橋梁交通單墩頂升施工工藝探討

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摘要:結(jié)合泰和縣某高速公路橋梁支座的病害情況，介紹了支座頂升更換的方法及設(shè)備，闡述了不中斷交通情況下的單墩同步頂升技術(shù)，實(shí)踐表明在不中斷交通，僅適當(dāng)限速的情況下，PLC計(jì)算機(jī)同步頂升系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)支座的頂升更換。

關(guān)鍵詞:橋梁，支座，同步頂升，施工工藝

0引言

橋梁支座是橋跨結(jié)構(gòu)的支承部分，承上啟下是橋梁上、下部結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)。它能將橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力和變形傳遞給下部結(jié)構(gòu)，使其實(shí)際受力情況滿足設(shè)計(jì)圖紙，避免梁端與墩臺(tái)直接接觸造成損害。因此，橋梁支座應(yīng)具足夠的強(qiáng)度、剛度，有自由轉(zhuǎn)動(dòng)外，還應(yīng)便于安裝、維修、更換。根據(jù)其容許變形量的大小分為固定支座和活動(dòng)支座［1］。我國(guó)高速公路混凝土梁橋主要使用的是橡膠支座，而鋼構(gòu)橋采用的是鋼支座或無(wú)支座，泰和縣某高速公路段上的橋梁大部分采用橡膠支座，下面介紹該路段出現(xiàn)病害較多的板式橡膠支座的特點(diǎn)。板式橡膠支座是由多層天然橡膠與薄鑲嵌、粘合、硫化而成的，其構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，它的轉(zhuǎn)角位移和水平位移是分別通過(guò)橡膠的彈性壓縮、剪切變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的。板式橡膠支座按構(gòu)成材料是否含四氟乙烯板可分為普通橡膠支座和四氟乙烯滑板支座。普通橡膠支座具有強(qiáng)大的豎向剛度可以承受來(lái)自豎向方向的荷載，并具有良好的彈性變形，能夠滿足梁端的轉(zhuǎn)動(dòng);其較大的剪切變形能力亦滿足上部構(gòu)造的水平位移。四氟乙烯滑板支座除擁有普通橡膠支座的基本性能，還可以承受來(lái)自垂直方向的荷載及支撐梁端的轉(zhuǎn)動(dòng)外，由于支座表層的四氟乙烯板與梁底不銹鋼板之間的摩擦系數(shù)較低(μ≤0．03)使橋梁上部構(gòu)造在水平方向上限制較小，可相對(duì)自由移動(dòng)

1泰和縣某高速橋梁支座情況

1．1支座主要病害根據(jù)《泰和縣某高速井岡山機(jī)場(chǎng)管理所橋梁定期檢查報(bào)告》(2014年2月，江西省交通質(zhì)量檢測(cè)中心)可知泰和縣某高速公路橋梁支座主要存在病害有:脫空、老化開(kāi)裂、剪切變形、外鼓。1．2支座病害的危害支座病害限制了上部結(jié)構(gòu)梁體的自由伸縮，對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)受力造成不利影響，長(zhǎng)期如此不僅使梁體、墩臺(tái)產(chǎn)生附加內(nèi)力，對(duì)結(jié)構(gòu)安全也帶來(lái)了隱患。考慮橋梁的長(zhǎng)遠(yuǎn)使用，如果單采用養(yǎng)護(hù)措施，不但不能從根本解決病害問(wèn)題，還會(huì)增加橋梁養(yǎng)護(hù)投入，直接更換存有病害支座才能有效的解決問(wèn)題。因此，泰和縣某高速公路決定對(duì)存有病害的支座進(jìn)行頂升更換。

2支座頂升更換的方法及設(shè)備

2．1支座頂升更換方法橋梁支座頂升更換的主要施工技術(shù)是采用千斤頂或其他設(shè)備將橋梁上部結(jié)構(gòu)頂升至一定的高度后對(duì)存在病害的支座進(jìn)行維修更換。傳統(tǒng)的全橋整體同步頂升法對(duì)連續(xù)橋梁產(chǎn)生的附加內(nèi)力較小或不產(chǎn)生，相對(duì)安全，但是當(dāng)梁體被整體頂起后失去了支座對(duì)它的約束，容易在受到較小的外力作用下形成機(jī)動(dòng)體系，給施工帶來(lái)安全隱患。“全橋整體同步頂升法”需要的儀器設(shè)備比較多，較為適用小跨徑橋梁，對(duì)大跨連續(xù)梁，施工成本高，遇橋梁支座局部損壞，不需要整體同步頂升［3］，如用此法則大大浪費(fèi)了施工成本。結(jié)合泰和縣某高速公路橋梁存有病害支座的實(shí)際分布情況來(lái)看，并非全橋的支座都存有病害，大部分橋梁都是單墩或多墩存有病害支座，無(wú)需采用“整體同步頂升技術(shù)”。依此特點(diǎn)我們提出的頂升方法為橫向同步、縱向分階段逐步頂升方法中的“縱向單點(diǎn)(逐墩)，橫向同步”方法來(lái)進(jìn)行支座頂升更換。該法是通過(guò)沿橋墩橫向方向布置千斤頂并同步控制頂升高度，達(dá)到頂升高度時(shí)將病害支座更換后落梁，接著將千斤頂縱向擺放至另一橋墩上進(jìn)行作業(yè)。2．2支座頂升更換設(shè)備1)單墩同步頂升法的設(shè)備選擇。針對(duì)本項(xiàng)目橋梁更換支座施工特點(diǎn)，所選取的設(shè)備系統(tǒng)為PLC計(jì)算機(jī)同步頂升系統(tǒng)，該設(shè)備除了具備通用頂升設(shè)備的基本功能外，還具備以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):a．具有較小體積、較輕重量、可在施工現(xiàn)場(chǎng)靈活的組合、分布。b．適宜遠(yuǎn)距離、大跨徑連續(xù)梁橋的同步作業(yè)。c．對(duì)同步性的精準(zhǔn)控制，不論是沿橋梁的縱向方向或是橫向方向，確保各個(gè)頂升點(diǎn)之間精密同步，且相對(duì)位移滿足橋梁體系的結(jié)構(gòu)受力要求;在液壓管道中，油壓力降低主要表現(xiàn)為能量的損失，應(yīng)盡量避免，從圖2可以看出，采用計(jì)算機(jī)控制微泵組多點(diǎn)位移同步頂升系統(tǒng)可以有效控制油管長(zhǎng)度，消除因油管長(zhǎng)度不同而產(chǎn)生的管道壓力降，從2)設(shè)備突出技術(shù)特點(diǎn)。同步位移控制精度不大于0．2mm。拉線式位移傳感器:誤差小于1mm。采用Windows平臺(tái)軟件系統(tǒng)自動(dòng)控制同步頂升作業(yè)，智能判斷誤差超限并報(bào)警停止作業(yè)。對(duì)每一個(gè)作業(yè)點(diǎn)的頂升壓力和頂升量都可以進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置和操作，同時(shí)支持單作用千斤頂或雙作用千斤頂。設(shè)備可以在梁體頂升過(guò)程中和落梁過(guò)程中保持相同的精度控制。設(shè)備可以通過(guò)增加油箱的方法或分流油管來(lái)滿足提升千斤頂數(shù)量及頂升噸位。位移檢測(cè)傳感器:拉線式位移傳感器(有效測(cè)量行程500mm)。

3主要的施工工藝及理論分析

3．1施工方法和步驟在正式梁體頂升開(kāi)始前，必須對(duì)梁體進(jìn)行試頂，用來(lái)檢查儀器設(shè)備安裝的是否正確，各作業(yè)點(diǎn)是否穩(wěn)定。試頂時(shí)將梁體頂起1mm，并穩(wěn)定一段時(shí)間后進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如無(wú)異常情況，則正式頂升。3．1．1施工前的準(zhǔn)備首先，根據(jù)橋梁支座檢測(cè)的結(jié)果確定需要更換的數(shù)量及位置。其次，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定需要更換支座的類型和數(shù)量，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)橋梁的結(jié)構(gòu)形式選擇相應(yīng)的千斤頂及數(shù)量，組織安排相關(guān)的施工人員。對(duì)儀器設(shè)備的檢查、校核和調(diào)試，如油泵是否完好，油管表面是否老化開(kāi)裂，油管長(zhǎng)度是否合適，以及千斤頂噸位、行程是否滿足要求，位移計(jì)量程是否能滿足等。3．1．2標(biāo)注原支座中心線用記號(hào)筆在梁底、墊石中心線及左右兩邊做好記號(hào)，以便更換支座時(shí)對(duì)位移的控制。3．1．3安裝千斤頂，試頂梁體梁體頂升時(shí)采用PLC位移同步頂升液壓系統(tǒng)控制整體同步頂升系統(tǒng)［4］，分級(jí)分次頂升，千斤頂布置在蓋梁或橋臺(tái)上3．1．4梁體頂升1)梁體頂升時(shí)，需要有技術(shù)人員指揮，每次頂升高度根據(jù)設(shè)計(jì)要求所定，本項(xiàng)目橋梁每次頂升量為3mm，但頂升總量不宜超過(guò)1cm。2)梁體頂升時(shí)采用梁體位移控制與千斤頂頂力控制雙重控制，其中梁體位移為主，千斤頂頂力為輔。當(dāng)油泵顯示異常時(shí)立刻停止工作，穩(wěn)定梁體，調(diào)查問(wèn)題原因并解決后，方可繼續(xù)頂升。3)對(duì)于橋梁梁端有約束的情況(設(shè)有伸縮縫裝置、橋面連續(xù)、護(hù)欄)，頂升前應(yīng)將約束解除后才能進(jìn)行頂升。3．2頂升理論分析施工方案落實(shí)后，現(xiàn)場(chǎng)施工必須參考理論數(shù)據(jù)，檢查頂升高度的上限、起梁、落梁的位移、應(yīng)力變化是否符合要求等。我們利用邁達(dá)斯軟件建立有限元模型為實(shí)際施工提供一定的理論指導(dǎo)與安全保障。用有限元仿真技術(shù)建立全橋模型，對(duì)相應(yīng)墩臺(tái)進(jìn)行模擬梁體頂升施工，根據(jù)梁體混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力的原則，計(jì)算出各墩臺(tái)梁體頂升量的上限值。根據(jù)橋梁主橋施工設(shè)計(jì)圖，建立橋梁模型，在橋梁模型上對(duì)相應(yīng)墩臺(tái)施加5mm，10mm，20mm的強(qiáng)迫位移［5］，計(jì)算并分析梁體頂升高度不同時(shí)主梁應(yīng)力的變化規(guī)律，通過(guò)各強(qiáng)迫位移的對(duì)比，得出泰和縣某高速公路橋梁?jiǎn)味枕斏臉O限值為10mm，如單墩頂升至10mm，支座仍無(wú)法取出，則應(yīng)加頂，并同時(shí)頂升相鄰兩墩，避免施工墩頂升量超限造成橋面連續(xù)性破壞等問(wèn)題。

4結(jié)語(yǔ)

本次泰和縣某高速公路橋梁支座頂升更換順利完成，其施工過(guò)程中并未對(duì)橋面進(jìn)行封道，而是短暫的占用應(yīng)急道和行車道，對(duì)超車道限速通過(guò)，對(duì)整個(gè)橋梁的順利通行并未造成影響。支座更換前后橋梁的標(biāo)高基本保持一致，實(shí)現(xiàn)了單墩同步頂升在不中斷交通狀態(tài)下的施工。與傳統(tǒng)的全橋整體同步頂升更換支座的方法相比，采用不中斷交通的單墩同步頂升工藝，擁有施工工期大大縮短，節(jié)約成本，工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。值得注意的是必須結(jié)合不同工程項(xiàng)目對(duì)其橋梁進(jìn)行極限頂升量計(jì)算，因地制宜的制定施工方案，切忌生搬硬套。

參考文獻(xiàn):

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［4］卓?jī)x．鋼混疊合梁整體提升作業(yè)的施工組織和相關(guān)計(jì)算［J］．交通建設(shè)與管理，2014(4):105-106．

［5］泰和縣某高速公路橋梁維修工程設(shè)計(jì)圖［Z］．

作者:廖煥旺 王光賓 俞文彬 單位：江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司  江西省交通科學(xué)研究院