大型桥梁整体顶升平移关键技术
蓝戊己 顾远生
（上海天演建筑物移位工程有限公司）
摘要：随着我国交通事业的迅速发展，旧桥改造与利用变得更加重要。由于桥梁顶升平移技术具有无可比拟的优越性，顶升平移工程开始得到越来越多的应用。本文通过济南燕山立交桥连续梁顶升、上海南浦大桥东主引桥简支梁顶升、湖州南林大桥简支连续梁顶升、以及成都5000T系杆拱梁平移等工程阐述顶升平移关键技术。
引言：将大型桥梁拆除重建改造面临施工周期长、对原有交通影响大、成本高以及危害环境严重等问题的困扰。而大型桥梁整体顶升平移技术可以尽量减少改造与利用施工的不良影响，特别是将工程成本及对环境的影响减至最小程度。由于整体顶升平移具有上述无可比拟的优势，所以整体顶升平移将得到越来越多的应用于旧桥的改造与利用上[1]。
国内比较有代表性的顶升和平移工程案例有：济南燕山立交桥的六联单幅重量分别约为2150吨、2240吨、1630吨顶升，顶升高度为0.029米～4.139米；上海南浦大桥东主引桥整体顶升重量10000吨、顶升面积5000m2顶升高度由0.008m-5.910m；湖州南林大桥主桥结构形式为3跨连续箱梁约5000吨，7跨16米空心板梁桥均整体顶升3m；成都64m系杆拱梁平移工程，重为5000T，平移8m，再落梁60cm。对这些成功的工程案例总结可以得到以下大型桥梁整体顶升平移的几个关键技术： 1.PLC液压同步控制系统
PLC 液压同步控制系统由液压系统（含检测传感器） 、计算机自动控制系统两个部分组成，该系统能全自动完成同步位移，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。该系统具有以下特点: ①具有友好Windows 用户界面的计算机控制系统； ②整体安全可靠，功能齐全； ③操作控制集中，所有油缸既可同时控制，也可单独控制； ④同步控制点数量可根据需要设置，适用于大体积结构物的同步位移； ⑤各控制点同步偏差极小，结构物的移位精确。
本系统的电气控制系统原理（如图1）：多点的位移检测装置和压力传感器的信号由信号电缆连接到超高压泵站的电气控制箱内，经信号放大器放大后将顶升位移和负载吨位送至可编程控制器PLC中，可编程控制器PLC中根据操纵台发出的操作指令，启动多台泵的电机，驱动油泵工作，油泵的动力油源经控制阀组，输出到外接的液压油缸中，使液压油缸上下运动。同时可编程控制器根据检测的位移信号，不断与指令信号进行比较，将误差值修正后改变变频器的输出频率，以改变电机的转速，达到连续可调的动力油源，供给外接液压油缸，
[2]
来保持多点液压油缸同步上下运动。
操作台 可编程控制器PLC 多台泵站 桥梁顶升 压力传感位移检测装置 图1 PLC液压同步控制系统电气控制系统原理
系统主要技术指标: 液压系统工作压力31. 5 MPa ，尖峰压力35. 0 MPa ； 工作介质为ISOV G46号抗磨液压油，NAS9 级清洁度。
系统操纵与检测:常用操纵为按钮方式，人机界面为触摸屏；位移检测采用光栅尺，光栅尺分辨率0. 005 mm ；压力检测为压力传感器，精度0. 5 %。压力位移参数自动记录。 2.断柱顶升、直接顶升
桥梁顶升当中两种应用形式，主要有直接顶升法和断柱顶升法。详见图1，每一个具体的工程应用图片见图2-
图1 桥梁顶升的应用形式
图2 上、下抱柱梁式
图3 下抱柱—盖梁式
200吨顶升千斤顶随动支撑装置
图4 承台—盖梁式
图5 承台—抱柱梁式
图6直接顶升式
图7 牛腿式
图8 分配梁式
断柱顶升方式的优点： 1）同步性容易实现； 2）可以实现较大高度的顶升； 3）对上部梁板的整体结构扰动最小 断柱顶升方式的缺点：
1）钢筋混凝土结构、钢结构工程量较大，工期较长，成本较高； 2）如果是需要更换支座的话需要二次顶升； 3）顶升高度在300mm以下的不适用。 非断柱顶升方式 优点：
1）工期短，成本相对较低； 缺点：
1）一次投入的设备、钢结构数量较多；
2）千斤顶数量较多，且安装位置相对较为集中，对PLC同步性控制要求较高； 3）不适于顶升高度较大的工程。
3.整体同步顶升分步到位、整体比例顶升同步到位
整体同步顶升、分步到位，一般运用在简支梁顶升上。对顶升段采取整体同步顶升的步骤为，每一次对顶升桥梁整体顶升10cm，逐步依次顶升10cm，直到先到位的部分可以不需顶升，而对未到位的部分依次顶升，该顶升的优点为：
1）同步顶升的区域桥跨长度不发生变化，与盖梁相对位置无变化，只有顶升到位的一跨才会有坡度调整，易于控制。
2）坡度一次调整到位，不需要反复多次调坡，而且其梁体调整坡度不大于设计坡度，梁体受力情况没有太大变化，利于梁体结构的安全。
3）梁体顶升时不会来回伸长、缩短。顶升时桥面平顺，不易产生结构裂缝，梁体稳定性好，对与分跨顶升而言，梁体之间的纵向牵拉力要小，安全性高。
整体比例顶升同步到位，一般运用于连续梁上。根据桥梁首尾顶升高度的不同，按照线性比例的关系通过PLC同步控制液压系统编程设置千斤顶的顶升速度，对既有桥梁整体比例顶升，同步到位。此方法可以减小既有桥梁内部产生次应力，防止产生结构性裂缝，有助于桥梁结构安全。
4.桥梁顶升系统
该顶升系统大致由以下四部分组成：千斤顶和随动支撑系统、托架系统、顶升限位系统、顶升监测系统[3]。 4.1液压千斤顶和随动支撑系统
液压千斤顶，用于对桥梁物进行顶升；跟随支撑装置，设置在液压千斤顶旁，用于液压千斤顶意外失效时临时支撑住桥梁以确保顶升安全，其跟随着千斤顶的伸长，停止、收缩而自动跟随。在桥梁顶升的方案设计中，需考虑千斤顶和跟随支撑装置布置对原桥梁的影响，同时千斤顶和跟随支撑装置的个数需考虑1.6倍至2倍的安全系数，千斤顶位置应考虑将来立柱连接时模板安装所需的施工空间，同时考虑顶升时千斤顶的受力状况，避免承台发生剪切破坏。 4.2托架系统
托架体系一般由分配梁或抱柱箍、专用临时钢垫块、支撑钢管、抱柱梁等组成[4]。抱柱梁利用新旧混凝土结合面的抗剪摩擦力来托换原墩柱的荷载，
顶升专用临时钢垫块分别用在千斤顶下和临时支撑下。临时钢垫块与顶升托架体系的钢管支撑相对应，即采用Φ500×12mm钢管支撑，两端焊接厚为12mm的法兰。钢垫块共有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种类型，为适应千斤顶的顶升行程，钢垫块的高度分别为100mm、200mm。每个临时支撑顶部均配置一对楔块和薄厚不一的钢板，以满足不同顶升高度的要求。为避免顶升过程中支撑失稳，钢垫块间通过法兰连接。
当垫块高度到达1.0米时，增加一节钢管支撑用以替换临时垫块，以增强支撑稳定性。支撑结构之间连结牢固，即临时垫块之间栓接、钢管支撑与承台栓接、钢管支撑间及临时垫块间均用螺栓进行连接。同时将墩柱钢管支撑通过斜缀条连接形成为格构柱形式。通过以上措施保证支撑结构有良好的整体性，防止因顶升可能发生的滑移造成支撑体系的失稳破坏。
4.3限位装置
限位：为避免顶升过程中桥梁产生横、纵向偏移，设立钢结构限位装置。限位支架应有足够的强度，并应在限位方向有足够的刚度[5]。
限位装置分为两部分：墩柱横向限位和桥面纵向限位。墩柱横向限位采用在墩柱的四个角处安装分肢角钢，角钢作为格构柱的缀条，构成格构柱来限制墩柱的横桥向和纵桥向的位移。对于高度较小的墩柱，由于格构柱与墩柱的接触距离较小，易对格构柱分肢角钢产生较大的附加弯矩，可采用双层格构柱原理来限位，里层格构柱和外层格构柱分别与梁体和承台固定在一起，这样当千斤顶将桥梁顶升时，格构柱只允许墩柱在格构柱里面进行上升，就很好地限制墩柱的横向位移。
桥面纵向限位分为两种类型：螺栓桥面牵拉限位装置和螺旋千斤顶桥面牵拉限位装置。螺栓桥面牵拉限位装置由角钢、加劲肋、螺杆和螺母组成。桥面牵拉限位装置的角钢与桥面铺装钢筋焊接。首先在角钢上钻孔，同时在角钢孔的两边焊接加劲肋，两个角钢通过螺栓连接在一起，角钢和螺栓通过螺母连接。可以很好地在坡度方向不变的条件下坡度改变梁体水平方向投影长度大小，在桥梁顶升时，可以有效减小多跨梁体的水平投影的长度。
螺旋千斤顶桥面牵拉限位装置：在桥梁反坡顶升过程（即原来为下坡变为上坡或者原来为上坡变为下坡）中，可以将螺旋千斤顶放置于顶板和另外一侧反力支架之间，通过伸长螺旋千斤顶来缩短顶板和反力支架之间的距离。拉动反力支架来限制桥梁的位移，缩小梁体之间的缝隙。
实践证明：结构限位能够确保水平偏移量在允许的范围内，并能保证顶升的安全。 5.大型桥梁平移
大型桥梁平移（如图9）在移梁方向上一定宽度范围内安装具有足够强度、
拆卸方便的临时垫块，使其顶面行程一个具有一定平整度（高差≤2mm）的平面，其上安装滑道钢板（采用2cm厚钢板制作而成），滑动钢板铺设1cm厚的聚四氟乙烯板。所有千斤顶均采用膨胀螺丝吊装在梁底，千斤顶下安装滑撬，滑撬底面粘贴不锈钢板，不锈钢板与滑道钢板上的聚四氟乙烯形成滑动面。利用提前在临时墩上梁端预制好的钢筋混凝土后背作为平移的反力基础，通过千斤顶的横向顶推，实现梁体的平移。
图9 5000T桥梁平移过程
6.结论
桥梁整体顶升平移技术在桥梁改造与利用中逐渐起到了举足轻重的作用，并且为改造工程节约了大量的资金，大大缩短了工程工期，降低了环境污染。就目前的整体顶升平移技术而言，对我国的现有桥梁都可进行顶升，无论桥梁的大小，结构的复杂程度如何。顶升这一高新技术将会得到更充足的发挥空间，为国家带来更多的经济利益和社会效益。 7.参考文献
[1]桂学.桥梁顶升技术研究[D].长安大学,2005.
[2] 汪学谦,汪晓岚,蓝戊己. PLC控制液压同步顶升系统在连续钢箱梁悬臂架设施工中的应用[J]. 世界桥梁,2005(2):33-35.
[3] 林耿雄,姜海波.桥梁顶升技术的探讨[J].广东建材,2008(10):65-68. [4] 封建武.高速公路上跨桥整体顶升技术[J].城市道桥与防洪,2008,2:52-55. [5]蓝戊己,张志军,顾远生,张任杰. 南浦大桥东主引桥整体同步顶升工程[J].城市道桥与防洪,2009,26(10):22-25.
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