新興橋西北異形板頂升方案研究

冉隆波

(北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100068)

1 工程概況

1.1 新興橋西北異形板

新興橋(原名公主墳立交)建于1994年，位于北京市西三環與復興路交叉處，主線橋南北走向，主線橋共21跨，全長528 m。

西北異形板板厚0.76 m,橋面鋪裝為8 cm厚瀝青混凝土,板頂設防水層。17-1號、17-3號、17-4號墩均采用1.2 m×0.9 m的矩形墩柱，墩柱下接6.5 m×3.0 m×2.5 m的兩樁承臺，承臺下接人工挖孔擴底樁，樁基直徑1.5 m，樁長8.5 m；17-2號、17-5號～17-8號1.2 m×0.9 m的矩形墩柱，墩柱下接6.5 m×3.0 m×2.5 m的兩樁承臺，承臺下接人工挖孔擴底樁，除17-2號墩西側樁基直徑1.3 m外，其余樁基直徑1.5 m，樁長均為7.5 m。

西北異形板新增墩柱、承臺、樁基礎，分別為17-2′，17-3′，柱頂安裝調高支座。對西北異形板的部分墩柱進行支頂頂升，消除部分沉降。頂升后加墊鋼板，頂升施工全過程中實時自動化第三方監測。西北板頂升工程總平面圖見圖1。

1.2 異形板頂升主要工程內容

西北異形板頂升主要工程內容見表1。

2 頂升方案

2.1 施工流程

支架準備→頂升設備準備→頂升系統調試→預頂升→正式頂升→塞墊鋼板。

2.2 主要施工方案

2.2.1支架準備

1)承臺開挖。

利用墩柱承臺作頂升立柱基礎。根據現況新興橋承臺尺寸，由測量人員放出基坑開挖邊線，開挖邊坡按1∶0.33考慮。首先沿開挖邊線拆除原地面鋪設的步道磚，用風鎬破除二灰結構層，然后人工開挖土方至承臺頂面，清理干凈。

表1 西北異形板頂升主要工程內容

2)支架立柱基礎施工。

采用在現況承臺上植筋作為支架立柱的固定錨栓，通過法蘭盤與支架立柱連接，現況承臺即為立柱基礎。經初步勘察及計算現況承臺滿足立柱安裝需求。

3)頂升支架安裝。

本次頂升設計支頂系統必須支承于承臺頂面。頂升支架采用45號φ406無縫鋼管焊接，為L=2.0 m和L=1.5 m模數式，現場根據實際高度進行現場拼裝。上下設法蘭盤，并設耳板，以方便栓接，各節鋼管之間用高強螺栓栓接，每組鋼管間則以L8×10角鋼聯結。將千斤頂放置于支架頂端法蘭盤的上墊鋼板上，厚度30 mm。

為加強17-2,17-2′，頂升鋼立柱受力整體性，在現有立柱基礎上增設輔助聯結鋼立柱，并相鄰立柱采用角鋼聯結，輔助聯結鋼立柱僅起聯結作用不作為頂升使用。

2.2.2頂升設備準備

為保證頂升中橋梁結構的安全，采用PLC控制液壓同步頂升系統，PLC控制液壓同步系統由液壓系統(油泵、油缸等)、檢測傳感器、計算機控制系統等幾個部分組成。

1)頂升油缸。

采用ENERPAC300t雙作用自鎖式液壓千斤頂油缸共計20支。

2)液壓泵站。

同步頂升系統配備2臺12點同步泵站；電動液壓泵用于為系統提供動力源，同步閥組用于油缸動作控制，電控箱用于系統的電源控制、壓力和位移傳感器的信號采集與處理以及同步閥組的動作控制等。

3)同步控制系統。

PLC液壓同步控制系統由液壓系統(含檢測傳感器)、計算機自動控制系統兩個部分組成，該系統能全自動完成同步位移，實現力和位移控制、操作閉鎖、過程顯示、故障報警等多種功能。該系統具有以下特點:a.具有友好Windows用戶界面的計算機控制系統；b.整體安全可靠，功能齊全；c.操作控制集中，所有油缸既可同時控制，也可單獨控制；d.同步控制點數量可根據需要設置，適用于大體積結構物的同步位移；e.各控制點同步偏差極小，結構物的移位精確[2]。

同步頂升系統采用觸摸屏主控操作方式，用于頂升油缸的動作控制、參數設置、數據采集與顯示、報警與故障信息顯示等。主控制觸摸屏通過總線與泵站通訊。系統配置12個位移和壓力傳感器，用于控制系統實時采集當前位移值和壓力值，監控負載和位移狀態，形成閉環控制。系統配置高壓軟管，用于油缸與泵站的連接。高壓軟管配有快速接頭，方便現場快速連接與拆卸。系統配置有相應的信號線，用于現場壓力和位移信號的采集，如圖2所示。

2.2.3頂升系統調試

1)液壓系統檢查。

油缸安裝牢固正確；泵站與油缸之間的油管連接正確、可靠；油箱液面達到規定高度；液壓系統運行是否正常，油路有無堵塞或泄漏；液壓油是否需要通過空載運行過濾清潔。

2)控制系統檢查。

系統安裝就位并已調試完畢；各路電源，其接線、容量和安全性都符合規定：控制裝置接線、安裝正確無誤；保證數據通訊線路正確無誤；PLC控制系統運行是否正常，液壓系統對控制指令反應是否靈敏；各傳感器系統，保證信號正確傳輸；系統能否升降自如；拉線傳感器的工作情況；各種閥的工作狀況是否正常，是否需要更換等。

2.2.4預頂升

同步頂升采用全局位移同步，載荷實時控制的施工方案。預頂升過程中實時荷載新墩柱不大于180 t，原墩柱不大于350 t，頂升過程中異形板變形預警值不超過2 mm。為了觀察和考核整個頂升施工系統的工作狀態，在正式頂升之前，進行預頂升。預頂升2次測試設備準備情況，復核頂力與梁體位移的關系，觀察梁體與支撐之間是否密合。

2.2.5正式頂升

同步頂升過程中，全局位移同步，載荷實時控制的施工方案。頂升過程中相鄰墩柱頂升高度差不得大于3 mm，同一墩柱上的千斤頂位移差不超過0.5 mm，實時荷載新墩柱不大于180 t，原墩柱不大于350 t。為控制墩柱上方千斤頂位移差，頂升過程中每次頂升的位移為0.5 mm。頂升過程中，應對異形板位移、板底裂縫、橋面系、伸縮縫、欄桿進行觀測、監測，確保橋梁安全。西北異形板兩兩串聯控制油缸布置見圖3。

3 豎向變形自動化監測

3.1 監測點布置

新興橋西北異形板豎向位移變形監測采用LVDT位移傳感器自動化監測系統，將位移計通過表座支架將傳感器側桿頂針直接頂在異形板下方，需要避免加固粘貼鋼板干擾。

本工程在每個支頂墩柱上方四個方向各布設一個位移傳感器。同時，在每個頂升墩柱上布設一個靜力水準傳感器，消除由于墩柱受壓引起的墩柱沉降誤差，得到了異形板的絕對位移，西北異形板共布設20個豎向位移測點。

3.2 傳感器技術要求

LVDT位移傳感器內置軸承，增強探頭穩定性，大大提高回彈式位移傳感器的精度。直徑20 mm，不銹鋼304外殼，回彈式，直流單電源供電，內置高性能信號解調器，如表2所示。

表2 LVDT位移傳感器主要技術指標

利用150 mm×150 mm×10 mm的鋼板將磁性表座固定在墩柱上方，平整為主，將表座鎖住，傳感器通過表座支架將傳感器側桿頂針直接頂在異形板下方。用現場智能終端，獲取初始讀數調零即可,如圖4所示。

3.3 數據采集

現場采集終端和傳感器通過485總線連接傳感器，傳感器安裝固定好后進行初始值調零。現場頂升過程中實時顯示變化量。數據通過GPRS同步傳輸至計算機，并生成自動化報表。采集設備最大連線距離為400 m，如圖5所示。

信息管理系統由臺式計算機及數據采集管理軟件組成。臺式計算機用作監控主機，實現遠程在線監測并用于監測數據的處理和監測成果的輸出等功能。

4 頂升成果

通過表3，各支座都順利加墊鋼板，不同程度消除沉降，基本實現了設計目標。

表3 西北異形板最終頂升成果

續表

5 結語

隨著全國公路網的快速建設，橋梁修建的也越來越多，許多早期建設的橋梁支座開始出現橡膠老化、剪切變形、鋼板外露等病害，有必要對老橋橡膠支座進行“手術”——取出舊支座，更換新支座，橋梁頂升施工工藝也就應運而生。因此，我們要加強橋梁頂升技術的研究，促進橋梁工程的發展。