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分离式立交PLC同步顶升支座更换施工

2024-07-05 149 上传者：管理员

摘要：文章以某高速公路分离式立交26#、32#墩支座更换施工为例，通过对桥梁支座病害产生的原因进行分析和支墩反力的计算，选用PLC计算机控制的液压同步顶升技术进行支座更换施工，与传统的支座更换相比，该方法具有中断交通时间短、工期短、造价低等突出的优点。该工程的成功实施可为类似桥梁支座更换维修提供相关经验，为后期工程投入使用奠定了坚实的安全、质量基础，取得了良好的经济效益及社会效益，值得推广应用。

关键词：
加固
加装声屏障
复杂环境
社会效益
老旧桥梁
降低噪声
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在桥梁维修加固中，由于分离式立交桥的特殊性，顶升支座的更换需要同步进行，但分离式立交桥的顶升支座更换具有非常大的难度，为了确保整个施工过程的整体稳定性和安全性，必须针对分离式立交桥的顶升支座更换施工进行详细的研究和探讨。

1、工程概述

1.1工程概况

该工程某高速公路分离式立交位于两条高速公路相交处，采用上跨现状高速公路，主桥采用跨径70 m的双铰型上承式拱形结构；桥梁斜交角度为65°，跨径布置为19×20 m+70 m+19×20 m，桥梁总长度为830 m，桥梁总面积为29 880 m2。桥梁的上部结构和下部结构分别为现浇T梁和十字形片状墩，桩基为钻孔灌注桩，共有5根，桩长和桩径分别为48 m和1.2 m。

1.2桥梁病害表现

2018年11月，通过量测引桥26#墩（东半幅）和32#墩（西半幅）支座，发现存在爬移、扭转等现象，支座发生明显剪切变形（见图1所示）。

1.3病害维修设计

鉴于爬移幅度较大的支座出现一定程度的损伤或其附属构件出现损伤，需对支座予以更换及复位。并在更换和复位过程中，采取必要的监控措施，对主梁支点反力进行控制，根据支座反力大小，调整支座垫石的标高。

考虑桥梁支座因为过大的爬移导致了一定程度的损伤，或者其附属构件已经出现损伤，需要进行支座的更换和复位。这个过程需要精细的操作和严密的监控，应对支座反力进行精确计量，以及时发现并解决可能出现的问题，确保主梁支点的反力得到有效控制。对于主梁支点反力的控制，需要根据监测到的数据，通过调整支座垫石的标高进行完成。如果支座反力过大，说明支座垫石的标高可能过低，需要适当提升垫石的标高；如果支座反力过小，说明垫石的标高可能过高，需要适当降低垫石的标高。因此，须将该工程中高速公路分离式立交的26#墩（东半幅）和32#墩（西半幅）梁体进行顶升，更换原有支座，且在顶升过程中必须进行断交后方可实施。

图1桥梁支座病害情况

2、施工特点及难点

2.1施工特点

(1）液压同步顶升过程中采用PLC进行精准控制。

(2）支座反力存在差异，整个桥面较宽，顶升体系反力的计算存在较大难度。

2.2施工难点

(1）顶升过程中的位移精度控制要求非常高。

(2）梁体属于七跨连续梁，当顶升高度及荷载在增加的过程中，裂缝隐患相对较大，需要进行全方位的监测。

(3）支座下墩柱存在倾斜情况，在梁体顶升过程中可能存在墩柱回弹，造成精度控制难度非常大。

3、总体施工方案

3.1施工工序

根据该工程现场实际情况，结合交管部门的相应要求，经与相关部门多次开工前会议沟通，鉴于爬移幅度较大的32#和26#支座出现一定程度的损伤或其附属构件出现损伤，需对支座予以更换及复位，并加强施工过程中的监控，做好主梁支点的反力控制，合理调整垫石标高。桥梁顶升施工过程中，进行半幅断交、半幅导行，具体施工流程为：交通导行、交通封闭—土方开挖至承台—顶升支撑结构安装、加固—顶升设备安装、调试—试顶升、正式顶升到位—施工监测—更换支座—安装限位钢板—落梁—拆除顶升支撑结构—竣工验收、开放交通[1]。

3.2梁体同步顶升支座更换施工

3.2.1顶升支撑结构体系安装

顶升支撑结构体系。严格按照设计图纸进行施工，支撑杆由Φ600×16 mm钢管制作而成。上下钢管支撑的连接采用螺栓，以槽钢为媒介将横撑和斜撑连接到一起，形成稳固水平结构。

(1）支撑钢管。

支撑钢管采用两端都带有法兰的Φ600×16 mm的钢管，在钢管垂直线路方向设置5根，间距为4 000 mm/cos25°；每排设2根，间距为1 600 mm，钢管中心应与桩基中心轴线一致。通过现场实际量测，结合上部梁和千斤顶的高度，32#墩（西半幅）支撑钢管长度采用540 cm，由540 cm+50 cm+60 cm三节通过法兰连接而成；26#墩（东半幅）钢管长度采用650 cm，由650 cm+200 cm+60 cm三节通过法兰连接而成。钢管支立完成后，保证钢管的顶部标高在同一平面，相差的部分通过在钢管与承台表面之间加入钢垫块找齐。每根钢管通过植入既有承台的6根M28锚栓固定。

(2）横、斜撑。

钢管之间用[20b热轧普通槽钢通过斜撑或横撑等形式相互连接成整体，以增强整体稳定性，其中横桥向采用横撑相连，顺桥向采用斜撑相连，间距均为200 cm，通过钢板与钢管焊接连接。

(3）纵、横梁。

横向每排支撑钢管顶部设置两根I50纵梁，钢管与纵梁通过焊接及管脚焊钢板进行连接与固定，纵梁长度为280 cm。纵梁上设置横梁，横梁采用两根I50工字钢上下搭焊2 cm钢板而成，横梁平面尺寸为1 965.4 cm×40 cm，横梁与纵梁通过焊接连接，且横梁接头均设置在纵梁正上方，横梁安装完成后作为千斤顶的安装平台。

3.2.2千斤顶选用及布置安装

(1）千斤顶选用。

结合支座反力，具体参考值如表1所示，选择200 t螺旋自锁千斤顶，行程为140 mm，安全系数=200/76.5≈2.6，符合相关施工要求。

带机械自锁的液压千斤顶为单油路顶，可液压顶升并回程。单幅桥顶升配置一台泵站，全套系统由一套自动控制系统进行控制，可实现8个千斤顶的同时联动顶升，以及同一片梁下4个千斤顶的联动调整，每道纵梁下的千斤顶均能独自补偿位移。

表1 26#、32#墩支座反力参考值

顶升千斤顶的参数如下：

(1)顶升缸推力：200 T;(2)顶升缸行程：140 mm;(3)偏载能力：5°；(4)顶升缸最小高度：395 mm;(5)最大顶升速度：10 mm/min;(6)组内顶升缸控制形式：压力闭环控制；(7)压力控制精度：≤5%。

(2）千斤顶布置。

在26#墩（东半幅）和32#墩（西半幅）沿桥纵向两侧主梁腹板下，各布置一个千斤顶，单幅桥千斤顶共布置8台，利用泵站进行顶升作业的控制。在施工过程中，应通过光栅尺和百分表进行墩柱顶升精度的控制，基于二者所形成的位移监控系统能够准确及时地监测顶升姿态，可实时掌握顶升墩柱的位移变化。

在顶升作业过程中，泵站及千斤顶都有可能发生故障，而顶升作业又必须连续进行，因此在顶升作业过程中应保证泵站、千斤顶均备用一套。由于光栅尺及百分表易损，备用一套外再分别备用3把（块），确保在系统发生故障的情况下能够暂时利用机械自锁锁死千斤顶，然后立即更换系统，保证整个顶升作业在安全、可控的状态下进行。

(3）千斤顶安装。

千斤顶底座需要稳定设置在钢支撑横梁上，同时在安装过程中考虑梯梁上存在一定程度的纵坡和横坡，所以在千斤顶安装过程中，需要结合实际情况，通过垫块进行找齐；垫块应放在千斤顶和横梁之间，为了确保连接的稳固性，应采用焊接连接。同时，在安装过程中需要严格控制千斤顶的垂直度，确保其全面符合相关安装设计要求，避免在使用过程中由于水平分离的存在而影响施工安全和效果。

3.2.3顶升系统调试

对液压系统、控制系统、监测系统进行详细检查，确保各系统都能正常运行。然后再设定初始加载值，并读取各传感器的初始值。

3.2.4顶升支座更换

(1）试顶升。全部工作准备就绪后开始进行试顶升。为了确保试顶升过程中的安全与稳定，需要严格控制顶升速度，保持在10 mm/min以内。同时，为了防止对梁体造成过大的应力，最大顶升高度应在2 cm以内[2]。在顶升过程中，需要密切关注梁体的支撑体系和设备的运行状况。

(2）正式顶升。通过液压同步顶升系统，使得每幅桥下的千斤顶可联动顶升，控制每条主梁顶升位移的同步性。在顶升力控制（力控）阶段，应以理论计算的各支墩反力参考值为依据，分级加载，每级加载的顶升力为150～200 k N，直到将各主梁的自重转换到千斤顶和临时支撑上；应在每次加力顶升过程中监测顶升量，确保各墩基本保持一致。在顶升量控制（位控）阶段，由于梁体自重已全部转换到了千斤顶上，顶升力不再增加，应分级顶升，每次顶升量为1 mm，通过光栅尺测量顶升位移值，并做出是否调整顶升量的指令；循环上述步骤，直至主梁顶起至可操作更换支座的位置。

(3）支座更换。新加支座与梁底的密贴程度非常关键。为了确保支座和梁底之间的贴合度，需要在空隙、不平的部分插入一些支座垫板。在插入支座垫板前，首先需要把钢板二用环氧树脂黏在墩顶，这样可以增强钢板与墩顶的连接强度，防止在后续过程中出现移位或松动。然后再将钢板与支座进行精准对接和黏合。为了提高钢板间的连接效果，还需要在相接触的板面间涂抹环氧树脂，楔入钢板与支座，使支座顶面与主梁底面密贴（见图3所示），并安装支座限位钢板。在上述各环节施工完成后，均需要进行细致的检查和测试，以确保每一步的操作都符合要求，同时也要保证最终的支座与梁底密贴程度达到标准。这样才能够确保桥梁的安全和稳定，保证其具有长期的使用寿命和性能。

(4）落梁。在进行落梁之前，必须进行细致的检查以确保新支座的安放无误。为了保证落梁过程中的梁体平衡，需要确保千斤顶的每次回落量，均使得梁体能够平稳地降落。在落梁过程中，需要时刻关注支座与梁底的接触情况。为了确保支座与梁底的完全接触，需要进行多次检查。如果发现支座与梁底未能完全接触，需要立即采取措施，重新起顶并调整位置，直到符合要求为止。此外，还需要严格控制各主梁之间的位移差。为了实现这一目标，需要在落梁过程中对各主梁的位置进行精确的测量和调整，确保它们之间的位移差在允许的范围内。在落梁完成后，还需要进行一系列的后续检查和测试，包括对梁体和支座的全面检查、对桥梁结构的承载能力测试等。

(5）拆除顶升支撑结构体系。

图2墩柱侧面图

3.3施工监测

该工程施工监测是指顶升过程中，为保证桥梁的整体姿态而进行的监测，包括结构的平动、转动和倾斜等。监测贯穿于顶升全过程中，监测分为三套系统，包括光栅尺、百分表及电子水准仪，各种仪器精度都能达到0.01 mm，并在施工过程中进行相互校核，以保证数据的准确性。该工程聘请第三方监测单位进行施工监测，主要监测部位及内容包括承台沉降观测、梁体底面标高测量、支撑体系的观测、墩柱姿态监测、顶力监测、相邻墩不均匀沉降观测等。同步顶升时需要做到对力和位移的监控，要求顶升/降落精度≤0.5 mm[3]。该工程梁体顶升竖向位移警戒值为4 mm，限制值为6 mm；每片主梁之间顶升的竖向位移差警戒值为1 mm，限制值为2 mm，实际操作中应以顺利更换支座为准。

4、结论

桥梁支座更换施工完成后，各项指标均符合设计及规范要求。因此，采用PLC计算机控制的液压同步顶升支座更换施工技术是合理、有效的，对同类工程施工具有十分重要的参考价值及实际意义。

参考文献:

[1]郑永奎,王强.浅谈桥梁支座及其受力[J].城市建设理论研究(电子版), 2013(24):1-5.

[2]甘采博,李明,郭云峰,等.同步顶升技术在桥梁支座更换施工中的应用[J].南华大学学报(自然科学版),2013(4):96-99+104.

[3]梁利文,郭世滔,李兴奎,等.应用于桥梁支座更换的超高精度液压同步顶升系统[J].液压气动与密封, 2016(12):57-60.

文章来源:孙彦龙.分离式立交PLC同步顶升支座更换施工[J].交通科技与管理,2024,5(13):145-147.