桥梁整体顶升施工技术的应用研究

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  摘要:目前由于种种原因,导致大量桥梁的应用高度不能满足新交通规划的要求。这不仅严重影响了交通,同时还严重阻碍了交通规划的发展。桥梁整体顶升法作为一项新的施工技术,可在不影响桥梁交通通行与结构安全的前提下,解决桥梁构造高度上的问题。本文首先简单的介绍了顶升工艺的流程,其次对一些操作要点进行了说明,最后分析了一些桥梁顶升方式,希望对相关人士有所帮助。
  关键词:整体顶升、顶升方式、技术应用
  中图分类号:TU74文献标识码: A 文章编号:
  
  一、前言
  由于我国很多的桥梁都是很早之前建造的,随着社会的发展和科学的不断进步,目前已经有很多的道路桥梁的高度已无法满足新交通规划的要求,这就需要增高这些桥体的整体高度。这就使得桥梁的整体顶升法应运而生,它作为一项新兴的施工技术,能够将旧桥梁从原标高顶升至新规划的高度,从而满足了桥梁改造方面的需要。这与桥梁的拆除重建相比,不但没打断正常的交通运输需求,而且还节省了大量的人力、物力和财力,促进了交通运输业更快更好地发展。
  二、顶升工艺流程
  施工准备(水中施工平台搭设一桥面梁板与台背两端伸缩缝凿除一桥面标高和中线观测点布置)一顶升千斤顶选用和安装一顶升系统、监测设备的调试安装一试顶升一正式頂升一同步实施监控一临时支撑垫块的放置一落梁一台帽、盖梁接高一桥面恢复。
  三、操作要点
  1、 施工准备工作
  (1)水中施工平台搭设
  顶升承重性桥台脚手架和梁体观测架的搭设,除考虑到脚手架上承重人体操作荷载外,还要承受千斤顶支垫钢板转移、临时支撑钢板转移、千斤顶油管重量等。经过受力计算,采用承重性桥台钢管脚手架的方式,竖杆间距0.5m,横向间距0.5m。两个桥台各满搭脚手架,脚手架上满铺跳板,并用铁丝固定牢靠,架管四周搭设安全网,并布设安全标志。
  (2)桥面梁板与台背两端伸缩缝凿除
  顶升前需对桥梁伸缩缝进行切割分离。施工时先用路面切割机,对桥面铺装进行切割2道缝,以使凿除面切口平直。采用风镐进行凿除,然后采用人工钎子进行板梁端头与台身之间垃圾的清除,让梁板端头与台背彻底分离,并用空压机、电吹风将灰尘清理干净。同时对桥台台帽排钻式凿毛,并凿除安放千斤顶的梁底、台帽顶面混凝土表面的油污、松散层,并用空压机吹风吹净,凿除高度满足超薄千斤顶的安装高度需求即可,顶升到位后对台帽进行修复。
  (3)桥面标高和中线观测点布置
  顶升前在每片梁桥面和支座垫石上布置若干标高和中线观测点,精确测量各点的标高值及桥梁偏移情况,并做好记录,在取得设计认可的基础上,确定每片梁的精确顶升高度。
  2、 顶升千斤顶选用和安装
  顶升千斤顶选用:千斤顶均配有液压锁,防止任何形式的系统及管路失压,以保证负载的有效支撑。顶身顶部配有螺旋装置,顶升到位后,拧紧螺帽,可以实现长期负荷,便于后序工作。
  千斤顶安装时应保证千斤顶的轴线垂直,以免因千斤顶安装倾斜在顶升过程中产生水平分力。在每个加力点位置,千斤顶或垫块与梁及台帽的接触面面积必须经过计算确定,以不超出原结构物混凝土强度范围、保证结构不受损坏为原则。利用帽(盖)梁作为反力基础,对帽梁顶面进行找平后,千斤顶布置在帽梁上,距离台帽边缘距离应大于10cm,布置在相邻两片板的肋板位置处形成帽梁一梁底的顶升托换体系,千斤顶与梁板下设置钢垫板;板梁底部进行找平,安装钢分配垫板形成托架。
  3、 顶升系统、监测设备的调试安装
  顶升系统采用位移和顶升压力的双控作为顶升控制依据,外部数据采集以位移电子传感器作为位移采集,压力传感器作为压力采集。顶升前应单一和统一调试各控制系统的正常运行性,以保证顶升过程中的正常进行。监测设备为顶升系统的配套设备,主要为压力传感器、位移传感器、百分表等。位移传感器的安装应注意安装位置必须在千斤顶位置附近梁底,最近的距离控制以真实反映顶升过程中的位移情况,并安装百分表作为位移铺助控制和纠偏。压力传感器的安装应保证配套安装,真实反映千斤顶所承受的压力数值,同时应在梁底板安装百分表作为辅助位移控制和纠正控制措施。
  4、 预顶升
  整体顶升更换桥梁支座对顶升过程中千斤顶操作的同步性要求较高。一般要求千斤顶顶升高度差≤2ram,否则会由于千斤顶反力不均在梁体控制截面产生较大应力而导致梁体结构受到损伤。采用位移和压力双控的自动同步顶升方法,位移传感器采集位移,压力传感器采集压力,结合数据软件分析处理等控制系统可保证工程精度和安全。
  5、 正式顶升
  按预设荷载进行加载和顶升,在开始顶升过程中,所有超薄千斤顶均在PLC系统的同步控制下,并配合精加工钢垫块,故可以克服因千斤顶行程短而需多次托垫存在的风险。顶升后,梁体坡度发生变化,为避免顶升过程中桥梁产生水平位移,设置限位装置。限位分纵、横向限位。限位装置为三角形牛腿的形式,通过植筋的方法植入台身正面和两侧挡块的位置。全桥同时顶升到位。施工中由于受千斤顶行程限制,一般分多次顶升完成到位,如每顶一次上升15cm,然后均在靠千斤顶外及时塞入钢板和预制垫块防止回落,再倒一次千斤顶后进行第二次的循环,如此多次往复将梁体顶升到位。最大顶升速度1Omm/min。
   6、同步实施监控
  每一轮顶升完成后,对计算机显示的各油缸的位移和千斤顶的压力情况,随时整理分析;对顶升的支架体系和地基承载情况进行检查,对梁板变化情况进行观测,如有异常,及时处理后才能进入下一行程。顶升过程中,应做好如下各项监控。力的监控:实时监测千斤顶的实际承载力,当同一台处千斤顶的实际顶升力与理论顶升力相差5%时,须停止顶升,检查分析原因,待问题解决后方可继续顶升。位移监控:在台顶部位设置位移传感器,顶升过程中,设置专人对各个百分表数据进行实时监控,若发现两桥台处的位移差超过2mm,立即停止顶升。实时监控台顶处的竖向位移,根据各点处的位移对千斤顶进行调整,以保证顶升的顺利完成。同时利用同步顶升系统自带的位移监控功能,实时监控各千斤顶间的顶升位移,各千斤顶间的位移差不能超过2mm。桥面高程监控:在桥台及跨中部位设置高程测点,每顶升一个行程,利用精密水准仪对各点进行高程测量,要求各台顶间的竖向位移差不大于2ram,否则停止顶升。
  7 、临时支撑垫块的放置
  每一次顶升,及时塞人钢板和预制垫块,做好临时支撑。临时支撑面积应经局部承压计算,并不小于支座面积的1.2倍。临时支撑下端在安装时与台帽固结,上端应与梁体密贴,防止回落。临时支撑垫块采用钢筋混凝土预制垫块,垫块两侧预留钢筋,以便相邻垫块间连成整体结构。临时支撑的放置位置应考虑新支座垫石的安装宽度,留出足够安装对应的支座垫石安装宽度。
  8、 落梁
  全桥顶升到位后,再超顶5cm-10cm,将支座垫石位置处,凿除干净,铺设一定厚度的水泥砂浆,置入按设计要求预制的钢筋混凝土垫石,一般每片梁下1~2块。落梁程序与顶升程序相反,应严格执行其程序,做好落梁前各种准备:支座垫石调平、达到设计强度要求、安装新支座等,确认所有临时支撑已拆除,支座安放准确,核实各顶升参数。落至支点承载以后应注意位移和压力传感器所示数据,各台减速是否一致,位移变化是否一致,相差过大时应找出原因处理后重新落梁。
  9 、台帽接高
  落梁到位后,进行台帽接高段鋼筋绑扎、模板支立和混凝土的浇筑,利用钢筋网片将垫石与原台帽连接成整体,接高前对原盖梁顶面进行凿毛处理,以便新老混凝土的连接。
  桥梁顶升施工充分地保证了桥梁在顶升过程中的整体受力,对应梁体不存在任何的损坏,使整个顶升过程在结构安全和操作安全上得到了更充分的保障。桥梁整体顶升相对于拆除重建新桥更经济、快速、安全可靠,对航道和公路运输影响小,对环境的污染少。
  四、桥梁顶升方式分析
  1、直接顶升法
  桥梁的直接顶升法,是梁底与盖梁顶部有足够的空间高度的情况下,将千斤顶直接安装在梁底与箱梁的空间内,以原结构的盖梁作为反力基础,实施桥体的同步顶升。运用直接顶升法顶升时,安装此千斤顶前,将安装千斤顶的范围内的混凝土面打磨平整。对盖梁的顶面铺垫长度大于顶升千斤顶直径2倍的方形钢板作为整体顶升千斤顶的下支撑点,防止由于应力集中造成梁底混凝土损伤,在保持整个千斤顶群体同平面的同时,合理分散桥体顶升时的局部应力。根据梁底与盖梁底的空间高度,选择千斤顶顶部垫块,并在混凝土块与千斤顶顶部接触位置预垫钢板,保证混凝土的均匀受力。
  桥体同步顶升后,桥墩及时加垫垫块并用高强膨胀水泥进行处理,并按照结构的要求调整各部位高差,调整工作完成后进行千斤顶顶升系统的同步卸载。桥梁的直接顶升法为无支架施工,操作比较简便,工期较短、施工成本较低、安全易操作。虽安装空间小,顶升高度有限,但通常是桥梁顶升中的首选顶升方法。
  2、辅助牛腿式顶升
  当箱梁或梁板底部与盖梁顶部没有足够的高度空间,桥墩位于水中或者桥墩较高的桥梁,在桥梁的底部无法搭设顶升反力支架或搭设成本费用较高,桥下地面未做过硬化处理或地面不适宜做硬化处理的情况等情况下,可考虑选用辅助牛腿式顶升法进行顶升。
  辅助牛腿式顶升法,是直接在台帽或台身立面上植入化学锚栓,安装钢牛腿作为千斤顶顶升的反力架与千斤顶共同构建成钢牛腿—千斤顶顶升体系,通过调试后直接顶升梁板的顶升方式。该方法首先用模板确定安装钢牛腿的位置,保证牛腿承压面与梁底的高度足够安装顶升千斤顶。研究老桥病害检测报告,确定植入化学锚栓打孔的位置时,尽量避开部分盖梁沿横桥向在正负弯矩较大的部位存在不同长度的竖向裂缝,以免出现承载力大幅折损的情况,留下安全隐患。
  在实际的应用过程中可结合实际的桥梁情况合理变化方案,如对中型、大型桥梁,在盖梁安装抗剪螺栓,安装钢结构牛腿,为顶升千斤顶提供反力,进行桥梁的同步顶升,完成顶升后拆除钢牛腿,对植入的钢筋进行切割,用水泥砂浆抹面。对小跨度桥梁,因其承受的顶升荷载较少,可直接做钢结构牛腿,干挂在盖梁上承载顶升反力。
  桥梁的辅助牛腿式顶升法操作技术要求高,其对抗剪螺栓的要求较高,因此在螺栓的选择及植入施工过程中要求较为严格,施工前必须进行螺栓抗剪性能实验,螺栓植入完成后需要进行严格的检验,检验合格后方可进行下一步工序。与直接顶升法相比,其工期相对较长、施工成本相对低廉,其钢牛腿可回收应用于下一工程,因此在实际桥梁现场复杂的情况下可选择辅助牛腿式顶升的施工方法。
  3、辅助分配梁式顶升
  辅助分配梁式顶升,是利用桥墩承台或桥下地面作为反力基础,安装钢支撑、千斤顶并在梁底横桥向安装分配梁,构建钢支撑——千斤顶顶升体系,对桥梁进行顶升的方法。如图2-3所示。在桥梁底部地基承载力良好的前提下,对基础直接进行处理,安装钢管支撑进行桥梁的顶升。在顶升过程当中,钢支撑基础采用枕木、混凝土块等构件,临时基础要有足够的刚度,以保证顶升过程中不会发生突然的下陷[3]。安装钢支撑时要严格控制其垂直度不超过2%,防止在顶升时出现失稳的情况。
  辅助分配梁式顶升法施工过程中,顶升系统随着顶升梁的升高而增高,其对分配梁的强度、刚度和稳定性有较高要求,要做到随时监测,防止顶升过程中顶升系统的失稳倒塌。与前两种顶升法相比法,辅助分配梁式顶升法施工工期较长,支架安装拆卸费用较高。在实际工程实践中通常现场施工条件苛刻,在无法选择直接顶升法与辅助牛腿式顶升方式的情况下,选择辅助分配梁式顶升法进行整个桥梁体系的顶升。
  五、结束语
  对桥梁进行整体顶升施工,不仅可以缩短工期,减少对交通道路的影响;又可以节省大量资金,带来良好的社会效益和经济效益。所以,对于桥梁建筑工人,一定要好好掌握桥梁整体顶升施工技术。
  参考文献:
  [1]侯顺川.桥梁改造工程中同步顶升技术应用及控制重点的应用[J].山西建筑,2010(15).
  [2]《公路桥梁顶升技术》,李吉林,2002年。
  [3]《整体顶升或托降公路桥梁上部结构施工技术》,汪哲荪,2008年。
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