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先简支后连续箱桥梁支座更换施工与控制技术

发表时间:2018-11-25 23:40
文章附图
先简支后连续箱桥梁支座更换施工与控制技术

某高速公路位于重要旅游线交通线上。线路上的先简支后连续箱桥梁支座更换施工要求在不断行交通的情况下进行,且现场条件复杂,影响因素多,施工、质量、工期、环保、交通等方面的要求严格。采用局部顶升方案时,应该对施工方案进行细致的研究和周密计划,确定最优的施工组织设计方案和控制技术,按最优的质量标准完成支座更换工程。

一、支座更换施工组织设计总体施工方案  
   
在组织机构上,发挥施工单位集团优势,加大人力、物力、财力的投入,实行项目统一管理与协调,提高资源利用率。施工总体安排原则:组织均衡生产,施工、监测共同协调,确保整个施工过程的连续性;根据施工重点、难点及关键点进行施工组织设计,优化施工工序,合理安排施工进度。  

1.设备安排
   
顶升装置。根据局部顶升方案,配置ZYB22-80型高压电动油泵3台,分别置于被更换的墩台及相邻墩台,每泵配置主高压油管2根,到墩台后,由调节阀分至千斤顶,图1。

千斤顶。标定后的YCW600型穿心式液压千斤顶65台,最大顶升荷载为123t,布置在相关墩台。  
   位移测量仪。量程≥30mm的百分表和HY 65050F型电子百分表。  
   应变片与应变仪。应变片及DH3815N型电阻式静态应变仪1台,平衡箱4台。HY65B3000B型电子应变仪。便携计算机。便携计算机2台。对讲机6只。

二、支座更换施工方法  
 
与支座更换整体顶升方案不同,局部顶升方案是把主墩顶升到可支座更换的高度,逐墩逐台进行支座更换的技术方案。局部方案的支座顶升、更换是一项复杂、系统的工作,需要密切配合,在较短时间内共同协作完成,对安全保障措施、人员安排及配置、机械设备的安装控制、施工技术要求及配合,相对复杂得多。因此支座更换施工的工艺和施工方案有必要作为重点进行设计。  
1.搭设施工监测工作平台  
   起梁、安装支座、检测人员安装检测设备、试验过程位移观测和裂缝观测以及记录数据等是高空作业,搭建高空作业平台是一项必不可少的工作。要求如下:  
   桥墩的每墩两侧搭设钢吊架工作平台,带有围栏的钢筋悬梯下至箱梁两侧,吊架用钢横挑固定,铺木板形成工作平台。施工平台要有足够的强度、刚度和稳定性,能承受竖向、水平推力作用,变形小,稳定性好。  
   平台要保证操作人员的通行和支座更换施工方便;木板范围要宽,并用铁丝将木板和框架绑牢实;安装安全护栏绳网,保证人员安全和防止工具跌落伤人和砸坏工具。  
2.设备安装  
(1)千斤顶安装。安装千斤顶和布置油管工作量大,且要在短时间内完成,由8人同时进行。千斤顶安装要先定位,保证千斤顶中心线与承重中心线在同一条中心轴上;后安装钢座板,座板上放置千斤顶,千斤顶上再放钢楔块;此外还要注意输油管的排放,避免缠绕和有碍施工。  
   上部结构的平衡顶升通过油量的控制,每台油泵由两个调节控制阀控制20支千斤顶,其中中梁8个、边梁12个。  
(2)监控设备安装。安装监控设备。百分表安装在盖梁侧面的被顶升梁宽的中间,由特制支架固定,观察平衡顶升。应变计的安装采用特制的安装架,在打磨的混凝土表面清洗后用环氧树脂类胶粘固。应变片的安装严格按应变片粘贴工艺进行,每墩一温度补偿片。
3.箱梁顶升  
   箱梁顶升是由桥面指挥人员指挥,桥下技术员协调并指挥施工,桥面测试和桥下监测等,形成一盘棋,是支座更换施工的核心。  
   桥面上油泵控制人员检查油泵工作状态,支座更换的准备工作如调胶工具、胶料比例、量等。  
   桥面下各人员到位,更换支座按墩台分配10人,在墩两侧,检查支座更换的支座是否正确,垫板、工具等是否到位,明确工作程序、安装方向。每个墩台下1名技术人员,确保顶升的顺利与安全,并对支座顶升进行监控。  
   桥面上控制高压油泵的技术人员、指挥人员以及监测人员到位后进行试顶。试顶可以检查输油管是否有漏油现象。升顶加载要分级缓慢加载,油压从10MPa开始,每次加载2MPa,每次加载要恒压3~5min。此间观测人员务必观察千斤顶的上下与混凝土的接触面有无局部压溃、裂纹现象,观察各关键部位有无异常。  
   电子百分表和应变仪、电子应变仪信息由计算机在桥面控制,油泵油压、位移观测裂缝情况都让指挥人员掌握。每一行程中,若一切正常,则继续顶升;若有异常,则应采取应急措施,解决后方能继续顶升,切不可大意或鲁莽行事。
4.支座更换与安装  
   当梁顶升到足以把橡胶支座掏出的高度时停止顶升,稳定油压,在千斤顶靠外位置放置临时钢支撑,并用垫板塞实,照片1,用以支承梁重,防止千斤顶回油导致落梁。然后迅速掏出橡胶支座,掏出橡胶支座后的施工流程见图2。

(1)混凝土表面处理。凿去2~3mm的表层,吹去粉尘,清水洗净,干燥后用丙酮擦拭表面。(2)钢板表面处理。钢板表面要除锈、粗糙加工处理,再用丙酮擦净。(3)建筑结构胶JGN。用抹刀涂抹在粘合面上,厚度为1~3mm,中间厚边缘薄,胶体挤出来为度,必须在30min内用完。(4)支座顶板及底板的粘结质量必须检查,然后落座。
   施工进度表是根据施工方人力、物力情况,以及实际工程量、作业难度以及业主的要求而编制,考虑到支座更换施工的紧凑性,应尽量采取流水施工,缩短工期,如表2。

三、实用控制标准与抢险应急措施  
1.实用控制标准
   在监测控制过程中,使用应力(应变)控制条件可以写为:
新增应力(应变)≤控制应力(应变)      
(1)其中,控制应力(应变)为:控制应力=应力容许值-应力储备
(2)关键区域监测点控制应力由结构仿真得到。
2.抢险应急措施  
   施工过程遇到爆管等紧急情况时,不要慌张,保证施工人员安全,在统一指挥下进行调压。一般应急方案为:每顶升到一定高度时采用临时支座,爆管时减小主墩油压,按比例减小边墩油压,注意观察读数变化,待油管或千斤顶更换后方可继续施工。如果遇到油压上升困难,特别是加压后没有位移反应的时候,应该等待结构反应,切忌继续卤莽加载。
四、支座更换施工时桥面交通  
   支座更换施工时不断行,但一定要搞好交通管理,严格按照有关交通批复方案实施。设置专门安全员,施工、来工地车辆必须按规定停放,设备、杂物要按要求放置,严禁扩大施工范围,消除一切交通隐患,保持道路通畅。  
   汽车以一定速度在桥上行驶,桥梁会产生动应力和动变形,连续体系桥梁尤为明显。短时限速和限制大吨位的车辆通行很有必要。  

五、支座更换施工监测
1.测点布置方案  
   更换支座过程中主要对梁体结构的标高、横坡、平面轴线位置、顶升高度、顶升荷载、梁体控制部位的应力等进行监控观测,保证梁体平稳顶升,使得在支座安全更换的同时不破坏梁体结构,保证支座更换质量。  
   安全性应该包括整体的安全性和局部的安全性。整体的安全性是指支座更换过程不出现上部结构的滑脱、断梁等现象。局部安全性是构件的局部损伤。桥梁出现局部损伤虽然近期是安全性的,但是会影响到结构的使用寿命,存在结构安全隐患,特别是对重交通路段的桥梁尤为重要。现场监控是安全施工的重要保障。  
  现场监控包括:(1)顶升荷载监控;(2)梁体标高监控;(3)梁体轴线监控;(4)梁体应力监控。  
 先简支后连续箱梁、板梁的支座更换时,墩台附近施加顶升荷载,改变了既有桥梁的受力状态,弯矩的改变集中在顶升力作用的地方,桥墩附近是结构的薄弱环节,因此箱梁两侧、底面、翼板底面以及桥面位置布置应变测点,监控截面上的应力变化,保证梁体在顶升时不发生损伤或破坏。  
   测点布置方案分为总体变位控制和结构强度控制两组:桥梁总体变位控制是通过桥面布点控制的。桥梁结构强度控制是通过主梁监测和局部裂纹、裂缝观测控制的。
(1)桥面测点布置。桥面测点的布置是桥面位移测点的布置,要达到监控桥面梁体纵向及横向位移、梁体标高和梁体轴线变化的目的。  
(2)测点纵向位置。应变计和应变片沿纵向布置的截面在距离支座横隔梁300mm的截面处,位移计和百分表布置在盖梁的侧面。  
   在横断面上,应变片布置在箱梁侧面距底面50mm和翼缘距底面100mm的部位,沿纵向贴置。
2.支座更换施工与监测  
   3#墩为固定墩,支座更换是全桥支座更换的关键,对全桥的整体位移起到控制作用,防止带有纵坡和横坡的桥梁结构的整体滑动。支座更换时,考虑到4#台为简支端,可以不采用同步顶升,而2#墩必须同步顶升。3#墩的顶升高度视支座取出来的最小高度确定,2#墩的顶升高度约为3#墩的3/5~2/5。顶升过程由位移、应变监测系统监控。  
3.监测主要成果
   监测是以全程监控为主,辅以读数观测。位移全程监控通过HY65050F型电子百分表,应变控制用HY65B3000B型电子应变仪,由计算机现场输出并进行监控。  
(1)位移监测。图4是更换支座过程中的全程位移监测曲线之一。在右幅桥3#墩支座的最大相对位移位6.8mm,相邻墩最大位移差4.6mm。桥头最大纵向位移为0.35mm,横向最大位移则为1.6mm,桥面位移都在这个数量级范围。更换右幅桥2#、1#、0#位移全程曲线表明,相邻墩台最大位移9.5mm,尽管相对位移超过了4mm的限制,但是应力监控表明,控制新增应力还在安全范围,支座更换施工正常进行。  
(2)应变监测。图5是各支座更换施工应力监控全程曲线。图中细长的引线为施工过程重车过桥的瞬态应变。监控有很好的重复性,规律是合理的,支座更换过程应变最大值为117MPa,小于表3应变控制应变。  
(3)桥梁裂缝监测。桥梁裂缝监测点在桥台两侧、墩挡墙裂缝处、左右幅4#台两侧和3#、2#、1#、0#台等处。

4.监测结论  
   桥梁结构在更换支座的施工过程中,没有发现明显的整体位移,施工过程桥面最大水平位移约为0.35mm,施工完成后位移为0.005mm。  
   通过桥梁关键部位裂缝监测,没有出现裂缝发展现象,桥面防撞墙顶面百分表施工过程最大位移0.49mm,没有可见裂缝发展,施工完成后位移为0.06mm。  
   右幅桥3#墩支座更换时2#墩千斤顶漏油,相对位移差达9mm,所测的应变为117με,立即暂停加压,并对3#墩进行卸压回零,待漏油问题解决并试压,确保正常后继续更换支座施工。  
   左幅桥3#墩支座更换时,顶升至15.4mm,未能取出支座,此时相对位移已经达到11.6mm,经过监测数据分析和裂缝观测、桥面测点观测分析,决定缓慢加大主墩顶升量,加强观察,至19.2mm,才取出支座。  
   各梁控制截面的实测值均小于实用应变控制值,结构施工过程是安全的。施工完成后一个月进行回访,没有发现如何异常现象,上部结构下滑没有新增,关键部位检查没有发现新增裂缝。  
   监测方法采用全程实时监测体系,合理布置测点,以应力控制为主、位移控制为辅,加强桥面测点和裂缝测点观察,实用控制标准有效地进行监控,保证了甄坟沟大桥的支座更换安全施工。


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