PLC多點控制液壓同步頂升系統

 

由于T梁橋頂升支點處的不均勻沉降對梁體的受力產生較大的影響，因此在整個PLC同步頂升過程中需要保證梁體是在進行剛體位移，各支點的頂升要保持高度同步。PLC多點控制液壓同步頂升系統在多個建筑物的移位工程中得以成功運用，可滿足本項目的設計要求。

 

PLC多點控制液壓同步頂升綜合考慮了頂升力和位移的雙重因素。液壓千斤頂可精確反映出各千斤頂的實際頂力，位移傳感器(拉線傳感器或光柵尺)可精確地反應出頂升豎向位移。將兩者通過系統進行聯控，可確保頂力的穩定輸出，以達到平穩頂升的目的，同時在某支點位移稍有偏差時，可及時通過系統對相應支點的頂力進行自動調節，確保頂升過程的同步，保證梁體安全。

 

交替頂升方法

 

傳統的頂升方法是有兩組千斤頂，一組為頂升千斤頂，另一組為隨動千斤頂。當頂升千斤頂一次頂升行程到位后，用隨動千斤頂進行換撐，待頂升千斤頂收缸并調整標高后再進行下一行程的頂升，如此重復。但這種頂升方法存在的問題是每次用隨動千斤頂進行換撐的時候支撐體系都有一個微小的壓縮變形，當頂升高度太高的時候這種壓縮變形將無法忽略。

 

本次頂升高度為11.181 m，為全國最大頂升高度。因此不能采用傳統的頂升方法進行頂升，而是采用交替頂升。交替頂升兩組均為頂升千斤頂，分別獨立成系統，當一組千斤頂在進行頂升作業時，另一組千斤頂可進行標高調整，待一個頂升行程完成后可立刻開始下一個頂升行程。單個頂升行程為100 mm。

 

交替頂升的缺點是需要同時投入兩組頂升千斤頂，施工成本增加較大，且千斤頂出現故障的概率成倍增加。優點是兩組千斤頂均為主動對支點施加頂升力，消除了臨時支撐壓縮變形帶來的安全隱患，且施工進度可大大加快。

 

施工監控

 

T梁橋頂升橋梁頂升是一項要求精細的施工作業，并且整個過程處于動態。因此，為了保證梁體的安全和整個頂升過程中的梁體線形符合設計要求，需要獨立的第三方監控單位對梁體的位移和應力數據進行實時監控，與施工單位的位移數據進行相互校核。

 

通過對既有結構建模計算，對頂升過程中的位移偏差和應力變化設置預警值和極限值。達到預警值時需實時下達監控指令對偏差較大的千斤頂進行加壓或卸載以將偏差調整回預警值以下。達到極限值時需實時下達監控指令停止所有千斤頂的工作，進行逐一排查，找出原因后調整到預警值以下，再進行未完成的頂升工作。

 

控制指標

 

根據建模計算結果以及參照相關規范要求，對既有梁體制定了以下位移偏差以及應力變化幅值的控制指標:

 

(1)PLC同步頂升施工最終目標是成橋后橋面設計標高與橋面實際標高誤差控制在±5.0 mm以內，橫橋向控制在±2.0 mm以內。

 

(2)PLC同步頂升過程中，縱橋向墩柱之間的沉降差預警值為3.5mm，極限值為5.0 mm。

 

(3)PLC同步頂升過程中，T梁橋頂升附加應力預警值為1.0 MPa，極限值為1.5 MPa;過程中不出現新的裂縫，原有裂縫寬度無明顯增大。

 

 

橋梁盆式支座更換技術

 

1、 盆式支座更換同步頂升支座更換

 

2. 1 概述

 

1） 盆式支座更換同步頂升支座更換施工應符合《公路橋梁加固施工技術規范》（JTG/J23-2008）的相關規定， 新支座的構造應符合設計要求及相關行業規定。

 

2）根據施工圖設計文件確定需要更換的支座，并作出標記；

 

3） 盆式支座進場后，應檢查支座上是否有制造商的商標或永久性標記，安裝時應按照設計圖紙要求，保證支座準確就位；

 

4）橋梁頂升工具采用同步油壓千斤頂，泵站內主要元配件為德國進口西門子品牌，在施工前對千斤頂進行標定。千斤頂的個數和型號根據所采用的頂升措施和上部結構的重量選取，同時要充分考慮結構在頂升中出現的傳力不均勻現象，應保證千斤頂的頂起噸位≮2. 0 倍的安全儲備系數并滿足施工規范的要求。千斤頂的使用選型根據施工現場橋梁結構實際情況選擇千斤頂型號和配備數量；

 

5）油壓千斤頂應確保油路良好，各串聯千斤頂油壓均勻，工作狀態正常，以免在施工過程中出現不均勻頂升；

 

6）對支架頂升平臺應進行清潔及打磨處理，以保證放置頂升設備位置干凈、無浮塵、平衡。

 

7）千斤頂不宜受偏壓力，應在千斤頂上部加設調平鋼板，使千斤頂垂直受力，避免因偏壓導致下降落梁的同步差異性，同時也能有效防止梁板局部受壓過大。為保證安全，選用千斤頂應具有優秀的自鎖功能，防止泄露而發生事故。

 

8）盆式支座更換同步頂升支座更換在正式頂升前應進行試頂，來消除支撐本身的非彈性變形，以便檢查各個頂升設備的同步性、穩定性、穩定性和梁板的完好性。確認一切正常后，方可正式開始頂升。

 

9）盆式支座更換同步頂升支座更換梁體頂升采用梁體位移與頂力雙控制，以梁體位移為主要控制指標。當油表顯示千斤頂超過了計算頂力或百分表顯示梁體出現異常位移時，則立即停止加壓，查明原因后再進行梁體頂升工作。頂升總行程以所有支座和梁體分離為標準，并且控制在計算允許的范圍內，分幾次完成，每次頂升約2mm。每級頂升到位后，暫停5min讓梁體內的內力釋放達到新的平衡后再進行下一級的頂升。頂升過程中，對主梁進行監測，觀察裂縫有無異常變化，應確保在施工中均勻頂升，一旦出現異常現象，應立即停止頂升，查明原因，確保施工安全。盆式支座更換同步頂升支座更換的過程中，需要對橋梁結構的各個主要受力部位進行監控，以保證更換過程中的安全可控制。

 

10）更換完畢并檢查各支座準確到位后，方可開始同步落梁。

 

11）落梁完畢后，必須仔細檢查支座有沒有脫空現象，如有，則重新頂升，加墊薄鋼板進行處理。

 

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2. 2 具體方案

 

為了方便放置頂升梁體所需的千斤頂，對墩柱上半部采取鋼抱箍的方式搭設頂升平臺。鋼抱箍采用兩塊半圓弧型Q345鋼板（板厚 t=20mm）制成，抱箍高2m,采用40根10. 9級M24 高強螺栓連接。抱箍緊箍在墩柱上產生摩擦力提供上部結構的支承反力，是主要的支承受力結構。首先在墩柱上部高2m范圍內包裹三層碳纖維布，為了提高柱與抱箍間的摩擦力，同時對墩柱混凝土面保護，在碳纖維布與抱箍之間設一層5mm厚的橡膠墊，然后安裝鋼抱箍。鋼牛腿為Q345□1860×500×10×20箱型鋼，中間加一道10mm厚豎向加勁肋，沿豎向均勻設置3道10mm厚橫向加勁肋。箱型鋼牛腿與半圓弧抱箍通過圍焊直角焊縫連接，焊腳尺寸為9mm，E50 型焊條，ffw=200N/mm2。抱箍在施工前根據現場和詳細原結構設計做專項設計方案，經業主監理認可后施工。

 

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2. 3 盆式支座更換注意事項

 

（1）施工前組織技術人員，對照工地實際，細致復核圖紙，發現問題及時與設計單位取得聯系，待設計單位確認后，方可進行施工。

 

（2）嚴格按照有關工程施工規范和設計要求施工。

 

（3）鋼抱箍制作必須準確， 使其周長小于墩身周長 10cm。

 

（4）在20號橋墩墩身先包裹三層碳纖維布， 再墊 5mm 厚橡膠。

 

（5） 用10. 9級M24高強螺栓將兩片鋼抱箍緊固于墩身上，應保證螺栓的預拉力達 225kN。

 

（6）為了不影響美觀，鋼抱箍在施工之后拆除，在施工過程中應注意保持墩身的完整。

 

2. 4 盆式支座更換同步頂升支座更換施工工藝流程概況圖。

 

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T梁橋頂升盆式支座更換同步頂升支座更換具體施工步驟為：主要機具材料及人員進場準備→牛腿處頂升支架的搭設、鋼抱箍安裝→施工平臺搭設→臨時設施搭設及水電引接→頂升支架、鋼抱箍安裝檢查→頂升梁體處安裝千分表監控梁體位移→千斤頂級墊板安裝、對中→分級同步加壓頂舉梁幅到位→邊頂升邊調整手動千斤頂以臨時支撐梁體→取出原支座并清理支座墊石和不銹鋼板→更換新支座并就位→分級卸壓同步落梁→支座更換完成。

 

2. 4. 1 施工準備：

 

1. 施工材料及施工機具就位；

 

2. 搭設施工平臺；

 

3. 查看現場情況，接觸影響施工的所有約束結構。檢查橋墩頂面及箱梁底面，尤其是需要擱置千斤頂和支撐墊塊處。要求此處混凝土面無破損，平整。

 

4. 安裝千分表，監控施工過程中梁體縱向、橫向、豎向位移變化情況，確保整個施工過程處于監控狀態，以保障T梁橋頂升結構的安全以及人身安全。

 

5. 落實施工荷載，選配施工設備；

 

6. 檢查機具，新支座的規格型號及數量，施工人員組成，交通管制、動力、信號系統，以及施工輔料等是否齊備；具體落實模擬演習的場地；

 

7. 模擬演習，檢查設備性能，修正施工參數，熟悉施工操作，檢驗施工方案，校正施工細節。

 

2. 4. 2 盆式支座更換同步頂升支座更換

 

1. 安放千斤頂，要求千斤頂必須安放平穩豎直。

 

2. T梁橋頂升時，要求每個千斤頂的頂升速度均勻，頂升過程中，控制好相互的協調性、按一定的階梯高度頂升。

 

3. 保護措施。在T梁橋頂升時，在梁端與支架頂面間墊臨時支撐，臨時支撐建議采用手動千斤頂，邊頂升邊墊，以防千斤頂因意外事故突然失靈而造成主梁損壞或人員傷亡。

 

4. 盆式支座更換同步頂升支座更換

 

（1） T梁橋頂升后取出支座，并將支座附近建筑垃圾清除；

 

（2） 根據施工現場確定支座高度，工廠定制支座，然后安裝中間位置支座；

 

（3） 根據施工現場及中間支座反復調試后確定兩邊支座高度，工廠定制支座后安裝；

 

（4） 安裝后三塊支座應處于同一受力面上。

 

5. 落梁。落梁時要步調一致，隨抽墊板隨落梁，直至梁體就位為止。

 

支座安裝實測項目表：

 

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2. 4. 3 盆式支座更換同步頂升設備要求

 

為了確保頂升過程中各頂升點處的位移同步，真正實現同步頂升，液壓頂升設備以及同步控制系統至少能夠做到每個墩柱處的千斤頂頂升力能夠單獨調控而不受其他墩柱處千斤頂調控的影響；并且要求同步控制系統能夠做到位移同步、千斤頂油壓自動調節。位移同步的控制精度設計要求為1mm。千斤頂應采用薄型扁千斤頂，在每個墩柱處設四個千斤頂時，千斤頂噸位不小于150噸，行程不足時可通過表面平整的鋼墊板、薄鋼板調整。在千斤頂附近設鋼輔助支撐，由千斤頂主要承力、輔助支撐輔助承力。由于墩柱加固、柱頂及梁底楔形塊維修、支座拆換、擋塊改造等施工需要較長時間，為確保箱梁在施工期間的受力安全，要求千斤頂、輔助支撐均具備長時間穩定性。千斤頂在整個持荷施工期間應保證有一定的油壓， 避免完全卸除。通過千斤頂、輔助支撐的協同工作，確保整個持荷施工過程中支撐系統的穩定和箱梁的受力安全。在分析了現場條件、結構受力特點、施工可行性等因素后，可直接在臺帽、墩帽頂面設置千斤頂和輔助支撐等設備進行豎向頂升。

 

對于各聯的中間橋墩，因墩柱頂面平面空間不足，無法直接安置千斤頂等設備，在經對抱箍托架法頂升和支架法頂升兩種方案進行對比分析后，可采用抱箍托架法頂升方案。相對于支架法頂升方案，該方案具有如下優勢：

 

①托架支撐體系不受原墩柱高度限制，且規格易于統一、方便在工廠內制作，鋼板平整度、 焊接質量容易保證，并可加快施工進度；

 

②無需開挖地基，且不受地下水、地表水的影響，支撐體系穩定、可靠；

 

③墩柱伸入匝道路基較深時，如采用支架法頂升勢必會影響匝道路基的穩定性，而抱箍托架體系可避免這些影響；

 

④抱箍托架體系并結合有效的構造措施，可盡量減小支撐體系的豎向變形，合理利用原墩柱頂的空間，省去豎向支撐鋼柱，因此相對較為經濟。托架支撐體系通過套箍與墩柱四周側面擠壓產生的壓力并借助于摩阻力作用，以及托架頂板與墩柱頂面對頂升設備的豎向支撐作用形成支承系統。對分段安裝的套箍施加緊固力，對墩柱形成四周閉合的垂直徑向壓力，對原混凝土墩柱起到一定的加固作用。為了確保托架自身受力、變形的穩定，并保證托架與墩柱四周側面緊貼，采取分三段制作、加力抱合的方式安裝。分段之間的接縫應設置在千斤頂、 輔助支撐以外，在接縫處加力收緊。 各段套箍頂板的平整度以及分段接縫處的相對高差控制非常關鍵，應盡量避免焊接造成的鋼板發生過大變形，平整度誤差不得超過1mm。根據實際操作凈空情況，并考慮到支撐體系的穩定、安全，減小托架豎向變形對豎向同步頂升箱梁的影響，托架的結構和尺寸，但必須保證其強度、剛度和穩定性，經設計、監理和業主同意后進行方可使用。

 

⑤柱頂粘貼碳纖維加固由于柱頂邊緣在頂升過程中將承受較大的局部壓力作用，根據現場檢查情況，墩柱頂面平整度較差甚至存在局部脫空現象，尤其是頂升過程中將承受很大壓力的柱頂邊緣，存在麻面、凹凸現象，不利于頂升施工。經過現場實測，墩柱截面并不完全為規則圓形，如僅通過鋼抱箍環向擠壓對柱頂進行加固，墩柱尺寸的不規則性可能會影響加固效果，而且如抱箍制作不當則容易發生局部空鼓和應力集中現象。為了避免柱頂因承受較大壓力發生劈裂，以及避免應力集中現象引發的墩柱壓碎現象，頂升前先對柱頂采用粘貼碳纖維法進行加固。綜合通過碳纖維布和環向包裹抱箍對墩柱頂部進行加固。

 

⑥豎向同步頂升過程中結構安全控制原則箱梁在配重后整體豎向頂起，現有擋塊、支座將失去對梁體的位移約束作用，為保證結構安全，根據箱梁已經移位、墩柱傾斜變形的實際情況進行了理論分析，結果表明在恒載狀態下箱梁不會發生整體橫向變位。因此，設計要求在頂升、持荷以及落梁等施工期間，不得隨意在前面堆放物件，對頂升橋跨封閉期橋面交通，避免活載作用影響。現場實施達到以下原則：

 

A、施工過程中頂升里和頂升點位移雙控，以頂升點處的箱梁位移為主要控制指標，尤其應嚴格控制同一墩、臺處橫向各頂升點處的豎向頂升高差不大于1mm；

 

B、必須進行試頂升以檢驗各支點處的頂升力量值是否與設計相符，頂升力的總體分配是否正常，應根據試頂升稱重的實際情況調整千斤頂布置方式和油路連接方式，同步頂升設備必須具備稱重功能；

 

C、根據千斤頂的行程以頂升1mm~2mm作為一個階段，緩慢、平穩頂升；

 

D、根據實際監測箱梁應力變化和位移情況，在監理和監控監督下進行施工，一旦出現位移超限或其他異常情況時，立即停止施工，及時查找原因。

 

⑦理論頂升力合頂升高度、高差根據以往同類項目的設計經驗，為便于各墩、臺處原支座取出、墊石與楔形塊維修、新支座安裝施工，整體頂升高度為5mm。在頂升前做好持荷期間各項改造施工的準備工作、具體實施方案以及預案（尤其考慮千斤頂損壞、油路損壞故障的處置預案），并盡量考慮在現有箱梁與墩柱（臺帽）之間的凈空范圍內完成操作。新支座的壓縮變形根據支座廠方提供的資料確定，在整體頂升量控制時應注意預留。

 

考慮箱梁整體頂升過程中會出現各頂升點位移不同步的情況，箱梁豎向頂升過程中，縱橋向相鄰墩之間最大容許頂升高差為 3mm，同一墩、臺處各頂升點之間的橫橋向頂升高差最大不得超過1mm，以確保頂升過程中的箱梁受力安全并且不至因頂升引起箱梁的偏轉、平移。

 

⑧鋼抱箍托架設計抱箍應分為三塊制作（圓弧角為120°），塊與塊之間采用螺栓錨緊，起到預緊作用。分塊連接處，必須設置錨固點半，要求墊板采用20mm厚度鋼板，并采用加勁助局部加強，確保支墊剛度。頂板中間的圓孔半徑應盡量小，滿足同步頂升支座更換操作需要即可，應保證千斤頂，輔助支撐安置時盡量靠近原支座。

 

⑨千斤頂及輔助支撐布置根據托架平臺頂面距箱梁底面的凈空情況，以及頂升所需要的頂升力、頂升量分析，在每個墩柱上分別采用4個薄形千斤頂進行同步頂升。扁千斤頂厚度在10cm左右，直徑為21cm左右。每個墩柱上，在原盆式支座下鋼盆的橫橋向兩側布置2個千斤頂。千斤頂與托架頂板之間設下鋼墊板，下鋼墊板緊靠原支座下鋼盆邊緣布置。輔助支撐每墩柱設4個，安置在千斤頂兩側。為使得千斤頂和輔助支撐能夠盡量靠近原支座，增加墩柱的直接受力面，減小托架變形，應在原支座的橫橋向兩側采用結構膠對墩柱頂面進行修復、墊高，形成臨時墊層，其頂面應調平且與托架頂面相齊平，使千斤頂的下鋼墊板可以安置在托架頂板和臨時墊層的頂面。因薄形千斤頂本體高度不大，當柱頂與箱梁底面之間凈空較大時，需增加下鋼墊板的數量，以墊高千斤頂。可采用水平、平整的鋼板填塞在鋼墊板與千斤頂、輔助支撐之間，但應確保鋼板之間緊密貼合無縫隙。

 

由于箱梁底面存在橫、縱坡，千斤頂安置前必須對梁底進行調平，可采用結構膠在梁底逐層批嵌、底面找平，然后在調平楔形塊與千斤頂、輔助支撐之間放置30mm厚鋼墊板。為了保證頂升、持荷期間箱梁在溫差作用下有適當的伸縮變形，減少千斤頂所受摩阻力以避免損壞， 設計考慮再千斤頂與上鋼墊板之間設四氟滑板，滑板粘貼在上鋼墊板的底面。輔助支撐于箱梁的鏈接構造與千斤頂相同。千斤頂、輔助支撐以及鋼墊板安置時，如與梁底原混凝土楔形塊位置沖突，可先局部鑿除楔形塊，然后采用結構膠進行局部找平，再進行安置。千斤頂、輔助支撐的安置位置根據施工操作需要做適當調整。通過橋面內側配重，可改善上部結構恒載作用下的受力狀態，避免墩柱不平衡受力狀態。根據原版式橡膠支座、墊石、楔形塊所占用的墩帽頂面位置，結合施工操作需要，將千斤頂布置在原支座墊石的內側，共布置 2 個千斤頂和2個輔助支撐。

 

2. 4. 4 盆式支座更換同步頂升控制要求

 

頂升過程中，應緩慢、分級頂升，并由專人隨時在頂升過程中檢查支座上、下鋼板的脫空情況。當頂升至合適高度后，安置輔助支撐。輔助支撐與箱梁、托架頂面之間放置3cm厚鋼墊板。輔助支撐應可以微調高度，且采用機械鎖定，防止鎖定松動。頂升過程中，嚴格控制同一橋墩相鄰墩柱之間的橫橋向頂升高差在1mm之內，縱橋向相鄰墩（臺）之間的頂升高差在3mm這內。應分階段進行豎向頂升，以1~2mm為一階段，緩慢頂升箱梁。箱梁頂升、 持荷、落梁的各個施工階段中，應采取臨時限位措施以限制箱梁的縱橋向位移，并嚴密關注箱梁的橫向位移情況。操作控制界面如下：

 

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2. 4. 5 落梁

 

T梁橋頂升落梁過程的施工要求、安全控制指標與頂升相同。落梁前，應先微量頂升以卸除輔助支撐， 再同步進行千斤頂回油，直至落梁。落梁過程中，嚴格控制同一橋墩相鄰頂升點之間的頂升高差在1mm之內，縱橋向相鄰墩之間的頂升高差在3mm之內。為了確保落梁后同各墩柱處支座受力均勻、符合設計要求，落梁前應對各墩柱處支座墊石頂面至上鋼板底面的凈空進行測量，以確保各墩柱處凈空差異在1mm之內。

 

2. 4. 6 箱梁豎向頂升過程監控要求

 

雖然頂升采用同步控制系統， 但由于實際支反力和理論支反力的差異以及其他因素的影響， 頂升和落梁過程中仍會在機構內產生附加內力。 為確保結構安全和施工安全， 以及保障施工質量和加固改造效果， 應在箱梁豎向頂升過程進行施工監控。 對梁體控制截面的位移、 混凝土應變、 裂縫進行監測， 為同步控制提供準確的量化依據， 發布施工指令。 施工監控采用位移、 應力雙控的原則， 以位移監控為主。

 

①位移監控

 

在各跨箱梁底板各個豎向頂升點處設置位移計， 頂升、 落梁過程中通過位移計讀數監測箱梁位移， 并監測各個頂升點處的橫橋向、 縱橋向位移差， 嚴格控制箱梁彎曲、 扭轉變形； 在各墩處橫向設置位移， 以監測頂升過程中箱梁的復位情況， 必要時根據位移監控情況對頂升工藝流程作出調整。

 

②梁體變形監測

 

頂升過程以及持荷施工過程中， 由于箱梁處在雙向縱坡以及圓曲線上， 橋面超高橫坡明顯， 頂升后完全由千斤頂與輔助支撐承擔恒載， 在溫度以及縱坡、 超高橫坡影響下， 梁體存在變位， 伸縮縫變形， 并造成落梁后支座中心線偏離原設計位置， 不利于結構受力及變形。豎向頂升完成后， 固定支座處位移約束解除時， 應監測梁體和墩柱的橫向變形回復情況。 因此， 在頂升、 持荷以及落梁的各個階段， 應采取措施對梁體變為進行監測。 如變位過大， 應及時預警， 并采取相關對策。

 

③箱梁控制截面混凝土應變監測

 

混凝土應變監控主要是在頂升、 持荷以及回落過程中對受力關鍵截面（如頂升點、 跨中截面） 進行監測， 將實測應變數據與理論計算數據相比較。 如果施工過程中出現實測與理論差異較大的情況， 立即停止施工， 查找原因并及時調整。