PLC多点控制液压同步顶升系统

 

由于T梁桥顶升支点处的不均匀沉降对梁体的受力产生较大的影响，因此在整个PLC同步顶升过程中需要保证梁体是在进行刚体位移，各支点的顶升要保持高度同步。PLC多点控制液压同步顶升系统在多个建筑物的移位工程中得以成功运用，可满足本项目的设计要求。

 

PLC多点控制液压同步顶升综合考虑了顶升力和位移的双重因素。液压千斤顶可精确反映出各千斤顶的实际顶力，位移传感器(拉线传感器或光栅尺)可精确地反应出顶升竖向位移。将两者通过系统进行联控，可确保顶力的稳定输出，以达到平稳顶升的目的，同时在某支点位移稍有偏差时，可及时通过系统对相应支点的顶力进行自动调节，确保顶升过程的同步，保证梁体安全。

 

交替顶升方法

 

传统的顶升方法是有两组千斤顶，一组为顶升千斤顶，另一组为随动千斤顶。当顶升千斤顶一次顶升行程到位后，用随动千斤顶进行换撑，待顶升千斤顶收缸并调整标高后再进行下一行程的顶升，如此重复。但这种顶升方法存在的问题是每次用随动千斤顶进行换撑的时候支撑体系都有一个微小的压缩变形，当顶升高度太高的时候这种压缩变形将无法忽略。

 

本次顶升高度为11.181 m，为全国最大顶升高度。因此不能采用传统的顶升方法进行顶升，而是采用交替顶升。交替顶升两组均为顶升千斤顶，分别独立成系统，当一组千斤顶在进行顶升作业时，另一组千斤顶可进行标高调整，待一个顶升行程完成后可立刻开始下一个顶升行程。单个顶升行程为100 mm。

 

交替顶升的缺点是需要同时投入两组顶升千斤顶，施工成本增加较大，且千斤顶出现故障的概率成倍增加。优点是两组千斤顶均为主动对支点施加顶升力，消除了临时支撑压缩变形带来的安全隐患，且施工进度可大大加快。

 

施工监控

 

T梁桥顶升桥梁顶升是一项要求精细的施工作业，并且整个过程处于动态。因此，为了保证梁体的安全和整个顶升过程中的梁体线形符合设计要求，需要独立的第三方监控单位对梁体的位移和应力数据进行实时监控，与施工单位的位移数据进行相互校核。

 

通过对既有结构建模计算，对顶升过程中的位移偏差和应力变化设置预警值和极限值。达到预警值时需实时下达监控指令对偏差较大的千斤顶进行加压或卸载以将偏差调整回预警值以下。达到极限值时需实时下达监控指令停止所有千斤顶的工作，进行逐一排查，找出原因后调整到预警值以下，再进行未完成的顶升工作。

 

控制指标

 

根据建模计算结果以及参照相关规范要求，对既有梁体制定了以下位移偏差以及应力变化幅值的控制指标:

 

(1)PLC同步顶升施工最终目标是成桥后桥面设计标高与桥面实际标高误差控制在±5.0 mm以内，横桥向控制在±2.0 mm以内。

 

(2)PLC同步顶升过程中，纵桥向墩柱之间的沉降差预警值为3.5mm，极限值为5.0 mm。

 

(3)PLC同步顶升过程中，T梁桥顶升附加应力预警值为1.0 MPa，极限值为1.5 MPa;过程中不出现新的裂缝，原有裂缝宽度无明显增大。

 

 

桥梁盆式支座更换技术

 

1、 盆式支座更换同步顶升支座更换

 

2. 1 概述

 

1） 盆式支座更换同步顶升支座更换施工应符合《公路桥梁加固施工技术规范》（JTG/J23-2008）的相关规定， 新支座的构造应符合设计要求及相关行业规定。

 

2）根据施工图设计文件确定需要更换的支座，并作出标记；

 

3） 盆式支座进场后，应检查支座上是否有制造商的商标或永久性标记，安装时应按照设计图纸要求，保证支座准确就位；

 

4）桥梁顶升工具采用同步油压千斤顶，泵站内主要元配件为德国进口西门子品牌，在施工前对千斤顶进行标定。千斤顶的个数和型号根据所采用的顶升措施和上部结构的重量选取，同时要充分考虑结构在顶升中出现的传力不均匀现象，应保证千斤顶的顶起吨位≮2. 0 倍的安全储备系数并满足施工规范的要求。千斤顶的使用选型根据施工现场桥梁结构实际情况选择千斤顶型号和配备数量；

 

5）油压千斤顶应确保油路良好，各串联千斤顶油压均匀，工作状态正常，以免在施工过程中出现不均匀顶升；

 

6）对支架顶升平台应进行清洁及打磨处理，以保证放置顶升设备位置干净、无浮尘、平衡。

 

7）千斤顶不宜受偏压力，应在千斤顶上部加设调平钢板，使千斤顶垂直受力，避免因偏压导致下降落梁的同步差异性，同时也能有效防止梁板局部受压过大。为保证安全，选用千斤顶应具有优秀的自锁功能，防止泄露而发生事故。

 

8）盆式支座更换同步顶升支座更换在正式顶升前应进行试顶，来消除支撑本身的非弹性变形，以便检查各个顶升设备的同步性、稳定性、稳定性和梁板的完好性。确认一切正常后，方可正式开始顶升。

 

9）盆式支座更换同步顶升支座更换梁体顶升采用梁体位移与顶力双控制，以梁体位移为主要控制指标。当油表显示千斤顶超过了计算顶力或百分表显示梁体出现异常位移时，则立即停止加压，查明原因后再进行梁体顶升工作。顶升总行程以所有支座和梁体分离为标准，并且控制在计算允许的范围内，分几次完成，每次顶升约2mm。每级顶升到位后，暂停5min让梁体内的内力释放达到新的平衡后再进行下一级的顶升。顶升过程中，对主梁进行监测，观察裂缝有无异常变化，应确保在施工中均匀顶升，一旦出现异常现象，应立即停止顶升，查明原因，确保施工安全。盆式支座更换同步顶升支座更换的过程中，需要对桥梁结构的各个主要受力部位进行监控，以保证更换过程中的安全可控制。

 

10）更换完毕并检查各支座准确到位后，方可开始同步落梁。

 

11）落梁完毕后，必须仔细检查支座有没有脱空现象，如有，则重新顶升，加垫薄钢板进行处理。

 

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2. 2 具体方案

 

为了方便放置顶升梁体所需的千斤顶，对墩柱上半部采取钢抱箍的方式搭设顶升平台。钢抱箍采用两块半圆弧型Q345钢板（板厚 t=20mm）制成，抱箍高2m,采用40根10. 9级M24 高强螺栓连接。抱箍紧箍在墩柱上产生摩擦力提供上部结构的支承反力，是主要的支承受力结构。首先在墩柱上部高2m范围内包裹三层碳纤维布，为了提高柱与抱箍间的摩擦力，同时对墩柱混凝土面保护，在碳纤维布与抱箍之间设一层5mm厚的橡胶垫，然后安装钢抱箍。钢牛腿为Q345□1860×500×10×20箱型钢，中间加一道10mm厚竖向加劲肋，沿竖向均匀设置3道10mm厚横向加劲肋。箱型钢牛腿与半圆弧抱箍通过围焊直角焊缝连接，焊脚尺寸为9mm，E50 型焊条，ffw=200N/mm2。抱箍在施工前根据现场和详细原结构设计做专项设计方案，经业主监理认可后施工。

 

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2. 3 盆式支座更换注意事项

 

（1）施工前组织技术人员，对照工地实际，细致复核图纸，发现问题及时与设计单位取得联系，待设计单位确认后，方可进行施工。

 

（2）严格按照有关工程施工规范和设计要求施工。

 

（3）钢抱箍制作必须准确， 使其周长小于墩身周长 10cm。

 

（4）在20号桥墩墩身先包裹三层碳纤维布， 再垫 5mm 厚橡胶。

 

（5） 用10. 9级M24高强螺栓将两片钢抱箍紧固于墩身上，应保证螺栓的预拉力达 225kN。

 

（6）为了不影响美观，钢抱箍在施工之后拆除，在施工过程中应注意保持墩身的完整。

 

2. 4 盆式支座更换同步顶升支座更换施工工艺流程概况图。

 

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T梁桥顶升盆式支座更换同步顶升支座更换具体施工步骤为：主要机具材料及人员进场准备→牛腿处顶升支架的搭设、钢抱箍安装→施工平台搭设→临时设施搭设及水电引接→顶升支架、钢抱箍安装检查→顶升梁体处安装千分表监控梁体位移→千斤顶级垫板安装、对中→分级同步加压顶举梁幅到位→边顶升边调整手动千斤顶以临时支撑梁体→取出原支座并清理支座垫石和不锈钢板→更换新支座并就位→分级卸压同步落梁→支座更换完成。

 

2. 4. 1 施工准备：

 

1. 施工材料及施工机具就位；

 

2. 搭设施工平台；

 

3. 查看现场情况，接触影响施工的所有约束结构。检查桥墩顶面及箱梁底面，尤其是需要搁置千斤顶和支撑垫块处。要求此处混凝土面无破损，平整。

 

4. 安装千分表，监控施工过程中梁体纵向、横向、竖向位移变化情况，确保整个施工过程处于监控状态，以保障T梁桥顶升结构的安全以及人身安全。

 

5. 落实施工荷载，选配施工设备；

 

6. 检查机具，新支座的规格型号及数量，施工人员组成，交通管制、动力、信号系统，以及施工辅料等是否齐备；具体落实模拟演习的场地；

 

7. 模拟演习，检查设备性能，修正施工参数，熟悉施工操作，检验施工方案，校正施工细节。

 

2. 4. 2 盆式支座更换同步顶升支座更换

 

1. 安放千斤顶，要求千斤顶必须安放平稳竖直。

 

2. T梁桥顶升时，要求每个千斤顶的顶升速度均匀，顶升过程中，控制好相互的协调性、按一定的阶梯高度顶升。

 

3. 保护措施。在T梁桥顶升时，在梁端与支架顶面间垫临时支撑，临时支撑建议采用手动千斤顶，边顶升边垫，以防千斤顶因意外事故突然失灵而造成主梁损坏或人员伤亡。

 

4. 盆式支座更换同步顶升支座更换

 

（1） T梁桥顶升后取出支座，并将支座附近建筑垃圾清除；

 

（2） 根据施工现场确定支座高度，工厂定制支座，然后安装中间位置支座；

 

（3） 根据施工现场及中间支座反复调试后确定两边支座高度，工厂定制支座后安装；

 

（4） 安装后三块支座应处于同一受力面上。

 

5. 落梁。落梁时要步调一致，随抽垫板随落梁，直至梁体就位为止。

 

支座安装实测项目表：

 

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2. 4. 3 盆式支座更换同步顶升设备要求

 

为了确保顶升过程中各顶升点处的位移同步，真正实现同步顶升，液压顶升设备以及同步控制系统至少能够做到每个墩柱处的千斤顶顶升力能够单独调控而不受其他墩柱处千斤顶调控的影响；并且要求同步控制系统能够做到位移同步、千斤顶油压自动调节。位移同步的控制精度设计要求为1mm。千斤顶应采用薄型扁千斤顶，在每个墩柱处设四个千斤顶时，千斤顶吨位不小于150吨，行程不足时可通过表面平整的钢垫板、薄钢板调整。在千斤顶附近设钢辅助支撑，由千斤顶主要承力、辅助支撑辅助承力。由于墩柱加固、柱顶及梁底楔形块维修、支座拆换、挡块改造等施工需要较长时间，为确保箱梁在施工期间的受力安全，要求千斤顶、辅助支撑均具备长时间稳定性。千斤顶在整个持荷施工期间应保证有一定的油压， 避免完全卸除。通过千斤顶、辅助支撑的协同工作，确保整个持荷施工过程中支撑系统的稳定和箱梁的受力安全。在分析了现场条件、结构受力特点、施工可行性等因素后，可直接在台帽、墩帽顶面设置千斤顶和辅助支撑等设备进行竖向顶升。

 

对于各联的中间桥墩，因墩柱顶面平面空间不足，无法直接安置千斤顶等设备，在经对抱箍托架法顶升和支架法顶升两种方案进行对比分析后，可采用抱箍托架法顶升方案。相对于支架法顶升方案，该方案具有如下优势：

 

①托架支撑体系不受原墩柱高度限制，且规格易于统一、方便在工厂内制作，钢板平整度、 焊接质量容易保证，并可加快施工进度；

 

②无需开挖地基，且不受地下水、地表水的影响，支撑体系稳定、可靠；

 

③墩柱伸入匝道路基较深时，如采用支架法顶升势必会影响匝道路基的稳定性，而抱箍托架体系可避免这些影响；

 

④抱箍托架体系并结合有效的构造措施，可尽量减小支撑体系的竖向变形，合理利用原墩柱顶的空间，省去竖向支撑钢柱，因此相对较为经济。托架支撑体系通过套箍与墩柱四周侧面挤压产生的压力并借助于摩阻力作用，以及托架顶板与墩柱顶面对顶升设备的竖向支撑作用形成支承系统。对分段安装的套箍施加紧固力，对墩柱形成四周闭合的垂直径向压力，对原混凝土墩柱起到一定的加固作用。为了确保托架自身受力、变形的稳定，并保证托架与墩柱四周侧面紧贴，采取分三段制作、加力抱合的方式安装。分段之间的接缝应设置在千斤顶、 辅助支撑以外，在接缝处加力收紧。 各段套箍顶板的平整度以及分段接缝处的相对高差控制非常关键，应尽量避免焊接造成的钢板发生过大变形，平整度误差不得超过1mm。根据实际操作净空情况，并考虑到支撑体系的稳定、安全，减小托架竖向变形对竖向同步顶升箱梁的影响，托架的结构和尺寸，但必须保证其强度、刚度和稳定性，经设计、监理和业主同意后进行方可使用。

 

⑤柱顶粘贴碳纤维加固由于柱顶边缘在顶升过程中将承受较大的局部压力作用，根据现场检查情况，墩柱顶面平整度较差甚至存在局部脱空现象，尤其是顶升过程中将承受很大压力的柱顶边缘，存在麻面、凹凸现象，不利于顶升施工。经过现场实测，墩柱截面并不完全为规则圆形，如仅通过钢抱箍环向挤压对柱顶进行加固，墩柱尺寸的不规则性可能会影响加固效果，而且如抱箍制作不当则容易发生局部空鼓和应力集中现象。为了避免柱顶因承受较大压力发生劈裂，以及避免应力集中现象引发的墩柱压碎现象，顶升前先对柱顶采用粘贴碳纤维法进行加固。综合通过碳纤维布和环向包裹抱箍对墩柱顶部进行加固。

 

⑥竖向同步顶升过程中结构安全控制原则箱梁在配重后整体竖向顶起，现有挡块、支座将失去对梁体的位移约束作用，为保证结构安全，根据箱梁已经移位、墩柱倾斜变形的实际情况进行了理论分析，结果表明在恒载状态下箱梁不会发生整体横向变位。因此，设计要求在顶升、持荷以及落梁等施工期间，不得随意在前面堆放物件，对顶升桥跨封闭期桥面交通，避免活载作用影响。现场实施达到以下原则：

 

A、施工过程中顶升里和顶升点位移双控，以顶升点处的箱梁位移为主要控制指标，尤其应严格控制同一墩、台处横向各顶升点处的竖向顶升高差不大于1mm；

 

B、必须进行试顶升以检验各支点处的顶升力量值是否与设计相符，顶升力的总体分配是否正常，应根据试顶升称重的实际情况调整千斤顶布置方式和油路连接方式，同步顶升设备必须具备称重功能；

 

C、根据千斤顶的行程以顶升1mm~2mm作为一个阶段，缓慢、平稳顶升；

 

D、根据实际监测箱梁应力变化和位移情况，在监理和监控监督下进行施工，一旦出现位移超限或其他异常情况时，立即停止施工，及时查找原因。

 

⑦理论顶升力合顶升高度、高差根据以往同类项目的设计经验，为便于各墩、台处原支座取出、垫石与楔形块维修、新支座安装施工，整体顶升高度为5mm。在顶升前做好持荷期间各项改造施工的准备工作、具体实施方案以及预案（尤其考虑千斤顶损坏、油路损坏故障的处置预案），并尽量考虑在现有箱梁与墩柱（台帽）之间的净空范围内完成操作。新支座的压缩变形根据支座厂方提供的资料确定，在整体顶升量控制时应注意预留。

 

考虑箱梁整体顶升过程中会出现各顶升点位移不同步的情况，箱梁竖向顶升过程中，纵桥向相邻墩之间最大容许顶升高差为 3mm，同一墩、台处各顶升点之间的横桥向顶升高差最大不得超过1mm，以确保顶升过程中的箱梁受力安全并且不至因顶升引起箱梁的偏转、平移。

 

⑧钢抱箍托架设计抱箍应分为三块制作（圆弧角为120°），块与块之间采用螺栓锚紧，起到预紧作用。分块连接处，必须设置锚固点半，要求垫板采用20mm厚度钢板，并采用加劲助局部加强，确保支垫刚度。顶板中间的圆孔半径应尽量小，满足同步顶升支座更换操作需要即可，应保证千斤顶，辅助支撑安置时尽量靠近原支座。

 

⑨千斤顶及辅助支撑布置根据托架平台顶面距箱梁底面的净空情况，以及顶升所需要的顶升力、顶升量分析，在每个墩柱上分别采用4个薄形千斤顶进行同步顶升。扁千斤顶厚度在10cm左右，直径为21cm左右。每个墩柱上，在原盆式支座下钢盆的横桥向两侧布置2个千斤顶。千斤顶与托架顶板之间设下钢垫板，下钢垫板紧靠原支座下钢盆边缘布置。辅助支撑每墩柱设4个，安置在千斤顶两侧。为使得千斤顶和辅助支撑能够尽量靠近原支座，增加墩柱的直接受力面，减小托架变形，应在原支座的横桥向两侧采用结构胶对墩柱顶面进行修复、垫高，形成临时垫层，其顶面应调平且与托架顶面相齐平，使千斤顶的下钢垫板可以安置在托架顶板和临时垫层的顶面。因薄形千斤顶本体高度不大，当柱顶与箱梁底面之间净空较大时，需增加下钢垫板的数量，以垫高千斤顶。可采用水平、平整的钢板填塞在钢垫板与千斤顶、辅助支撑之间，但应确保钢板之间紧密贴合无缝隙。

 

由于箱梁底面存在横、纵坡，千斤顶安置前必须对梁底进行调平，可采用结构胶在梁底逐层批嵌、底面找平，然后在调平楔形块与千斤顶、辅助支撑之间放置30mm厚钢垫板。为了保证顶升、持荷期间箱梁在温差作用下有适当的伸缩变形，减少千斤顶所受摩阻力以避免损坏， 设计考虑再千斤顶与上钢垫板之间设四氟滑板，滑板粘贴在上钢垫板的底面。辅助支撑于箱梁的链接构造与千斤顶相同。千斤顶、辅助支撑以及钢垫板安置时，如与梁底原混凝土楔形块位置冲突，可先局部凿除楔形块，然后采用结构胶进行局部找平，再进行安置。千斤顶、辅助支撑的安置位置根据施工操作需要做适当调整。通过桥面内侧配重，可改善上部结构恒载作用下的受力状态，避免墩柱不平衡受力状态。根据原版式橡胶支座、垫石、楔形块所占用的墩帽顶面位置，结合施工操作需要，将千斤顶布置在原支座垫石的内侧，共布置 2 个千斤顶和2个辅助支撑。

 

2. 4. 4 盆式支座更换同步顶升控制要求

 

顶升过程中，应缓慢、分级顶升，并由专人随时在顶升过程中检查支座上、下钢板的脱空情况。当顶升至合适高度后，安置辅助支撑。辅助支撑与箱梁、托架顶面之间放置3cm厚钢垫板。辅助支撑应可以微调高度，且采用机械锁定，防止锁定松动。顶升过程中，严格控制同一桥墩相邻墩柱之间的横桥向顶升高差在1mm之内，纵桥向相邻墩（台）之间的顶升高差在3mm这内。应分阶段进行竖向顶升，以1~2mm为一阶段，缓慢顶升箱梁。箱梁顶升、 持荷、落梁的各个施工阶段中，应采取临时限位措施以限制箱梁的纵桥向位移，并严密关注箱梁的横向位移情况。操作控制界面如下：

 

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2. 4. 5 落梁

 

T梁桥顶升落梁过程的施工要求、安全控制指标与顶升相同。落梁前，应先微量顶升以卸除辅助支撑， 再同步进行千斤顶回油，直至落梁。落梁过程中，严格控制同一桥墩相邻顶升点之间的顶升高差在1mm之内，纵桥向相邻墩之间的顶升高差在3mm之内。为了确保落梁后同各墩柱处支座受力均匀、符合设计要求，落梁前应对各墩柱处支座垫石顶面至上钢板底面的净空进行测量，以确保各墩柱处净空差异在1mm之内。

 

2. 4. 6 箱梁竖向顶升过程监控要求

 

虽然顶升采用同步控制系统， 但由于实际支反力和理论支反力的差异以及其他因素的影响， 顶升和落梁过程中仍会在机构内产生附加内力。 为确保结构安全和施工安全， 以及保障施工质量和加固改造效果， 应在箱梁竖向顶升过程进行施工监控。 对梁体控制截面的位移、 混凝土应变、 裂缝进行监测， 为同步控制提供准确的量化依据， 发布施工指令。 施工监控采用位移、 应力双控的原则， 以位移监控为主。

 

①位移监控

 

在各跨箱梁底板各个竖向顶升点处设置位移计， 顶升、 落梁过程中通过位移计读数监测箱梁位移， 并监测各个顶升点处的横桥向、 纵桥向位移差， 严格控制箱梁弯曲、 扭转变形； 在各墩处横向设置位移， 以监测顶升过程中箱梁的复位情况， 必要时根据位移监控情况对顶升工艺流程作出调整。

 

②梁体变形监测

 

顶升过程以及持荷施工过程中， 由于箱梁处在双向纵坡以及圆曲线上， 桥面超高横坡明显， 顶升后完全由千斤顶与辅助支撑承担恒载， 在温度以及纵坡、 超高横坡影响下， 梁体存在变位， 伸缩缝变形， 并造成落梁后支座中心线偏离原设计位置， 不利于结构受力及变形。竖向顶升完成后， 固定支座处位移约束解除时， 应监测梁体和墩柱的横向变形回复情况。 因此， 在顶升、 持荷以及落梁的各个阶段， 应采取措施对梁体变为进行监测。 如变位过大， 应及时预警， 并采取相关对策。

 

③箱梁控制截面混凝土应变监测

 

混凝土应变监控主要是在顶升、 持荷以及回落过程中对受力关键截面（如顶升点、 跨中截面） 进行监测， 将实测应变数据与理论计算数据相比较。 如果施工过程中出现实测与理论差异较大的情况， 立即停止施工， 查找原因并及时调整。