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预应力连续箱梁桥整体同步顶升施工工艺

0 引言 

桥梁顶升技术是利用千斤顶及其辅助设备,在不改变之前桥 梁的整体形态前提下,将桥梁顺利安全地顶起升高至设计高度的 一种较为新型的桥梁改造纠偏的技术。桥梁顶升对技术要求比 较高,施工的每一个环节都十分关键。一般可以按顶升所采取的 方式,划分为分段顶升与整体顶升两种形式。如果按照反力作用 的位置可以将顶升技术划分为直接顶升和断墩顶升。 


1 工程概况 

新建青荣城际铁路于DK94+515.8(K55+475.74)处下穿既 有蓝烟铁路公铁立交工程,与既有铁路线问距为41 m。既有立交 桥及其引道总长566 m,其中上跨蓝烟铁路的立交工程主桥采用 (23+35+23)m预应力连续箱梁,墩台斜交角度为47。,桥面总宽 12 m,梁高1.6 m,设计桥上路面纵坡3% ,竖曲线半径1 350 m,平 面线形为直线。 根据新设计道路线形主跨(23+35+23)m预应力连续箱梁 四个墩台处整体顶升0.1 m一0.8 in不等,下部结构桥墩接高,桥 台局部拆除后加高;重新浇筑支座垫石,以垫石高度变化来调整 纵横坡度。 


2 顶升总体施工方案 

本工程利用原有墩台基础作为顶升反力基础实施箱梁顶升 作业,为了避免行车对施工的影响,1号、2号墩的千斤顶支撑系 统尽量布置在墩柱之间,远离行车道。 本工程采用一套同步顶升系统和一套同步跟随系统,在列车 正常运营、桥梁交通封闭的情况下,采用全联同步顶升的方案,要 点如下: 

1)在每个桥墩布置4台500 t的顶升千斤顶和4台500 t的 机械跟随顶;在每个桥台位置布置4台500 t的顶升千斤顶和3台 500 t的机械跟随顶;

2)桥台位置的顶升千斤顶、跟随顶布置在箱 梁端横梁底部,桥墩位置的顶升千斤顶、跟随顶直接吊放在箱梁 中横梁底下方;

3)所有的顶升千斤顶通过PLC液压同步顶升系统 进行控制,本工程拟定采用分阶段顶升:第一阶段整联同时按比 例调坡顶升,各墩台顶升高度均为10 mm;第二阶段整体按照设 计的顶升值分阶段进行旋转顶升;

4)顶升完成后按设计要求开始 墩柱接高,同时在既有墩台基础上直接浇筑加高部分台身、台帽 以及背墙、侧墙;

5)对原有的支座进行更换改造,箱梁底板纵坡的 变化通过楔形钢板进行调整;

6)结构改造工作完成并达到设计强 度进行落梁。 


3 桥梁顶升主要工序及施工工艺 

1)梁底粘贴碳纤维布。基层表面的牢固、清洁、平整程度以 及基层的含水率和碱性等是影响涂装及粘贴碳纤维布工程质量 的关键。对需要粘贴纤维布的梁底混凝土表面进行全面打磨清 理,基层含水率要求小于10% 。 打磨范围内涂刷阻锈剂,钢筋表面,混凝土表面等不容易涂 抹到的地方宜分层多次涂抹;但树脂涂刷的总厚度不得超过 1 mm。涂刷后应间隔30 min~60 min,基层中气泡清除后,混凝 土表面要求2 m靠尺测量平整度不大于3 mm,且不应留有棱角, 处理完成后将混凝土表面清理干净并使表面干燥。 配制好粘贴树脂,将其均匀涂抹于要粘贴碳纤维布的混凝土 表面上。 按设计要求的尺寸将碳纤维布裁剪好,在指定部位粘贴。 

2)组合钢支撑体系安装。在现有桥梁基础上设置顶升支撑 系统,顾及到下步墩台改造,在支撑系统设置过程中要预留充分 的桥梁墩台改造施工空间,有利于后续施工。 由钢管支撑、临时垫块、预埋件等构件构成钢托架体系。支 撑体系的立杆采用+609×16 mm钢管,临时垫块采用 00× 12 lain钢管,选用槽钢和角钢作为剪刀撑与平联材料和立杆焊接。 桥台处通过植入M20钢螺杆将钢板与台身粘贴固定,通过连 接板将粘贴后的钢板与钢管焊接;桥墩处钢管底部与粘贴在基础 面上的钢板焊接,每根钢管支撑下部通过植入锚栓与基础混凝土 相接。通过法兰螺栓将上下两节钢管支撑连接,每隔2.5 m通过 平联及剪刀撑将立杆连接组成格构柱,保证结构整体的稳定性。 在钢箱垫块上放置随动顶,用钢筋将上下垫块焊接连接起来。 

3)临时垫块。在顶升时千斤顶与钢管支撑之间的临时支撑 结构称临时垫块,临时垫块采用+500×12 mm的钢管,将带有 12个+20 mm螺栓孔的法兰盘分别焊接于钢管两端。临时垫块 按10 cm,20 em,40 cm,100 cm四种高度配置,以适应千斤顶的行 程(见图1)。 

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4)纵横向限位装置。在桥梁顶升时,由于施工过程中产生的 误差会使梁体在纵桥向及横桥向发生偏移,为保证桥梁结构的安 全及连续梁的整体线形,须在纵桥向及横桥向设置必要的限位装 置,将钢结构制作的纵向及横向限位装置分别设置在连续梁两端 头的桥墩(台)处。 

5)顶升千斤顶的布置。顶升千斤顶根据顶升吨位,本工程采 用顶力为500 t的液压千斤顶。千斤顶选用顶部球头转角最大可 达3。的带球头可转动液压千斤顶。即使在顶升时存在坡度变化, 千斤顶顶部的球头也可随时保证千斤顶与顶升结构保持垂直,同 时球头的转动也能保证千斤顶与钢支撑结构均匀接触并且不产 生相对位移。同时在顶升千斤顶的旁边布置随动装置,以保证施 工过程安全、可控。 

6)千斤顶安装。为适应顶升过程中坡度及梁长水平投影长 度的变化,确保千斤顶的平面位置和垂直度在可控的范围之内变 化,需采取一定的控制措施。在吊放千斤顶的钢板上沿纵桥向设 置椭圆形螺栓孑L,以使在连续梁顶升时可根据需要沿纵桥向前后 调整千斤顶的位置,椭圆形滑槽长度为150 nlm,分阶段在连续梁顶升过程中调整顶升千斤顶的位置。为适应连续梁顶升时坡度 的变化,防止钢支撑和顶升千斤顶承受较大的水平力,在连续梁 顶升时在箱梁和千斤顶之间分次设楔形钢板。根据各墩台连续粱顶升高度的不同,楔形钢板的坡度也有所不同。 使用膨胀螺丝在梁底布置顶升千斤顶处固定一块钢板,在钻 孑L前为避开原梁底钢筋,应先用钢筋探测仪探测出原梁底钢筋位 置。在梁底已固定好的钢板上根据吊顶钢板槽口位置焊接螺杆, 将吊顶钢板通过焊接的螺杆固定。在吊顶钢板与梁底钢板之间 将楔形钢板按照需要调整的坡度填塞好,确保吊顶钢板始终处于 水平状态。 

7)顶升控制区域划分及监控点的布置。本工程为整幅整体顶升,泵站布置及具体分组如下: 在每个桥墩布置一台泵站,三跨连续箱梁共布置4台泵站, 每台泵站设置两个位移控制点,共计有8个位移控制点。通过数 据总线将整个泵站连接,由一台控制系统控制。 同时在每个桥墩布置一台随动千斤顶泵站,三跨连续箱梁共 布置4台泵站,随动千斤顶泵站各泵站独立工作。 将位移传感器的一端固定在立柱侧面上端梁体上,读数头固 定于立柱上端面。传感器量程为1 000 Bin。 

8)连续梁整体顶升调试。由桥梁工程师和液压工程师确定顶 升系统初始加载并报桥梁顶升施工总指挥,再由控制系统技术员 输入PLC,将控制系统力传感器和位移传感器归零或读取初值。 a.顶升千斤顶的保压试验:在油管、油缸、位移传感器、泵站 操纵台等安装完毕并检查无误后;加压值按计算荷载的80% 控 制,顶升千斤顶油缸的保压试验持续5 h;然后检查整个系统的工 作及油路情况。 b.顶升称重:顶升称重是在顶升前测定每个顶升千斤顶处的 实际荷载值,以保证连续梁顶升过程中顶点顶升同步进行;称重 时在一定的顶升高度内(0.1 mm~2 mm)进行,依据计算好的顶 升荷载,采用逐级加载的方式,通过反复调整各组顶升泵的油压, 使每个顶点的上部荷载与其顶升压力基本保持平衡;将每点的实 测值与理论计算值比较,由结构工程师和液压工程师一起对两者 差异量原因分析,最后由顶升施工领导组确定各点顶升时的基 准值。 

9)连续梁试顶升。在正式顶升之前的试顶升是为了核查和 观测整套桥梁顶升施工系统的工作状态以及对顶升称重结果的 校核。连续梁试顶升的控制高度为10 mm。 试顶升时先加载到理论顶升荷载的80% ,再缓慢加载到确定 各点已经分离,然后顶升到连续梁各顶点处垂直位移10 mm时停 止。待停机10 min后检查桥梁顶升支架和各支顶部位加载点有 没有局压破坏和变形。 

10)连续梁正式顶升。试顶升合格后,便可以进行正式顶升。 本桥为斜交桥,且处在竖曲线上,各千斤顶顶升高度不同。首先 应整体顶升10 cm,然后以3号台梁端为原点进行旋转顶升。 正式顶升按操作程序进行并作好记录。 顶升过程中要实时观测基础沉降、顶升系统垂直度、加固系 统焊接点等。顶升每完成一轮,就对电脑显示的千斤顶压力及各 油缸位移数据进行收集并分析资料;如有异常时,立即解决。完 成对连续梁的顶升并固定后,对各标高观测点进行测量,计算各 顶升观测点的顶升高度,作好工程竣工验收资料。 4 墩、台施工 箱梁顶升到位后即可进行立柱加固工作,拆除随动千斤顶,对 墩柱顶面凿除冲洗干净,墩柱拆除过程中要注意避免对顶升支撑的 扰动。墩、台身加高部分按设计图纸钢筋布置形式进行接高处理。 


5 落梁 

在梁体回落以前,检查支座、垫石的标高是否符合设计要求; 测量梁体回落后梁体与新支座之间的角度并利用楔形钢板进行 调整。落梁时施工方法与顶梁方法相同,只是千斤顶行程相反。 


6 结语 

桥梁顶升技术主要特点是不影响交通,节省投资且工期短, 效果较为显著。青荣城际铁路于DK94+515.8处下穿既有蓝烟 铁路公铁立交改造工程,对于桥梁顶升技术的应用有效的改善了 既有蓝烟铁路的通行条件,缩短了建设周期,收到了很好的社会 效益和经济效益,也为其他同类施工提供了很好的借鉴作用。


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