京港澳高速漯驻段改扩建工程桥梁整体顶升方案.docx

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京港澳高速漯驻段改扩建工程桥梁整体顶升方案

漯驻高速改扩建工程LM-BT项目

(K00+000~K63+494段全长63.494公里)

 

支座及支座垫石更换技术方案

 

编制:

贾向磊

复核:

陈辉龙

审核:

高涛

河南省公路工程局集团

漯驻高速改扩建工程LM-BT项目经理部

2014年7月20日

 

2.7主要工序施工5

第十章保通施工管理................................................................................................38

第一章概述

1.1工程概况

京港澳高速公路漯河至驻马店改扩建工程,北起郑州至漯河改扩建工程终点,沿线途经漯河、驻马店两市的召陵区、西平县、上蔡县、遂平县、驿城区等5个县区、15个乡镇,跨越省道331、206、333和淤泥河、洪河、仙女池河、空桥河、奎旺河、汝河、汝河分洪道等主要公路、河流,终点位于驻马店南收费站北约1.7公里接驻马店至信阳段,路线全长63.494公里,其中漯河境2.7公里,驻马店境60.8公里,总占地面积1527.04亩。

本项目采用沿老路双侧加宽的改扩建方案,四车道扩建为八车道,路基全宽42米,扩建宽度14米。

全线加宽大桥7座,中桥30座,钢筋混凝土盖板涵70道,通道69座,分离式立交62座,改建互通式立交4座,匝道收费站4处,服务区1处。

全线旧路梁桥高程不变,只对支座及支座垫石进行更换。

桥梁详细统计表见附表:

上部结构:

跨径不一的预应力空心板,桥面连续;

下部结构:

双柱式单排架桥墩,桥台。

基础:

均为钻孔灌注基础。

1.2本工程的施工特点和难点

1、由于老桥梁板底到盖梁(桥台)顶面距离差别比较大,支座垫石预制难度比较大,现场测量、复核工作较为繁琐;

2、桥梁众多,不可预测因素较多,在顶升方式、设备配备等方面要考虑周全;

3、工期紧,对各工序连续作业要求较高;

4、一次性投入的设备较多。

 

第二章施工方案

2.1编制依据

1、现场考察情况;

2、以往类似工程的施工总结;

3、施工图纸;

4、《公路工程技术标准》JTGB01-2003;

5、《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004;

6、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004;

7、《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000;

8、《混凝土结构加固技术规范》GECS25:

90;

9、《公路桥梁加固施工技术规范》JTG/TJ23-2008。

2.2编制原则

1、遵照国家现行的技术规范和标准;

2、充分发挥我公司专业优势,做到依靠科技,精心组织,合理安排,做到施工方案最优化,确保顶升过程中结构的稳定和安全;

3、合理优化施工方案,尽量缩短工期;

4、坚持科学态度,积极创新;

采用新工艺、新方法,确保工程安全,减少工程实施对交通和环境的影响。

在编制过程中,通过方案比选,推出能比较实际解决当前桥梁顶升的总体方案,并侧重工程的可实施性。

2.3顶升方式

依据施工图纸并结合现场情况,支座及支座垫石更换的桥梁需顶升的高度都较小(不大于5mm),桥梁支座及支座垫石更换采用通车情况下,逐墩台更换,详细更换内容如下:

1、直接顶升式(梁底与盖梁底有足够的空间高度的情况)

将千斤顶直接安装在梁底与盖梁底间的空间内实施顶升梁板,其示意图如下图所示:

图2-1直接顶升梁板方式示意图

此种方法比较简便,工期最短,是顶升工程中首选的方案。

采用精度为0.01mm的拉线式传感器监测顶升行程。

2.4顶升高度及垫石高度的确定

2.4.1顶升高度

顶升高度以能把支座及支座垫石拆除掉为准,并不超过5mm。

2.4.2垫石高度的确定

预制支座垫石前,通过现场逐墩台的测量,确定逐墩台的支座垫石高度,详细计算过程如下:

预制混凝土垫石的高度=(梁底标高-盖梁顶标高)-新支座高度-砂浆层高度-支座上下钢板。

每个墩(台)上的垫石预制为同一个高度,安装时,微小的差异通过干拌砂浆垫层调整,若高差在5-10mm之间时可通过薄钢板调节。

2.5千斤顶的选用、配置及分组

2.5.1千斤顶的选用、配置

如果梁底与盖梁间的空间高度够13cm,选用12.5cm高的双行程超薄千斤顶,单孔桥每侧布置14台千斤顶,单个千斤顶最大顶升力100吨,梁板单端配置的千斤顶最大可提供1400吨的顶升力,远大于单端梁板和铺装及护栏的总重量,满足顶升要求。

千斤顶的布置如下图所示。

图2-2双行程超薄千斤顶布置图

该千斤顶均配有液压锁,可防止任何形式的系统及管路失压,从而保证负载的有效支撑。

此种千斤顶另一安全特点是:

顶身顶部均配有螺旋装置,顶升到位后,拧紧螺帽,可以实现长期负荷(单墩台更换周期为一天),便于支座及支座垫石更换工作顺利进行。

上述该工程中选用千斤顶均多次在支座更换、桥梁顶升中应用,千斤顶本身的质量得到了很好的验证,作业性能也得到了很好的发挥。

2.5.2千斤顶的分组

为了更好的监控所有顶升千斤顶、更好的实现所有千斤顶的顶升同步性,顶升前将所安装的所有千斤顶分组。

每孔桥单侧的所有千斤顶14个分为一组。

图2-8千斤顶分组示意图(以两孔桥为例)

每个桥台或桥墩处配置一台变频式泵站。

每组千斤顶所对应的盖梁处设两个监控点,每个监控点配置一台拉线式传感器,顶升过程中实时检测并控制顶升高度及顶升速度。

采用逐组顶升的方式进行顶升。

2.6垫石、支座的更换

顶升到位后,顶升结构的荷载全部转换至千斤顶上,将原垫石取出,将垫石下水泥砂浆凿除干净,打磨平整,铺设一定厚度(3-5mm)的干拌水泥砂浆,安装预制混凝土垫石、新支座,将荷载转换至支座上。

2.7主要施工工序

2.7.1千斤顶的安装

梁底与盖梁间安装千斤顶。

安装此千斤顶前,将安装千斤顶的范围内的混凝土面打磨平整。

千斤顶活塞与梁底间垫设一块180mm*180mm*10mm的钢板,防止由于应力集中造成梁底混凝土损伤。

2.7.2横桥向限位装置的安装

由于该顶升工程顶升高度较小,不会超出盖梁两侧抗震挡块的高度范围,所以利用抗震挡块做横桥向限位装置:

顶升前在两侧梁板与抗震挡块间的空隙内塞入一定厚度的钢板,留有3mm的空隙。

如下图所示:

图2-10利用抗震挡块设置横向限位装置示意图

2.7.3控制系统

在采用传统的顶升工艺时,往往由于荷载的差异和设备的局限,无法根本消除油缸不同步对顶升构件造成的附加应力从而引起构件失效,具有极大的安全隐患。

我公司采用的PLC液压同步顶升技术,从根本上解决了这一长期困扰移位工程界的技术难题。

PLC控制液压同步顶升是一种力和位移综合控制的顶升方法,这种力和位移综合控制方法,建立在力和位移双闭环的控制基础上。

由液压千斤顶,精确地按照桥梁的实际荷重,平稳地顶举桥梁,使顶升过程中桥梁受到的附加应力下降至最低,同时液压千斤顶根据分布位置分组,与相应的位移传感器(光栅尺)组成位置闭环,以便控制桥梁顶升的位移和姿态,同步精度为±2.0mm,这样就可以很好的保证顶升过程的同步性,确保顶升时梁体结构安全。

2.7.4顶升准备

1、顶升系统可靠性检验

a、元件的可靠性检验:

元件的质量是系统质量的基础,为确保元件可靠,本系统选用的元件均为Enerpac的优质产品或国际品牌产品。

在正式实施顶升前,将以70%-90%的顶升力在现场保压5小时,再次确认密封的可靠性。

b、系统的可靠性:

液压系统在运抵现场前进行31.5MPa满荷载试验24小时,进行0-31.5MPa循环试验,使系统无故障无泄漏。

c、液压油的清洁度:

液压油的清洁度是系统可靠的保证,本系统的设计和装配工艺,除严格按照污染控制的设计准则和工艺要求进行外,连接软管在进行严格冲洗,封口后移至现场,现场安装完毕进行空载运行,以排除现场装配过程中,可能意外混入的污垢。

系统的清洁度应达到NAS9级。

d、力闭环的稳定性:

所谓力闭环就是当系统设定好一定的力后,力的误差在5%内,当力超过此范围后,系统自动调整到设定值的范围;力闭环是本系统的基础,力闭环的调试利用死点加压,逐台进行。

e、位置闭环的稳定性:

所谓位置闭环就是当系统给光栅尺设定顶升高度后,当顶升高度超过此高度系统自动降至此高度,当顶升高度低于此高度系统自动升至此高度,保证系统顶升的安全性与同步性。

2、成立顶升工程现场领导组

现场指挥组设总指挥1名,全面负责现场指挥作业。

指挥组下设4个职能小组:

分别是监测组、控制组、液压组和作业组,负责相关的工作,各职能小组设组长一名,与总指挥、副总指挥共同组成现场指挥组

各职能小组的功能分别是:

a、监测组:

负责监测桥梁的整个运动轨迹、整体姿态等,定期将监测结果汇总后报现场总指挥,当出现异常情况或监测结果超出报警值时,则应及时向总指挥汇报,并提出建议。

b、控制组:

根据总指挥的命令对液压系统发出启动、顶升或停止等操作指令。

对于启动、顶升或停止指令,,当出现异常情况需紧急停止时,应在得到信息的第一时间对系统发出停止指令,而不管这一信息是否自总指挥发出。

c、液压组:

负责整个液压系统的安装与形成,维护与保养,检查与维修等。

根据总指挥的要求调整液压元件的设置。

d、作业组:

负责顶升期间的劳力配置,在顶升的整个过程中提供劳务作业。

其工作内容包括施工准备时的场地清理、顶升时的垫铁安装等。

各职能小组受总指挥统一指挥,向总指挥汇报工作,总指挥汇总领导组其它成员的意见后做出决策,并由总指挥向各职能小组发出指令,进入下一道工序工作;

3、人员培训

所有参与顶升的施工人员都进行工作的严格分工,在进入现场前进行充分的培训;

4、顶升控制区域划分及液压系统布置

控制点的划分原则为顶升过程安全可靠,特别着重同步性和桥体的姿态控制。

控制区域设置光栅尺控制位移的同步性,根据桥梁的结构,位移同步精度控制在2mm以内。

位移传感器与中央控制器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。

光栅尺尺体固定于立柱侧面上端梁体上,读数头固定于立柱上端面。

光栅尺量程为1200mm。

5、泵站安装

顶升泵站10台,尽量使千斤顶油管长度经济合理。

6、顶升系统结构部分检查

a、千斤顶安装是否垂直牢固;

b、顶升支架安装是否牢固;

c、限位结构安装是否牢固,限位值设值大小是否符合要求;

d、影响顶升的设施是否已全部拆除;

e、主体结构与其它结构的连接是否已全部去除。

7、顶升系统调试

调试的主要内容包括:

a、液压系统检查

◆油缸安装牢固正确;

◆泵站与油缸之间的油管连接必须正确、可靠;

◆油箱液面,应达到规定高度;

◆备用2桶液压油,加油必须经过滤油机;

◆液压系统运行是否正常,油路有无堵塞或泄漏;

◆液压油是否需要通过空载运行过滤清洁;

b、控制系统检查

◆系统安装就位并已调试完毕;

◆各路电源,其接线、容量和安全性都应符合规定:

◆控制装置接线、安装必须正确无误;

◆应保证数据通讯线路正确无误;

◆PLC控制系统运行是否正常,液压系统对控制指令反应是否灵敏;

◆各传感器系统,保证信号正确传输;

◆系统能否升降自如;

◆光栅尺的工作情况;

◆各种阀的工作状况是否正常,是否需要更换;

c、监测系统检查

◆百分表安装牢固、正确,没有遗漏;

◆信号传输无误;

d、初值的设定与读取

◆系统初始加载由液压工程师会同土建工程师共同确定并报总指挥,最终由系统操作员输入PLC;

◆读取控制系统力传感器和位移传感器初值或将其归零;

2.7.5称重

1、保压试验

a、油缸、油管、泵站操纵台、监测仪等安装完毕检查无误;

b、按计算荷载的70%~90%加压,进行油缸的保压试验5小时;

c、检查整个系统的工作情况,油路情况;

2、称重

a、为保证顶升过程的同步进行,在顶升前应测定每个顶升点处的实际荷载

b、称重时依据计算顶升荷载,采用逐级加载的方式进行,在一定的顶升高度内(1~10mm),通过反复调整各组的油压,可以设定一组顶升油压值,使每个顶点的顶升压力与其上部荷载基本平衡。

c、为观察顶升处是否脱离,需用百分表测定其行程。

d、将每点的实测值与理论计算值比较,计算其差异量,由液压工程师和结构工程师共同分析原因,最终由领导组确定该点实测值能否作为顶升时的基准值。

如差异较大,将作相应调整。

2.7.6试顶升

为了观察和考核整个顶升施工系统的工作状态以及对称重结果的校核,在正式顶升之前,应进行试顶升,试顶升高度3mm。

试顶升结束后,提供整体姿态、结构位移等情况,为正式顶升提供依据。

2.7.7正式顶升

试顶升后,观察若无问题,便进行正式顶升,千斤顶最大行程为50mm,每一顶升标准行程为5mm。

1、顶升总流程:

见图4-4。

2、正式顶升,须按下列程序进行,并作好记录:

①操作:

按预设荷载进行加载和顶升;

②观察:

各个观察点应及时反映测量情况。

③测量:

各个测量点应认真做好测量工作,及时反映测量数据;

④校核:

数据报送至现场领导组,比较实测数据与理论数据的差异;

⑤分析:

若有数据偏差,有关各方应认真分析并及时进行调整。

⑥决策:

认可当前工作状态,并决策下一步操作。

3、顶升注意事项

a、每次顶升的高度应稍高于垫块厚度,能满足垫块安装的要求即可,不宜超出垫块厚度较多,以避免负载下降的风险;

b、顶升关系到主体结构的安全,各方要密切配合;

c、顶升过程中,应加强巡视工作,应指定专人观察整个系统的工作情况。

若有异常,直接通知指挥控制中心;

d、结构顶升空间内不得有障碍物;

e、顶升过程中,未经许可非作业人员不得擅自进入施工现场。

4、顶升过程控制

整个顶升过程应保持光栅尺的位置同步误差小于2mm,一旦位置误差大于2mm或任何一缸的压力误差大于5%,控制系统立即关闭液控单向阀,以确保梁体安全。

每一轮顶升完成后,对计算机显示的各油缸的位移和千斤顶的压力情况,随时整理分析,如有异常,及时处理。

主梁顶升并固定完成后,测量各标高观测点的标高值,计算各观测点的抬升高度,作为工程竣工验收资料。

2.7.8其他事项

支座更换完成以后,待荷载全部转换至新支座上以后,便可拆除顶升设备。

l)拆除液压系统的管路及其它附件,拆卸千斤顶并移走;

2)清理现场。

 

 

图2-11施工总流程图

第三章施工进度

3.1施工工期及组织安排

整个支座及支座垫石的更换对工期的要求较为紧迫,计划于2014年7月29日开始,于2014年9月15日结束,顶升工程的施工的进度安排较为关键,为了保证顶升工程的施工进度,实行流水作业,最少保持四座桥梁同时施工。

具体有如下措施。

3.1.1人员组织

施工高峰期计划安排劳力80人,其中电焊工4人,架子工16人,顶升操作工40人,泵站操作组4人,其它工种16人,必要时各作业班组进行调配

3.1.2交通组织

桥梁顶升期间,老路面正常通车。

3.1.3用电计划

一座桥整体高峰期计划用电50kw,自备发电机发电,为确保工程顺利进行,现场配备三台50kw发电机,其中一台为备用。

3.1.4施工组织机构设置

 

 

图3-12施工组织结构图

3.1.5工期保证措施

为确保工期,施工中拟采取如下措施:

整个工程流水式施工,合理安排工期,改善工序衔接关系,保证总工期。

认真做好生产作业计划,及时调整机械及人员的力量,加强动态管理,把施工任务落实到班组。

根据工程特点,合理地组织工程必须的施工人员及施工机械,满足工程施工需要,并做好人力、材料、设备、机械的后勤保证工作。

每天检查工程进展情况,并对照计划及调整,做到落实。

为了保证进度,节假日合理安排,使工作有连续性。

 

3.2主要工程设备

 

表3-1顶升作业设备表

序号

设备名称

型号规格

单位

数量

1

PLC控制系统操作台

Enerpac

2

2

变频式液压泵站

SDT-SPID16

10

3

200吨千斤顶

行程140mm

120

4

100吨千斤顶

行程30mm

100

5

发电机

50kw

4

6

拉线式传感器

SPRS-5

22

7

电锤

HILTI

12

8

植筋工具

8

9

钢筋探测仪

4

10

百分表

机械式

 

12

11

水准仪

S2

 

1

12

水平仪

DSZ3

 

1

 

第四章顶升系统

为保证顶升中桥梁结构的安全,就要严格要求顶升千斤顶的顶升同步性。

本工程拟采用PLC控制液压同步顶升系统,该系统已在多项顶升工程中成功运用。

4.1同步顶升系统组成

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。

4.2系统特点

该系统具有以下优点和特点:

1)具有友好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,通过工业总线,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彩色大屏幕上,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。

由于实现了实时监控,工程的安全性和可靠性得到保证,施工的条件也大大改善。

6-1PLC系统操作界面

2)整体安全可靠,功能齐全。

软件功能:

位移误差的控制;行程控制;负载压力控制;紧急停止功能;误操作自动保护等。

硬件功能:

油缸液控单向阀可防止任何形式的系统及管路失压,从而保证负载有效的支撑;

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。

4.3主要技术指标

1)一般要求

液压系统工作压力:

31.5MPa

尖峰压力:

35.0MPa

工作介质:

ISOVG46#抗磨液压油

介质清洁度:

NAS9级

供电电源电压:

380VAG;50HZ;三相四线制

功率:

65KW(MAX)

运转率:

24小时连续工作制

2)顶升装置

顶升缸推力:

200T

顶升缸行程:

140mm

偏载能力:

顶升缸最小高度:

395mm

最大顶升速度:

10mm/min

组内顶升缸控制形式:

压力闭环控制

压力控制精度≤5%

组与组间控制形式:

位置闭环控制

同步精度±2.0mm

3)操纵与检测

常用操纵:

按钮方式

人机界面:

触模屏

位移检测:

光栅尺

分辨率:

0.01mm

压力检测:

压力传感器

精度0.5%

压力位移参数自动记录。

4.4液压控制系统

图6-2顶升系统组成示意图

图7-2是顶升系统的组成示意图。

顶升施工的第一步是桥梁的称重,通过调节减压阀的出口油压Pout,缓慢地分别调节每一个液压缸的推力,使桥梁抬升,当桥梁与原立柱刚发生分离时,液压缸的推力,就是桥梁在这一点的重量值,称出桥梁的各顶升点的荷重,并把减压阀的手轮全部固定在

PD=Pout-Pco的位置,便可转入闭环顶升,依靠位置闭环,桥梁可以高精度地按控制指令被升降或悬停在任何位置。

4.5顶升系统控制原理

如图6-3为顶升系统控制原理。

比例阀、压力传感器和电子放大器组成压力闭环,根据每个顶升缸承载的不同,调定减压阀的压力,将几个千斤顶组成一个顶升组,托举起梁体,但是如果仅有力平衡,则桥梁的举升位置是不稳定的,为了稳定位置,在每组安装光栅尺作精密位置测量,进行位置反馈,组成位置闭环,一旦测量位置与指令位置存在偏差,便会产生误差信号,该信号经放大后叠加到指令信号上,使该组总的举升力增加或减小,于是各油缸的位置发生变化,直至位置误差消除为止。

由于组间顶升系统的位置信号由同一个数字积分器给出,因此可保持顶升组同步顶升,只要改变数字积分器的时间常数,便可方便地改变顶升或回落的速度。

4.6电控系统

如图6-4为整个电控系统的组态图。

核心控制装置是西门子S7-200系列的CPUS7-224,触摸屏可以显示各个顶升油缸的受力参数,并可连接打印机,记录顶升过程数据。

系统安装了UPS电源,即使意外断电,也可确保数据和工程的安全。

 

图6-3电器原理

 

图6-4顶升系统控制原理图

 

第五章监测方案

本方案的监测指顶升过程中为保证桥梁的整体姿态所进行的监测,包括结构的平动、转动和倾斜。

监测贯穿于顶升全过程中。

5.1监测目的

桥梁顶升过程是一个动态过程,随着梁的提升,梁的纵向偏差、立柱倾斜率、板梁间隙等会发生较大变化,梁的支承点的相对变化对梁受力状态将会发生变化。

为此要设置一整套监测系统,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。

 

5.2监测部位及监测内容

(1)墩台沉降观测:

设置承台沉降观测体系来反应墩台沉降状况,及时做出相应的措施。

(2)梁底面标高测量:

梁底标高的标高测量是桥梁顶升过程中最为重要的检测,是控制顶升标高与各组千斤顶间同步性的主要手段。

梁底标高检测通过在相应位置安置光栅尺(精度为0.01mm),其将数据反应到PLC控制系统,以便实时监测、及时调整各组千斤顶的顶升速度。

 

(3)梁横向位移观测:

实施顶升前,在顶升梁体范围外架设经纬仪,在桥面上设置横向位移观测点,顶升过程中随时观测梁体的横向位移情况,并设定预警值5mm,如果梁体横向位移接近预警值赶紧通知顶升操作人员停止顶升,分析问题,提出解决方案,正常后方可开始顶升。

(4)梁纵向位移观测:

该顶升工程中通过在梁端安置钢牛腿与新接高台帽相抵做纵向限位。

限位牛腿与新接高台帽间有较小空隙(3mm),顶升过程中通过观测空隙宽度的变化来检测梁体纵移的情况。

5.3监测准备

主要是布置测点。

桥梁顶升过程中通过梁底标高观测来控制顶升高度与各组千斤顶间的同步性,主要监测设备为光栅尺或拉线式位移传感器,精度均为0.01mm。

其监测点布置主要以千斤顶分组情况为依据,每组千斤顶布置一台监测仪器。

5.4监测方案实施

1)施工前监测

主要是对各监测点取得各项监测参数的初值。

如观测点坐标情况、标高等。

2)整体顶升监测

包括顶升、支撑、落梁等过程的监测。

监测内容主要包括位移监测、桥梁的整体姿态监测等。

5.5监测组织安排

监测计划应与顶升的施工计划相协调,并可在实施过程中改进,其监测结果,应及时反馈给现场总指挥。

监测时按以下原则安排:

①预先制定的监测计划;

②关键的施工环节进行必要的监测;

③特殊工况发生时,补充监测;

④监测结果出现异常时,补充监测;

 

第六章应急预案

在桥梁的顶升施工中,首先应制定安全可靠、技术可行的施工方案,确保桥梁的结构安全及施工的顺利进行,避免异常情况的发生。

但桥梁同步顶升技术含量高,有一定的风险,顶升过程中有一定的不确定性。

因此针对顶升过程中的关键环节,假定某种意外情况的发生并制定相应的应对措施,方能在紧急情况下有的放矢,及时正确的处理问题。

现根据本项目的施工特点及以往的施工经验,由项目部牵头成立应急预案小组,由总工程师、结构工程师、电脑专家、液压系统专家、机械专家及经验丰富的技术人员等组成。

具体应急措施如下:

6.1电脑控制系统故障

6.1.1

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