大跨度钢梁落梁施工工艺

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  摘要:钢梁顶推及落梁施工工艺日渐发展与应用背景下,为大跨度桥梁施工提供重要技术保障。从钢梁施工实际要求看,重点在于顶推、落梁等施工方面强化,保证各工序施工质量,使桥梁顶推落梁整体安全得到保障。北京市中低速磁浮交通示范线永定河钢梁落梁采用同步顶升系统,该顶升系统通过对液压变频调速的控制以及对压力和位移闭环的自动控制,以达成多点力均衡控制,进而对顶升的梁体施行称重、同步顶升、同步下降,对大跨度钢梁施工实例的研究分析总结,通过对钢箱梁顶推落梁施工概念与原理做简单介绍,重点分析顶推落梁施工具体工序,提出顶推落梁施工相关注意问题,为类似施工积累经验。
  关键词:钢梁落梁;施工工艺;注意事项;保障措施
  1 工程概况
  北京市中低速磁浮交通示范线永定河钢梁为03标段四道桥至金安桥区间第18#~24#(里程K6+428.875~K6+851.275),全长422.4m。每跨桥长由小里程到大里程分别为78m、84mA、84mB、84mC、54m、38.4m,由于沿顶推线路方向为22‰的上坡,所以84mC、54m、38.4m钢梁需要落梁,其余钢梁需要抬梁施工,78米简支钢箱拱梁重约997t,84米简支钢箱拱梁重约1100t,54米简支钢槽型梁重约631t,38.4米简支钢格构梁重约396t。
  2 落梁总体施工工艺
  本工程涉及的梁跨不同,吨位不同,以54m及38.4m简支梁为例阐明运用同步顶升系统,利用液压变频调速控制以及压力和位移闭环自动控制的方式,达成多点力均衡控制,对顶升的梁体进行称重、同步顶升、同步下降完成钢梁落梁施工。
  回落22#、23#、24#三个墩柱上两孔钢箱梁首先采用整体调坡下落的方式回落至统一标高后再整体平衡下落的方式施工,回落及顶升施工均采用PLC液压同步控制系统控制液压设备进行整体回落或顶升;本次落梁最大高度为24#桥台处落梁2.33m。
  3 落梁及支座安装施工流程
  施工准备→安装顶梁钢支撑、千斤顶→千斤顶顶升→拆除滑梁→横移滑道梁→安装临时支撑→交替落梁→精准对位→安装支座→浇筑灌浆料→拆除落梁系统。
  3.1 安装顶梁钢墩、保护墩及千斤顶
  3.1.1 落梁支撑布置
  梁体的每端设钢支撑6个,其中4个是落梁钢支撑、2个作为临时支撑,钢支撑采用12mm壁厚钢板焊接而成,钢支撑直径为500mm,单节高度分别为1000mm,500mm,200mm、100mm四种规格,能够满足落梁需求。为保证钢支撑稳定,钢支撑与墩顶之间采用膨胀螺丝连接,钢支撑与钢支撑之间采用螺栓连接,并且将钢支撑四周采用[10槽钢焊接为一个整体。
  上下节钢支撑之间使用栓接、钢管支撑与承台之间使用栓接、钢管支撑之间采用型钢焊接牢固。通过以上措施能够保证支撑结构有良好的整体性,避免桥梁因顶升有可能发生的滑移使支撑体系失稳破坏。
  3.1.2 落梁钢支撑安装
  钢支撑采用机械配合人工施行安装。在安装时需严格控制钢支撑的垂直度不能超过0.5%。钢支撑在调整其垂直度时,先在其底部用薄厚不一的小钢板进行调整,当垂直度达到要求后,通过膨胀螺丝的方法与承台连接,膨胀螺栓数量不小于6个,支撑底法兰盘与承台间的缝隙用高强灌浆料灌注填实整平。
  3.1.3 千斤顶及顶升系统选型
  落梁千斤顶的额定起重能力应大于实际起重总量的1.3倍,以保证不平衡受力时的安全,本工程采用两种规格的顶升千斤顶:200吨千斤顶本体高度为360mm,底座直径为275mm,行走量程为140mm,200吨千斤本体高度为472mm,底座直径为324mm,行走量程为240mm。
  千斤顶选用球头可以旋转的液压千斤顶,球头顶部旋转角度最大可达5度。顶升时随着坡度的变化,液压千斤顶与上部结构物由垂直变成不垂直,此时千斤顶顶部的球头随着梁体坡度的变化自动调整缸顶的球头。采用此带球头的千斤顶能够解决顶升过程中由于坡度变化引起的千斤顶与梁体不垂直对钢梁结构产生的局部应力的问题。此种装置是调坡落梁的关键技术之一。
  本工程38m及54m钢梁共计重约997吨,落梁作业配置8台QYS200t竖向千斤顶,每个落梁支墩上设置2台,总顶力1600吨,安全储备系数为1.6,满足规范要求。落梁系统采用国内先进的PLC液压同步控制系统进行落梁控制。液壓控制系统型号为CWS-01CWS-02,液压泵站型号为SHPS-T-P4-F3.8-P28-V500-T。
  3.2 千斤顶安装
  将千斤顶倒装在梁底,避免了落梁达到一定程度时拆卸千斤顶的工序。在安装前,首先将原有梁底的黄油清理干净,然后在吊顶钢板与梁底加入隔离层,增大千斤顶与梁底的摩擦力。
  在钢梁上根据吊顶钢板四面槽口的位置来焊接螺杆,利用螺杆将吊顶钢板固定在钢梁上。因为本工程为调坡下落,在落梁过程中梁体会随着落梁高度的减少而产生水平位移,因此在每回落一定的高度后将吊顶钢板与钢梁间使用楔形钢板进行填塞,并将千斤顶移动至与钢支撑中心重合的位置,并保持吊顶钢板水平及千斤顶与钢支撑垂直。
  3.3 顶梁、拆除滑道梁
  安装落梁钢支撑及千斤顶后,将钢梁底顶起2cm,千斤顶由操作熟练的工人操作,并由技术人员统一指挥,严格控制监控测量同步施工严格监控测量同步情况。将2t重滑道梁分为上下两块进行分割拆除,单个滑道梁上块重约0.7t,下块重约1.3t,同时用螺旋千斤顶将滑道梁分块侧向反推至行走平台上,吊车吊出。
  在移除滑道梁之前首先需要对行走平台进行加固,利用钢管将行走平台与墩柱进行连接,在内侧墩柱上安装反力牛腿(或在钢梁外侧焊接吊环),然后用螺旋千斤顶(或倒链)将滑道梁横移,待滑道梁移出钢梁后,使用吊机吊除。
  3.4 限位装置   由于桥梁调坡降落,梁体的水平投影会变短,在落梁同时梁体温度变化也引起梁长的变化,顶升钢支撑和千斤顶安装误差,过程中均会产生水平推力,为保证梁体的正常姿态和位置,保证落梁系统的安全及梁体的结构安全,需要设置横向限位装置,横向限位设置在24#桥台及滑道梁外侧位置。横向限位装置采用在24#桥台位置安装型钢制作,具体方法见下图。
  滑道梁拆除完毕后在支座位置安装落梁临时支撑,每端临时支撑设置2个(84m梁设置4个),临时支撑顶部距梁底≤3cm。
  3.5 落梁
  3.5.1 落梁原则
  落梁时应安排专人观察落梁支撑、临时支撑,如发现安全质量隐患立即叫停落梁作业,及时查明原因并积极处理;采用两端分别并联的落梁千斤顶,千斤顶的规格、高压油管的长度和直径等需一致,确保终端压力相同、同步顶升和停止,使顶升的梁端形成统一支点。
  3.5.2 整体同步落梁施工方法
  临时支撑安装完成后,靠外侧落梁支撑千斤顶回油,临时支撑顶起梁体重量,墩上操作人员按照梁体下落高度将落梁支撑上。
  将垫块调换成不同厚度组合钢垫板;随后千斤顶加压将梁体顶升,使梁体远离临时支撑,墩上操作人员及时将临时支撑顶层垫块调换成不同厚度组合钢垫板,而后将落梁千斤顶回油,使梁体回落至临时支撑上,一个落梁循环结束。
  22-24#墩落梁方法:第一阶段:以22#墩(该墩设计落梁高度为51mm)为旋转点,采用PLC液压同步控制系统对梁体进行角速度一致的调坡落梁,当38.4m钢梁与54m钢梁落至水平位置时,停止落梁;第二阶段:根据图纸要求切割38.4m钢梁与54m钢梁间焊缝,将支座安装完成后依次对38.4m钢梁、54m钢梁施行落梁施工,落梁施工流程图详见图5。
  3.5.3 纵坡调整
  本工程根据原设计图纸,梁体在调坡降落的过程中,会产生水平位移,如不采取有效措施进行调整,在降落过程中则会出现偏心受力的情况,同样由于坡度变小,千斤顶和支撑之间会存有一定的间隙,会出现不均匀受力的情况,为了避免以上情况的发生,在工程施工过程中应注意以下卡控重点:①在吊顶钢板与梁底间用楔形钢板填塞,在落梁过程中随着梁体旋转角度的变化,楔形钢板数量随之变化;②由于在落梁过程中,梁体会产生一定的水平位移,所以千斤顶悬挂的钢板上进行开孔,开孔形状为长方形,长度比水平投影位移长出一部分,宽度大于螺栓的直径大小,每顶升两个行程,对千斤顶的吊顶螺栓进行一次调整,始终满足千斤顶中心与钢支撑中心相对,这样就避免了出现偏心受力的情况;③顶升过程中采用PLC液压同步控制系统进行调坡顶升;严格控制落梁高度分解,控制表如下:
  3.6 支座安装
  梁体落至梁底距垫石接近支座上钢板高度时,进行精确测量,保证梁底与支座上钢板5cm垂直距离,以便滑动安装支座。支座安装前将支撑千斤顶,顶升脱离临时支撑,对临时钢支撑分别拆除,拆除临时支撑后对支座底及支座预埋孔进行清理,将支座用钢管及水平放置的导链移至支座预埋位置,将支座利用梁底的导链吊起撤出支座下方滑移的钢管同时安装支座预埋螺栓,安装好以后将支座调整好中心位置布置并對支座预埋孔及支座底部用灌浆料找平灌浆锚固。
  如误差超标则对钢梁平面位置进行调整,调整时首先在临时支撑上安装滑动面,滑动面采用聚乙烯四氟板及不锈钢板设置,然后将梁体回落临时墩柱上,使用水平千斤顶对钢梁位置进行调整,精确对位后落梁就位,最后灌浆锚固。
  4 施工注意事项
  4.1 钢梁起落梁过程中,两端操作人员必须统一指挥,同步顶升及降落。
  4.2 钢支撑与墩顶之间必须采用膨胀螺丝连接,钢支撑底法兰盘与承台间的缝隙用高强灌浆料填实。钢支撑与钢支撑上下之间采用螺栓连接,钢支撑与钢支撑横向之间采用型钢焊接,以保证支撑结构有良好的稳定性并严格控制其垂直度不超过0.5%。
  4.3 梁体顶落所使用的液压千斤顶、油泵、压力表等器具在使用前严格进行试验,并配套使用,确保使用过程中千斤顶同步运行。千斤顶、油泵、有关接头严防漏油现象,如有漏油应及时清理严禁流入支锚栓孔洞。千斤顶起落时应缓慢进行,几台千斤顶同时起落时必须保持同步。采用两端分别并联的落梁千斤顶,千斤顶的规格、高压油管的长度和直径等需一致,确保终端压力相同(千斤顶升降时应缓慢进行,多台千斤顶同时起落时应保持同步。采用端头分别并联的落梁千斤顶,并且规格、高压油管的长度和直径等需一致,确保终端压力相同、同步顶升和停止,使顶升的梁端形成统一支点。
  4.4 落梁过程中,由测量人员对钢梁偏位、拱度、标高等实时监测,发现问题,立即停止落梁进行整改,根据观测数据对梁体利用纠偏器及限位器进行纠偏及时调整落梁参数,确保落梁平稳安全准确。
  5 落梁监控
  5.1 监控目的
  在梁体回落工程中,为避免各千斤顶顶升速率差异造成的梁体位移差,杜绝梁体结构损伤,进一步控制顶升及落梁施工安全质量。通过在桥梁上布置多个监测点,设置预警值及极限值并实时监测观测值变化量,判断梁体顶升及落梁外力作用状态,以便及时、主动地采取措施降低或消除不利因素的影响,确保结构的安全,与PLC控制液压同步系统相结合形成双重控制。为确保施工控制万无一失,施工监测监控应贯穿于顶升及落梁全过程。
  PLC液压控制液压同步系统,保证千斤顶承受负载不失控,并通过系统中的位移检测装置及压力变送器在千斤顶移动时精准的测定负荷及实时位移,从而精准控制梁体顶升。
  5.2 监测的内容
  施工监控主要包括:支撑体系观测、桥梁顶升高度、临时支撑系统监测三大方面,具体如下:支撑体系观测;梁底标高感测;梁体横向位移观测;顶升系统垂直度观测;顶升监测监控实施;梁体底标高监测。
  梁底标高的测量是控制顶升标高与各组千斤顶间同步性的重要检测指标,梁体顶升过程中,在梁底标高相应位置安装拉线传感器,并将数据反馈到PLC控制系统,实现实时监测,便于及时调整各组千斤顶的顶升速度。
  在梁端相应位置固定铆钉或膨胀螺丝作为指针,在台背指针相应位置固定钢尺,顶升结束后,专业人员对数据统计比较,并与PLC液压控制系统拉线传感器传达至电脑中的数据进行对比。
  5.2.1 顶升支撑垂直度观测
  落梁支撑安装完毕后,在每根钢支撑上布置一个观测点,在落梁施工中运用全站仪对钢支撑的垂直度进行监测。
  5.2.2 顶升系统加固点监测
  每节段针对顶升系统加固点指派专业人员进行巡视观察监测,发现问题及时向总指挥报告请示。
  5.2.3 数据观测采集
  顶升工程分段进行,待千斤顶锁定后,分组采集竖、纵向数据,分析梁体形态、顶升受力变化,一切正常方可继续顶升。
  6 结束语
  钢梁的落梁施工安全风险高、质量控制难、施工作业面受限等不利条件,本工程充分利用同步顶升系统利用液压,通过前期工程调查、施工案例的分析结合施工现场的实际情况,施工使用PLC控制液压同步系统有效的达到了顶梁的同时、还实现多点同步升降、保持力均衡的施工目的,顺利完成钢梁的落梁施工。本文通过总结了落梁过程中使用PLC控制液压同步系统完成钢梁顶、落,施工控制、安全质量控制及过程监测,可作为后续类似工程施工参考依据。
  参考文献
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  (作者单位:中铁六局集团北京铁路建设有限公司)
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