立交及两立交连接高架桥三大部分组成，桥梁全长5.897km，桥梁总面积51418 m2。福山三层立交的二层为18跨19m～24m的圆形封闭连续梁，桥面净宽15m，长377m，圆环桥有8条18m～24m的不等跨匝道桥。三层高架桥为6跨（30+40+31.5×2+40+30m）连续梁，27跨一联，桥面净宽15m，上跨福山立交环桥，与坛子口立交环桥相连，全长1310m。坛子口立交为18跨19m～24m的圆形封闭连续梁，桥面净宽12m，长287m，有6条18m～24m的不等跨匝道桥与之相连，匝道桥全长724m。
大桥使用的盆式橡胶支座和板式橡胶支座已近二十年，支座均已变形，环桥支座则均错位移动距离约2-4cm；加上大桥支座所处环境污染较严重，支座钢构件严重锈蚀，影响了箱梁的正常伸缩，并产生附加内力，全桥需要GPZ(Ⅱ)7SX型支座4个,GPZ(Ⅱ)7DX型支座14个,D240型伸缩缝2道29.76m，最大顶升重量可达16000吨、单幅面积近8000m2，横桥向控制位移±3mm、±40mm，纵桥向控制位移±150mm。拆除、更换全桥支座295个及伸缩缝36道（366.6m)。
二、顶升施工技术
桥梁顶升原设计方案为墩顶夹箍法多点同步顶升施工，实际试验时发现桥墩柱尺寸不规则，夹箍与墩柱之间不能密贴，导致支撑力与理论值相差大，不能满足设计要求。施工单位与设计单位紧密合作，根据该桥长度长、跨径大、同步控制精度要求高、结构形式复杂、支座型号多等特点，经专家会议论证，改为以钢牛腿、抱柱梁、钢管支撑组合体系作为顶升反力平台， PLC液压同步控制系统实现多点同步控制顶升的施工技术。
1、钢牛腿与抱箍结合体系作为顶升反力平台
利用钢材与混凝土结构的摩擦力来顶升上部梁体，通过对高强螺栓施加预拉力，使钢抱箍结构与混凝土结构之间产生摩擦力，满足上部结构的抗剪需要。同时为保证高强螺栓产生设计的拉力，可以采用力矩扳手来保证产生设计的预拉力。为保证顶升时的安全性，进场时必须对钢牛腿与抱箍结合结构进行试验验证，采用上下两个钢抱箍来对顶，来计算顶升需要的钢抱箍尺寸。其工艺原理见图1
图1钢牛腿与抱箍结合体系作为顶升反力平台图
2、抱柱梁作为顶升反力平台
在墩柱的外侧浇注钢筋混凝土结构，利用新旧混凝土的粘结作用作为顶升反力基础。抱柱梁的原理：抱柱梁的新旧砼粘结作用可以归纳为三部分：（1）新旧砼的粘结作用，（2）由于凿毛旧混凝土，砼表面凹凸不平产生的咬合力，（3）由于扭转造成的下部钢筋受拉，上部砼受压，增大了新旧砼摩擦的正应力。
3、液压控制系统
顶升施工的第一步是桥梁的称重，通过调节减压阀的出口油压Pout，缓慢地分别调节每一个液压缸的推力，使桥梁抬升，当桥梁与原立柱刚发生分离时，液压缸的推力，就是桥梁在这一点的重量值，称出桥梁的各顶升点的荷重，并把减压阀的手轮全部固定在PD=Pout-Pco的位置，便可转入闭环顶升，依靠位置闭环，橋梁可以高精度地按控制指令被升降或悬停在任何位置。其工艺原理见图3
图3 顶升系统组成示意图
4、顶升系统控制
比例阀、压力传感器和电子放大器组成压力闭环，根据每个顶升缸承载的不同，调定减压阀的压力，将几个千斤顶组成一个顶升组，托举起梁体，但是如果仅有力平衡，则桥梁的举升位置是不稳定的，为了稳定位置，在每组安装位移传感器作精密位置测量，进行位置反馈，组成位置闭环，一旦测量位置与指令位置存在偏差，便会产生误差信号，该信号经放大后叠加到指令信号上，使该组总的举升力增加或减小，于是各油缸的位置发生变化，直至位置误差消除为止。由于组间顶升系统的位置信号由同一个数字积分器给出，因此可保持顶升组同步顶升，只要改变数字积分器的时间常数，便可方便地改变顶升或回落的速度。其工艺原理见图4
图4 顶升系统控制原理图
5、电控系统
核心控制装置是西门子S7-200系列的CPUS7-224，触摸屏可以显示各个顶升油缸的受力参数，并可连接打印机，记录顶升过程数据。系统安装了UPS电源，即使意外断电，也可
确保数据和工程的安全。
6、施工监测
施工监测的最基本要求是保证桥梁结构的安全和确保施工结束后的桥梁线形和内力状态符合设计要求。桥梁顶升过程是一个动态过程，随着梁板的提升，梁板的纵向偏差、横向位移等会发生较大变化，梁板的支承点的相对变化对梁板受力状态将会发生变化。因此，顶升过程中各顶升点上升高度的差异都将在结构内部产生次内力。若次内力与恒载内力之和超过了构件材料的设计强度，必将对结构的安全造成危害。同时，桥梁临时支撑机构在施工过程中将承受桥梁的全部恒载和施工荷载，其自身的受力和稳定也将影响到顶升施工的安全和桥梁结构的受力和变形。因此在施工过程中对桥梁结构和临时构件的变形和关键部位的内力进行监控是非常必要的，其目的就是为了保证施工过程的安全、桥梁结构的线形和受力在施工过程中和施工结束后能满足设计的要求。为此要设置一整套监测系统，并要设定必要的预警值和极限值，以便将姿态数据反馈给施工加载过程。
三、顶升施工技术特点
1、单柱支撑柱顶没有空间放置千斤顶时，利用钢牛腿与抱箍结合结构作为顶升的反力基础，比夹箍法安全、方便调节高度，不受支座高度限制，操作方便，施工工期短。当顶升完成后，对锚栓进行切割至混凝土保护层以下，然后对混凝土保护层重新进行修补，不影响混凝土结构的受力、耐久性等性能。
2、利用抱柱梁结构作为顶升的反力基础，承载力更大，同时布置空间可以很好的调节，不受支座高度限制，抱柱梁的位置可以上下调节，以便千斤顶顺利安装到位，而且操作方便，施工工期短。在浇注抱柱梁前只需要对原墩柱外表面进行凿除处理，当顶升完成后，对抱柱梁进行凿除，然后对原墩柱凿除部分进行修补即可，不影响混凝土结构的受力、耐久性等性能。
3、 PLC液压同步顶升控制系统能多点同步顶升，自动调节，确保整体顶升负载物体各顶点受力均匀、位置稳定地移动，以达到载荷在任一点以同一速度被顶升；Windows用户界面，单人操作，简便高效；在达到预先设定的行程、温度、负载限制或受力变化极限值时，实现自动停机。所有油缸既可同时操作，也可单独操作；同步控制点数量可根据需要设置，整体安全可靠，功能齐全。
4、将数据处理和信息反馈技术应用于施工，利用实时监控指导施工，施工过程中的位移、载荷等信息，被实时直观反映，使人一目了然，使工程的安全性和可靠性得到保证，施工的条件也大大改善。
四、结语
本技术的顶升反力平台不受桥下地形及交通限制，避免了桥下满堂支撑对城市交通的严重影响，避免了桥下临时用地和支撑地基加固处理，使施工措施成本和交通限行管制成本得到了最大限度的降低。PLC液压同步控制系统为智能化操作系统，系统的安全性高，同步控制点数量多，同步性高，对于同步移位桥梁或构件的体积要求适用性强。本技术的成功运用为以后大吨位、大跨度、大面积且位移控制精度要求高的现浇梁的多点同步顶升工程提供了宝贵的经验。
参考文献：
《公路桥梁加固施工技术规范》（JTG/T J23-2008）
《同步顶升法更换连续梁桥支座技术的探讨与应用》---刘伟宏
《桥梁整体顶升技术在湖州南林大桥整体顶升施工中的应用》---吴正菊
关键词：大吨位；大面积现浇梁；同步顶升；施工技术
Abstract: In this paper, take Nanchang Fushan - old earthen jar mouth overpass repair project for example, elaborated the single point support large tonnage, large area of cast-in-place beam and high precision synchronous jacking construction technology, and the balance of eccentric load, prevent the beam body overturning and lifting position, order and the top, down beam displacement control of proposed solutions, for the same kind of jacking construction accumulated new technical data.
Key words: large tonnage; large area cast-in-situ beam; synchronous jacking; construction technology
中图分类号：TU74 文献标识码：文章编号：
随着近年来城市交通量突飞猛进的增长，以及车辆严重超载，一些运营数十年的桥梁已不堪重负，出现了桥面系破坏，梁体砼徐变开裂，支座位移变形的病害，有的已经造成了很大的安全隐患，桥梁维修工作迫在眉睫。
在桥梁维修工程中，对于有盖梁的桥梁，其顶升吨位和面积一般不大，位移精度要求也不是很高，且以盖梁做顶升反力平台，操作相对简单且工艺已经成熟，但对于单柱单点支撑的大吨位、大面积现浇梁整体顶升却没有相对成熟的工艺，南昌老福山-坛子口桥梁顶升作业就属于此类，顶升重量和面积在全国也属罕见，其成功的施工技术为同类桥梁支座更换工程提供参考。
一、工程概况
南昌老福山－坛子口立交桥建于1993年，由福山立交、坛子口立交及两立交连接高架桥三大部分组成，桥梁全长5.897km，桥梁总面积51418 m2。福山三层立交的二层为18跨19m～24m的圆形封闭连续梁，桥面净宽15m，长377m，圆环桥有8条18m～24m的不等跨匝道桥。三层高架桥为6跨（30+40+31.5×2+40+30m）连续梁，27跨一联，桥面净宽15m，上跨福山立交环桥，与坛子口立交环桥相连，全长1310m。坛子口立交为18跨19m～24m的圆形封闭连续梁，桥面净宽12m，长287m，有6条18m～24m的不等跨匝道桥与之相连，匝道桥全长724m。
大桥使用的盆式橡胶支座和板式橡胶支座已近二十年，支座均已变形，环桥支座则均错位移动距离约2-4cm；加上大桥支座所处环境污染较严重，支座钢构件严重锈蚀，影响了箱梁的正常伸缩，并产生附加内力，全桥需要GPZ(Ⅱ)7SX型支座4个,GPZ(Ⅱ)7DX型支座14个,D240型伸缩缝2道29.76m，最大顶升重量可达16000吨、单幅面积近8000m2，横桥向控制位移±3mm、±40mm，纵桥向控制位移±150mm。拆除、更换全桥支座295个及伸缩缝36道（366.6m)。
二、顶升施工技术
桥梁顶升原设计方案为墩顶夹箍法多点同步顶升施工，实际试验时发现桥墩柱尺寸不规则，夹箍与墩柱之间不能密贴，导致支撑力与理论值相差大，不能满足设计要求。施工单位与设计单位紧密合作，根据该桥长度长、跨径大、同步控制精度要求高、结构形式复杂、支座型号多等特点，经专家会议论证，改为以钢牛腿、抱柱梁、钢管支撑组合体系作为顶升反力平台， PLC液压同步控制系统实现多点同步控制顶升的施工技术。
1、钢牛腿与抱箍结合体系作为顶升反力平台
利用钢材与混凝土结构的摩擦力来顶升上部梁体，通过对高强螺栓施加预拉力，使钢抱箍结构与混凝土结构之间产生摩擦力，满足上部结构的抗剪需要。同时为保证高强螺栓产生设计的拉力，可以采用力矩扳手来保证产生设计的预拉力。为保证顶升时的安全性，进场时必须对钢牛腿与抱箍结合结构进行试验验证，采用上下两个钢抱箍来对顶，来计算顶升需要的钢抱箍尺寸。其工艺原理见图1
图1钢牛腿与抱箍结合体系作为顶升反力平台图
2、抱柱梁作为顶升反力平台
在墩柱的外侧浇注钢筋混凝土结构，利用新旧混凝土的粘结作用作为顶升反力基础。抱柱梁的原理：抱柱梁的新旧砼粘结作用可以归纳为三部分：（1）新旧砼的粘结作用，（2）由于凿毛旧混凝土，砼表面凹凸不平产生的咬合力，（3）由于扭转造成的下部钢筋受拉，上部砼受压，增大了新旧砼摩擦的正应力。
3、液压控制系统
顶升施工的第一步是桥梁的称重，通过调节减压阀的出口油压Pout，缓慢地分别调节每一个液压缸的推力，使桥梁抬升，当桥梁与原立柱刚发生分离时，液压缸的推力，就是桥梁在这一点的重量值，称出桥梁的各顶升点的荷重，并把减压阀的手轮全部固定在PD=Pout-Pco的位置，便可转入闭环顶升，依靠位置闭环，橋梁可以高精度地按控制指令被升降或悬停在任何位置。其工艺原理见图3
图3 顶升系统组成示意图
4、顶升系统控制
比例阀、压力传感器和电子放大器组成压力闭环，根据每个顶升缸承载的不同，调定减压阀的压力，将几个千斤顶组成一个顶升组，托举起梁体，但是如果仅有力平衡，则桥梁的举升位置是不稳定的，为了稳定位置，在每组安装位移传感器作精密位置测量，进行位置反馈，组成位置闭环，一旦测量位置与指令位置存在偏差，便会产生误差信号，该信号经放大后叠加到指令信号上，使该组总的举升力增加或减小，于是各油缸的位置发生变化，直至位置误差消除为止。由于组间顶升系统的位置信号由同一个数字积分器给出，因此可保持顶升组同步顶升，只要改变数字积分器的时间常数，便可方便地改变顶升或回落的速度。其工艺原理见图4
图4 顶升系统控制原理图
5、电控系统
核心控制装置是西门子S7-200系列的CPUS7-224，触摸屏可以显示各个顶升油缸的受力参数，并可连接打印机，记录顶升过程数据。系统安装了UPS电源，即使意外断电，也可
确保数据和工程的安全。
6、施工监测
施工监测的最基本要求是保证桥梁结构的安全和确保施工结束后的桥梁线形和内力状态符合设计要求。桥梁顶升过程是一个动态过程，随着梁板的提升，梁板的纵向偏差、横向位移等会发生较大变化，梁板的支承点的相对变化对梁板受力状态将会发生变化。因此，顶升过程中各顶升点上升高度的差异都将在结构内部产生次内力。若次内力与恒载内力之和超过了构件材料的设计强度，必将对结构的安全造成危害。同时，桥梁临时支撑机构在施工过程中将承受桥梁的全部恒载和施工荷载，其自身的受力和稳定也将影响到顶升施工的安全和桥梁结构的受力和变形。因此在施工过程中对桥梁结构和临时构件的变形和关键部位的内力进行监控是非常必要的，其目的就是为了保证施工过程的安全、桥梁结构的线形和受力在施工过程中和施工结束后能满足设计的要求。为此要设置一整套监测系统，并要设定必要的预警值和极限值，以便将姿态数据反馈给施工加载过程。
三、顶升施工技术特点
1、单柱支撑柱顶没有空间放置千斤顶时，利用钢牛腿与抱箍结合结构作为顶升的反力基础，比夹箍法安全、方便调节高度，不受支座高度限制，操作方便，施工工期短。当顶升完成后，对锚栓进行切割至混凝土保护层以下，然后对混凝土保护层重新进行修补，不影响混凝土结构的受力、耐久性等性能。
2、利用抱柱梁结构作为顶升的反力基础，承载力更大，同时布置空间可以很好的调节，不受支座高度限制，抱柱梁的位置可以上下调节，以便千斤顶顺利安装到位，而且操作方便，施工工期短。在浇注抱柱梁前只需要对原墩柱外表面进行凿除处理，当顶升完成后，对抱柱梁进行凿除，然后对原墩柱凿除部分进行修补即可，不影响混凝土结构的受力、耐久性等性能。
3、 PLC液压同步顶升控制系统能多点同步顶升，自动调节，确保整体顶升负载物体各顶点受力均匀、位置稳定地移动，以达到载荷在任一点以同一速度被顶升；Windows用户界面，单人操作，简便高效；在达到预先设定的行程、温度、负载限制或受力变化极限值时，实现自动停机。所有油缸既可同时操作，也可单独操作；同步控制点数量可根据需要设置，整体安全可靠，功能齐全。
4、将数据处理和信息反馈技术应用于施工，利用实时监控指导施工，施工过程中的位移、载荷等信息，被实时直观反映，使人一目了然，使工程的安全性和可靠性得到保证，施工的条件也大大改善。
四、结语
本技术的顶升反力平台不受桥下地形及交通限制，避免了桥下满堂支撑对城市交通的严重影响，避免了桥下临时用地和支撑地基加固处理，使施工措施成本和交通限行管制成本得到了最大限度的降低。PLC液压同步控制系统为智能化操作系统，系统的安全性高，同步控制点数量多，同步性高，对于同步移位桥梁或构件的体积要求适用性强。本技术的成功运用为以后大吨位、大跨度、大面积且位移控制精度要求高的现浇梁的多点同步顶升工程提供了宝贵的经验。
参考文献：
《公路桥梁加固施工技术规范》（JTG/T J23-2008）
《同步顶升法更换连续梁桥支座技术的探讨与应用》---刘伟宏
《桥梁整体顶升技术在湖州南林大桥整体顶升施工中的应用》---吴正菊