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摘要：结合京哈高速公路改扩建工程中对既有跨线桥进行整体顶升实例，介绍了同步顶升技术在桥梁顶升工程中的具体应用及顶升过程中的一些关键问题，对同类工程中应用此项技术时有很高的参考价值。
关键词：同步顶升；桥梁顶升； PLC系统；控制重点
随着我国国民经济的高速发展，高速公路对经济的推动与拉动作用日趋明显，公路运输在国民经济中起到了重要作用。近年来社会经济持续快速发展，高速公路交通量迅速增加，早期修建的部分高速公路已经达到或者超过了设计通行能力。如较早建设的沈大、沪宁、京哈等高速公路，大多是四车道高速公路，随着交通量的不断增加、功能及地位的提高和路网功能的变化，出现了交通拥堵现象，严重影响了道路的服务水平和交通安全。随着2002 年沈大高速公路改扩建工程的开工，我国高速公路事业迎来了一个崭新的时代，即由大规模的新建高速公路转变为改扩建与新建并存、两种建设并重的局面。高速公路改扩建，将成为未来十多年高速公路建设事业新的热点。
桥梁顶升技术是一种经济、环保、高效的桥梁改造技术，尤其对解决桥梁净空不足方面，与其他改造方案相比，顶升技术具有改造成本低、施工周期短、资源利用率高等特点，具有良好的社会和经济效益。本文结合京哈高速公路改扩建工程中对既有跨线桥进行整体顶升实例，介绍了同步顶升技术在桥梁顶升工程中的具体应用，重点介绍了顶升施工过程中的一些控制重点。
1、工程概况
京哈高速公路四平至长春段改扩建工程K42+597天桥，跨越既有京哈高速公路。该桥上部结构为2×30 m预应力混凝土简支箱梁，下部结构为V形桥墩、双柱式桥台，桥梁基础为扩大基础。因该桥现场工况不满足主线改扩建后的桥下净高要求，为使桥下净高达到5m的设计要求，设计采用旧桥顶升利用方案，箱梁底面整体抬高45cm。
2、顶升控制系统
2.1控制系统简介
PLC液压同步顶升控制系统是本桥的主要顶升设备。该系统是利用计算机技术，通过操作人员控软件来控制液压泵站及其配置的液压元件，通过计算机指令来控制液压千斤顶，然后通过位移及力传感器把液压千斤顶压力变化及顶升的距离反馈至计算机屏幕上，便于操作人员了解有关情况和及时调整相关数据。系统通过力的平衡自动调整各台千斤顶的压力，这样在顶升过程中保持各顶升力的平衡性，各顶升点所需的顶力值与实际提供值能够相符。同时这种控制系统通过位移指令来控制液压千斤顶行程，这样保证了各台液压千斤顶的同步性，是一种力和位移综合控制的顶升方法。
PLC控制液压同步系统由液压系统（油泵、油缸等）、检测传感器、计算机控制系统等几个部分组成。液压系统由计算机控制，可以全自动完成同步移位，实现力和位移控制、操作闭锁、过程显示、故障报警等多种功能。其控制系统组成如图1所示。
该系统具有以下优点和特点：
（1）具有良好的Windows用户界面的计算机控制系统。整个操纵控制都通过操纵台实现，操作台全部采用计算机控制，施工过程中的位移、载荷等信息，被实时直观地显示在控制室的计算机屏幕上，使人一目了然，施工中的各种信息被实时记录在计算机中，长期保存。
（2）整体安全可靠，功能齐全。
（3）所有油缸既可同时操作，也可单独操作。
（4）同步控制点数量可根据需要设置，适用于大体积桥梁或构件的同步移位。
（5）顶升过程中同步性很好。采用PLC控制体系，充分的保证了桥梁在顶升过程中的同步性，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为充分的保障。
2.2控制系统布置
本桥共计两孔，每孔顶升重量为382.2t，每孔梁由5片梁组成。根据桥梁现状情况，充分考虑各种不利因素的影响，每片梁在梁端设置4个100t双作用千斤顶，每孔梁共计20个双作用千斤顶，这样桥墩台处可提供2000t的顶升力，完全满足顶升需求。再加12台备用千斤顶，全桥共需千斤顶52台，并在每个千斤顶下布设临时钢支撑，便于分级顶升过程中的检测与调整。本桥顶升设备设置情况如图2-1和图2-2所示。
该天桥均采用4台液压泵站，每台泵站控制10个千斤顶（一排），泵站通过分流块连接各个千斤顶，4个泵站与控制主机进行并联。由操作工操作软件，通过位移传感器反映出来的数据，控制各个泵站，实行同步顶升，位移传感器分别设在0#、1#、2#盖梁两侧，通讯线与主机控制器进行联接，顶升过程中控制主机上实时显示位移传感器数据，如出现顶升不同步超过0.5mm，系统会自动报警，同时对不同步泵站，局部自行调整，调整到每个泵站顶升高度一致时，
方可进入四个泵站又一起顶升阶段。位移传感器布置如图3。
3、顶升前的桥梁检测
本桥设计采用顶升利用方案，但从设计阶段到进场施工阶段，该桥又服役了三年多时间，其自身结构能否经得起顶升技术的应用过程是个未知数，所以在顶升前及顶升后必须进行一项非常重要的工作，即桥梁状态检查及荷载试验。通过检测对桥梁的现在状态来进行鉴定和评定，为后续施工提供依据。如检测出桥梁不具备顶升条件，提前向建设单位提出变更设计。
顶升前桥梁检查项目主要包括桥梁状态检测和荷载试验。桥梁状态检测内容包括：蜂窝、麻面、空洞孔洞、简支梁裂缝，预应力构件损伤、结构变位、跨中挠度、混凝土强度、混凝土碳化、钢筋锈蚀、混凝土保护层厚度等。荷载试验主要评定桥梁的承载能力。
我单位委托吉林省某检测公司对本桥顶升前桥梁状况进行了检测，检测结果显示，其中6片梁评定等级为I类，4片梁评定等级为III类，主梁可以顶升利用。
4、桥梁顶升过程中的控制重点
桥梁顶升施工应根据工程条件、改造目的、技术标准等选择顶升方案。选用的顶升方案应具有可靠性、实用性和经济性，同时顶升过程中应尽可能不损伤原结构。
桥梁顶升过程中的控制重点包括：临时支撑体系的设计与施工、限位结构体系的设计与施工、顶升反力体系的设计与施工和桥梁顶升过程中的同步监测。
4.1临时支撑体系的设计与施工
在桥梁顶升过程中，为了使顶升顺利完成，要在千斤顶油缸周围布设临时支撑体系。临时支撑体系的设计要方便安装和拆除，同时必须满足强度、刚度及稳定性要求。
本桥采用临时钢垫块作为顶升过程中的梁体主要支撑工具，以便于分级顶升过程中的检测与调整。在分级顶升过程中，每次顶升的高度稍高于临时钢垫块厚度、能满足临时钢垫块安装要求即可，最后一级顶升高度要稍高于加高钢垫块与新支座的高度之和，以便调整加高钢垫块与新支座位置，使其与原支座中心保持在同一条铅垂线上。临时钢垫块用ø220无缝钢管内灌注C30补偿收缩混凝土制作，临时钢垫块和加高钢垫块如图4所示。
图4 加高钢垫块和临时钢垫块
最后一级顶升至要求高度后，用千斤顶和临时钢垫块作为临时支撑体系，然后在原支座位置放入加高钢垫块与整套新支座，加高钢垫块、新支座与原支座中心保持在一条铅垂线上，之后回落千斤顶，直至小箱梁落至新支座上，顶升过程完毕。加高钢垫块与临时钢垫块工作示意图如图5。
4.2限位结构体系的设计与施工
桥梁在顶升过程中处于飘浮状态。由于液压缸安装的垂直误差及顶升过程中其他不利因素的影响，在顶升过程中可能会出现微小的水平位移。为保证桥梁顶升的准确性和安全性，分别采用纵横两个方向的限位控制。限位装置应有足够的强度，并在限位方向有足够的刚度，这是顶升安全控制的重要措施。
本桥横向限位分别设在天桥两侧桥台及桥墩中间位置，纵向限位装置设在梁底桥墩处，限位装置对桥梁姿态的保证起到了关键的保护作用，如图6所示。
4.3顶升反力体系的设计与施工
顶升反力系统是在顶升时承担千斤顶荷载的主要工具。对于顶升高度小于1m的顶升工程，顶升方式及对应的顶升反力体系如表1所示。
本桥在台帽和盖梁侧面对称布置钢牛腿，作为顶升反力基础。整个反力体系满足强度、刚度、稳定性及局部承压等要求。如图7所示。
4.4桥梁顶升过程的同步监测
桥梁的同步顶升是分级完成的，对桥梁的整个运动轨迹、整体姿态、结构应力等的监测是至关桥梁结构安全的重要环节，监测过程贯穿于顶升、支撑、落梁等过程。监测内容主要包括桥梁的整体姿态监测、位移监测、结构内力监测等。桥梁的顶升过程，实际上就是控制姿态的过程。在桥梁上布置多个特征点，并要设定必要的预警值和极限值，以便将姿态数据反馈给施工加载过程，来控制顶升过程。
（1）位移传感器控制。顶升控制区域位移传感器控制位移的同步性，根据桥梁的结构，位移同步精度控制在0.1mm。位移传感器与控制主机相连形成位移的闭环控制从而实现顶升过程中位移的精确控制。位移传感器体固定于立柱侧面上盖梁上，位移传感器量程为1200mm，分别设在0#、1#、2#两侧盖梁上。
（2）特征观测点标高监控。监测在顶升过程中桥墩及桥台处的沉降情况。桥梁特征点标高主要用于顶升过程中的同步复核测量，以便位移传感器出现故障时能够及时发现问题，从而保证顶升过程中桥梁的整体姿态。
（3）应变片的结构内力监测。合理评价顶升过程中结构内力变化的影响因素，以便及时、主动地采取措施降低或消除不利因素的影响，为确保桥梁结构的安全竖起了一道保护屏障。
5、结语
桥梁整体顶升相对于拆除重建新桥，具有改造成本低、施工周期短、对周边环境影响小、资源利用率高、社会效应好等特点，同步顶升技术在旧有桥梁顶升工程中的成功应用，为旧桥维修改造提供了便捷、快速、安全的施工方法。本文中介绍的同步顶升技术在桥梁顶升工程的应用实例及顶升过程中的一些控制重点，为今后类似顶升工程积累了宝贵的经验。
参考文献
[1]汤修华.航道桥梁整体同步顶升成套关键技术研究.浙江省港航管理局,2011.
[2]周良，闫兴非，李雪峰.桥梁顶升工程的实施及其关键技术.上海市城市建设设计研究总院，2013
论文作者:许良全
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/26
标签：桥梁论文; 垫块论文; 过程中论文; 千斤顶论文; 升技论文; 位移论文; 泵站论文; 《基层建设》2017年5期论文;