CN101892636A

CN101892636A - 一种大跨径超重连续箱梁整体顶升改造方法

Info

Publication number: CN101892636A
Application number: CN2010102515748A
Authority: CN
Inventors: 尹天君; 蒋岩峰; 郑华奇; 袁风翔; 单娟
Original assignee: SHANGHAI XIANWEI CIVIL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI XIANWEI CIVIL ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2010-11-24

Abstract

一种大跨径超重连续箱梁整体顶升改造方法，该方法包括以下施工步骤：对桥墩顶部进行切割；对上部箱梁进行加固施工；在立柱抱柱箍外侧焊接限位装置，将限位结构与混凝土墩柱形成整体，对桥梁进行顶升限位；调试顶升千斤顶与随动千斤顶；正式顶升，直至顶升至高于设计标高1cm位置，旋紧顶升千斤顶的自螺纹装置，拆除随动千斤顶，安装支座及永久垫块；松开顶升千斤顶上的自螺纹装置，千斤顶下落1cm至设计标高；拆除顶升设备、抱箍、限位装置，对顶升后的桥墩进行接高。本方法能适应支座高度有限、重量大、顶升液压设备要求高、箱梁的肋部宽度较小、大跨径的连续箱梁，能实现安全、位置准确的连续箱梁整体顶升。

Description

一种大跨径超重连续箱梁整体顶升改造方法

【技术领域】

本发明涉及桥梁工程领域，尤其是一种桥梁结构升降控制方法。

【背景技术】

目前，现有桥梁结构升降控制技术是利用既有桥梁桥墩承台结构建立支承系统，在支承体系上架设升(降)支架和液压升(降)系统，用液压顶升(降)系统同步将桥梁上部结构按序小幅度的升(降)至设计标高，并接高(割低)立柱，最后拆除顶升(降)系统。现有桥梁升降控制技术具有工期短、投资小等特点，已成为目前国内外老桥梁改造建设中的一项主要方法。现有的顶升工程大多为简支结构和中小跨径连续梁。

对大跨度连续梁的大吨位整体同步顶升的技术应用国内尚无先例。传统的桥梁顶升托换方法，是在桥墩周围的承台上设置钢管支撑、盖梁底部安装钢分配梁、设置顶升设备，进行断柱顶升。

但是对于这种大跨度、超重量的桥梁进行顶升，承台位置十分有限，如果采用传统桥梁顶升托换方法利用刚分配梁，以承台——箱梁底为托换体系进行顶升，钢分配梁高度至少要4米左右，且很难保证分配梁与箱梁底部受力均匀，性价比及顶升时的安全性均较低。

如何有效的利用既有桥墩位置，同时又不改变桥梁上部结构的传力体系，实现大跨度连续梁整体顶升(降)。如何选择支撑体系及与其安全防护措施的研究，从而寻找最经济、方便和可靠的限位装置及其施工方法，保证施工安全是本发明的一个初衷。

【发明内容】

本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷，提供一种能适应支座高度有限、重量大、顶升液压设备要求高、箱梁的肋部宽度较小、大跨径的连续箱梁，实现安全、位置准确的大跨径超重连续箱梁整体顶升改造方法。

本发明为实现上述发明目的采用的技术方案：一种大跨径超重连续箱梁整体顶升改造方法，其特征在于，该方法包括以下施工步骤：(1)对桥墩顶部进行切割，其中先对墩柱顶部进行承压计算，承压值满足顶升要求则直接对桥墩顶部进行切割，承压值不满足顶升要求对桥墩的墩柱进行砼加粗、实施钢抱箍施工后再对桥墩顶部进行切割，在对桥墩顶部进行切割分两步进行：a.用金钢链绳锯和水钻相结合对桥梁支座四周的桥墩顶部混凝土进行切割，切割完毕后，采用高强度聚合物水泥砂浆对切割下部的混凝土进行找平，找平完后安装顶升千斤顶，安装完顶升千斤顶后，对顶升千斤顶进行预加70％的力并把顶升千斤顶自带的自螺纹装置旋紧；b.顶升设备预紧桥梁上部结构后，对桥梁支座正下方的桥墩顶部混凝土进行切割，然后取走桥梁的固定或滑动支座，对支座下部切割后的混凝土进行找平，找平完后安装随动千斤顶；(2)对上部箱梁进行加固施工，具体为：在主墩上部箱梁的肋两侧新浇筑钢筋混凝土；(3)在立柱抱柱箍外侧焊接限位装置，将限位结构与混凝土墩柱形成整体，并利用原砼立柱的刚度及限位装置自身的刚度对桥梁进行顶升限位；(4)在桥墩顶部安装顶升千斤顶，顶升千斤顶预顶紧，安装调试随动千斤顶；(5)正式顶升，具体为：先设定指令位移；顶升千斤顶按照指令位移进行顶升；随动千斤顶自动跟进，顶升千斤顶的顶升高度误差在1mm；顶升千斤顶顶升到指令位移后，顶升千斤顶停止顶升，随动千斤顶停止跟进；顶升千斤顶收缸，此时随动千斤顶受力；顶升千斤顶下放置工具式钢箱垫块；顶升千斤顶下工具式钢箱垫块放置好后，顶升千斤顶伸缸顶紧工具式钢箱垫块；旋紧顶升千斤顶上的自螺纹装置；随动千斤顶收缩回归原位；在随动千斤顶下部放置工具式钢箱垫块；随动千斤顶设定压力，顶紧上部结构；(6)重复步骤(5)，直至顶升至高于设计标高1cm位置，旋紧顶升千斤顶的自螺纹装置，拆除随动千斤顶，安装支座及永久垫块；(7)松开顶升千斤顶上的自螺纹装置，千斤顶下落1cm至设计标高；(8)拆除顶升设备、抱箍、限位装置，对顶升后的桥墩进行接高。

其中所述步骤(1)中以桥墩顶面为反力基础，并对桥墩的墩柱进行砼加粗、实施钢抱箍施工具体为：对桥墩墩身表面凿毛，扩大墩身的钢筋进行植筋及钢筋绑扎，立模外包钢板，由桥面上泵送浇注混凝土，在混凝土外再安装钢板，接高至切割的位置即可。

其中所述步骤(1)中在桥墩顶部，利用现有桥墩平面尺寸安装顶升千斤顶及随动千斤顶，并在顶升千斤顶与随动千斤顶时分别在顶升千斤顶与随动千斤顶的上下放置钢板。

其中所述步骤(8)中顶升后的桥墩进行接高顺序：1)顶升到位后，先把支座安装好并把整个桥梁落到随动千斤顶下的垫块，然后拆除顶升顶升千斤顶及其下面的垫块；2)对支座下的各个临时支撑垫块之间进行焊接连接，最上面的垫块进行防锈处理；3)对墩柱的钢筋进行接高，并对墩接高的钢筋进行绑扎(在垫块上焊接钢筋)；4)对墩柱浇筑混凝土接高。

由于采用上述结构，本发明之大跨径超重连续箱梁整体顶升改造方法具有以下有益效果：

1.能安全顶升支座高度有限、重量大、大跨径的连续箱梁，解决在有限的平面尺寸内设置可靠顶升托换体系的问题。

2.能够很好的解决顶升过程中由于顶升千斤顶失稳可能造成的上部结构坍塌的危险，解决随动千斤顶的整体受力问题，具有很高的安全性。

3.能够很好的解决重量大的连续箱梁同步重载下落难题。

4.顶升托换体系简单，受力明确，性价比与安全度高。

下面结合附图和实施例对本发明一种大跨径超重连续箱梁整体顶升改造方法作进一步的说明。

【附图说明】

图1至图3是本发明对桥墩顶部进行第一步切割示意图：

图1是桥墩切割断面图，图2是桥墩切断立面图，图3是桥墩切割平面图。

图4至图6是本发明对桥墩顶部进行第二步切割示意图：

图4是桥墩切割断面图，图5是桥墩切断立面图，图6是桥墩切割平面图。

图7是对墩柱采用钢抱箍施工后示意图。

图8是桥墩上部箱梁加固立面图。

图9是桥墩上部箱梁加固断面图。

图10是在立柱抱柱箍外侧焊接限位装置后的平面示意图。

图11是在立柱抱柱箍外侧焊接限位装置后的立面示意图。

图12是桥墩顶升断面图。

图13是桥墩顶升立面图。

图14是桥墩顶升平面图。

图15是桥墩接高平面图。

图16是桥墩接高立面图一(图15的1-1方向截面图)。

图17是桥墩接高立面图二(图15的2-2方向截面图)。

图18是桥墩接高立面图三(图15的3-3方向截面图)。

【具体实施方式】

如图1至图18所示，本发明一种大跨径超重连续箱梁整体顶升改造方法，该方法包括以下施工步骤：

(1)对桥墩顶部进行切割(以桥墩为例，如图1至图3所示，切割范围2，如图所示)，其原因是考虑到边墩与箱梁上部的净空较小不利于顶升千斤顶安装和操作，对桥墩顶部进行切割，以便安装顶升顶升千斤顶和跟随千斤顶，形成顶升反力基础，在施工前先对墩柱顶部进行承压计算，承压值满足顶升要求则直接对桥墩顶部进行切割，承压值不满足顶升要求对桥墩的墩柱进行砼加粗、实施钢抱箍施工后再对桥墩顶部进行切割，为确保结构托换安全，在对桥墩顶部进行切割分两步进行：a.用金钢链绳锯和水钻相结合对桥梁支座四周的桥墩顶部混凝土进行切割，切割完毕后，采用高强度聚合物水泥砂浆对切割下部的混凝土进行找平，找平完后安装顶升千斤顶3，安装完顶升千斤顶3后，对顶升千斤顶进行预加70％的力并把顶升千斤顶自带的自螺纹装置(图中未示出)旋紧；b.顶升设备预紧桥梁上部结构后，对桥梁支座正下方的桥墩顶部混凝土进行切割(以桥墩为例，如图4至图6所示，切割范围4，如图所示)，然后取走桥梁的固定或滑动支座，对支座下部切割后的混凝土进行找平，找平完后安装随动千斤顶5，其中在安装顶升千斤顶与随动千斤顶时分别在顶升千斤顶与随动千斤顶的上下放置钢板16，通过以上两个步骤可以实现在现有桥墩顶部平面空间上，安装相应的顶升设备及随动千斤顶，不用像传统工艺那样需要在桥墩四周进行地基处理，有很好的经济性与安全性；

(2)对上部箱梁进行加固施工，具体为：在主墩上部箱梁的肋两侧新浇筑钢筋混凝土；

(3)在立柱抱柱箍外侧焊接限位装置，将限位结构与混凝土墩柱形成整体，并利用原砼立柱的刚度及限位装置自身的刚度对桥梁进行顶升限位；

(4)在桥墩顶部安装顶升千斤顶，顶升千斤顶预顶紧，安装调试随动千斤顶；

(5)正式顶升，具体为：先设定指令位移；顶升千斤顶按照指令位移进行顶升；随动千斤顶自动跟进，顶升千斤顶的顶升高度误差在1mm；顶升千斤顶顶升到指令位移后，顶升千斤顶停止顶升，随动千斤顶停止跟进；顶升千斤顶收缸，此时随动千斤顶受力；顶升千斤顶下放置工具式钢箱垫块；顶升千斤顶下工具式钢箱垫块放置好后，顶升千斤顶伸缸顶紧工具式钢箱垫块；旋紧顶升千斤顶上的自螺纹装置；随动千斤顶收缩回归原位；在随动千斤顶下部放置工具式钢箱垫块；随动千斤顶设定压力，顶紧上部结构；

(6)重复步骤(5)，直至顶升至高于设计标高1cm位置，旋紧顶升千斤顶的自螺纹装置，拆除随动千斤顶，安装支座及永久垫块；

(7)松开顶升千斤顶上的自螺纹装置，千斤顶下落1cm至设计标高；

(8)拆除顶升设备、抱箍、限位装置，对顶升后的桥墩进行接高。

在步骤(1)中桥墩强度无法满足承压要求，承压值不满足顶升要求时以桥墩顶面为反力基础，并对桥墩的墩柱进行砼加粗、实施钢抱箍施工具体为：先对桥墩墩身表面凿毛，扩大墩身的钢筋进行植筋及钢筋绑扎，立模外包钢板11，由桥面上泵送浇注混凝土，进行对墩柱采用钢抱箍施工，圆形角柱与抱箍之间采用微膨胀混凝土灌实，如图7所示。每个钢抱箍由三至四块拼装而成，各部分之间通过预应力高强螺栓进行连接，抱箍的设计力有高强螺栓的预应力来确实。在原有主墩四周外包混凝土，混凝土外再安装钢板11，接高至切割的位置即可。

在步骤(2)中对上部箱梁进行加固施工时(如图8、图9所示)，在主墩上部箱梁的肋两侧新浇筑钢筋混凝土13；新加的钢筋14部分需与原有箱梁植筋连接；植筋植入箱梁内15d深度，植筋时需采用钢筋探测仪探测，避开箱梁内的钢筋及预应力管孔；新加的部位混凝土需与原混凝土凿毛连接，并作好接面处理；新加部位采用高强灌浆料，以上材料均需加微膨胀剂。施工时人员从箱梁底板的下人孔内出入，灌浆料从侧面的通风孔进入浇筑。

在步骤(3)中在立柱抱柱箍外侧焊接限位装置，摒弃传统的限位结构通过植筋与原承台结构连接的方式，利用墩柱外侧的钢抱柱箍，将限位结构与混凝土墩柱形成整体。这种设计可以节省限位结构的用钢量，但安全性却比传统方法有较大提高，具有很高的性价比。

由于大跨度连续箱梁受温度变化，温度应力会产生水平位移。限位装置其结构的设计既要考虑能保证桥体的温度自由伸缩的水平位移，又要考虑克服由于顶升可能造成的偏移。故限位装置与梁体的安装预留间隙要通过计算后，精确预留。在本实施例工程纵向限位预留3cm的间隙，横向限位预留1cm的间隙，限位的间隙可以通过增加钢板进行适当调整。

限位装置12的安装应该注意以下问题：1)构件的组装应在部件组装、焊接矫正后进行，组装顺序应根据结构型式、焊接方法和焊接顺序等因素确定。2)钢结构的构件安装就位后，应立即进行校正、固定。3)限位钢结构需安装垂直。4)箱梁与限位装置接触部位之间涂抹黄油，以减小磨阻力。限位装置安装后如图10、11所示。

在步骤(4)中顶升千斤顶作为桥梁顶升的顶力提供设备，随动千斤顶作为顶升时顶升千斤顶的保护装置以及作为顶升千斤顶收缸时的临时支撑装置。在安装顶升设备与随动千斤顶时分别在顶升设备与随动千斤顶的上下放置钢板16，顶升过程中顶升千斤顶与随动千斤顶同时受力。更换垫块时顶升千斤顶与随动千斤顶分别机械受力进行交替更换。

顶升千斤顶选用参数：200吨、63Mpa、高366mm、底径244mm、行程最大140mm；每个桥墩上布置多台顶升千斤顶，以便满足顶升自重荷载，本工程顶升千斤顶的特点是在每个油缸千斤顶上都安装了一个平衡保护阀。平衡保护阀为无泄漏锥阀结构，有4个主要功能：第一个功能是平衡油缸的负荷压力，使带载下降的顶升油缸不至失压下滑，即使在油管破裂时也不会让工件跌落；第二个功能是保护油缸不发生过载，当油缸内的压力超过调定压力时，均载阀能自动开启，卸掉过高的油压，使各油缸载荷均衡，均载阀为板式连接，可以直接安装在油缸上，最大限度地减少了外接管道带来的麻烦；第三个功能是进油调速功能，避免系统在同步顶升和同步降落时切换液压波动过大对负载造成的重大影响。第四个是当多个带平衡阀的油缸同时支撑一重载时，当需要同步下降时，载荷较大的油缸会先打开(重载先开功能)，真正意义上确保了系统可靠的同步降落功能。以上四点功能是普通液控单向阀(液压锁)所不能解决的问题。

顶升千斤顶，缸体带自螺纹机械装置，当千斤顶顶升到一个行程后，顶升千斤顶打开自螺纹装置并旋紧，此时顶升千斤顶除当作液压顶外还是一个机械顶。即使液压失效，液压顶仍可按机械顶使用，保证了更换跟随顶垫块时的绝对安全。

随动千斤顶提供一种在油缸的油压突然消失时仍能有效支撑重载工件、避免工件滑落的机械式随动支撑机构，顶升油缸的附近有一个或数个随动机械支撑千斤顶，随动机械支撑千斤顶轻轻抵住重载工件并与油缸的顶升过程同步，随动重载移动，随动支撑背景螺杆的结构随动；随动机械支撑千斤顶上挂有一个承载圆螺母，圆螺母的外侧制成齿轮，一个伺服电机通过齿式传动机构，带动重载螺母旋转；在支座上安装有测微计，不断测量重载螺母与支座间的间隙，以判断螺杆与重载工件的跟踪状态，测微计测得的跟踪误差信号，输入到控制回路，驱动伺服电机带动螺母旋转，推动螺杆升降，不断消除跟踪误差。一旦油缸突然失压，螺母来不及旋转跟踪，随动支撑螺杆便可自锁保持，有效支托重载工件，避免重载滑落，保证了重载工件顶升的安全性。此处的随动机械支撑千斤顶机还作为临时支承，提供一种在油缸的油压突然消失时仍能有效支撑上部桥升桥梁、避免上部桥梁滑落的机械式随动支撑机构。所以要克服液压的泄漏等问题，随动顶受重载时必须是机械螺杆受力。

安装千斤顶(包括顶升千斤顶与随动千斤顶)时因注意：为便于顶升操作(垫块倒运方便)，所有千斤顶均倒置安装在箱梁底部，即千斤顶底座固定在连续梁下方，千斤顶随箱梁的升高而上升。千斤顶安装时应保证千斤顶的轴线垂直。以免因千斤顶安装倾斜在顶升过程中产生水平分力。切割墩柱顶部后，墩顶与箱梁间隙较小，所以千斤顶倒置时与上部箱梁无法像传统方式那样通过植筋或打膨胀螺栓的方法进行连接。

千斤顶(包括顶升千斤顶与随动千斤顶)布置时注意：千斤顶放置切割后的桥墩顶部，根据每个桥墩上部荷载的重量，顶升千斤顶的顶力荷载配置要保证顶升安全储备系数不小于荷载的1.7倍，同时根据墩顶的水平空间限制，布置不同型号的千斤顶。墩柱顶部同一个支座位置千斤顶分成一组，每个墩柱分成两组，每一个千斤顶组作为一个位移控制点；全桥根据墩柱数量分成n×2个位移点。全桥顶升时所有位移控制点同步进行顶升。随动螺旋机械千斤顶和顶升千斤顶分组对应分组，自成一个体系，千斤顶布置可参见图14所示。

本实施例中千斤顶安装如下：先在千斤顶底部安装一钢板(钢板与千斤顶通过埋头螺栓连接，螺栓头部不露出)，使钢板与千斤顶连成一体，然后钢板与上部箱梁用粘钢胶粘住(千斤顶伸出预压)，当顶升完成后，拆除千斤顶(此时千斤顶上的钢板仍与上部结构粘在一起)，最后对钢板切割拆除。对于主墩随动千斤顶的运输：主墩随动千斤顶靠外侧较远，且空间仅有40cm，所以安装时在其下安装钢板滑移到指定位置。

在步骤(8)中对顶升后的桥墩进行接高时(以桥墩为例，如图15至图18所示)，顶升到位后，临时支撑垫块不拆除，对原立柱钢筋接高后，将钢支撑垫块包在混凝土立柱之内形成组合立柱结构，完成顶升工作。顶升接高顺序：1)顶升到位后，先把支座安装好并把整个桥梁落到随动千斤顶下的垫块，然后拆除顶升千斤顶及其下面的垫块；2)对支座下的各个临时支撑垫块之间进行焊接连接，最上面的垫块进行防锈处理；3)对墩柱的钢筋进行接高，并对墩接高的钢筋进行绑扎(在垫块上焊接钢筋)；4)对墩柱浇筑混凝土接高。

Claims

1.一种大跨径超重连续箱梁整体顶升改造方法，其特征在于，该方法包括以下施工步骤：

(1)对桥墩顶部进行切割，其中先对墩柱顶部进行承压计算，承压值满足顶升要求则直接对桥墩顶部进行切割，承压值不满足顶升要求对桥墩的墩柱进行砼加粗、实施钢抱箍施工后再对桥墩顶部进行切割，在对桥墩顶部进行切割分两步进行：a.用金钢链绳锯和水钻相结合对桥梁支座四周的桥墩顶部混凝土进行切割，切割完毕后，采用高强度聚合物水泥砂浆对切割下部的混凝土进行找平，找平完后安装顶升千斤顶，安装完顶升千斤顶后，对顶升千斤顶进行预加70％的力并把顶升千斤顶自带的自螺纹装置旋紧；b.顶升设备预紧桥梁上部结构后，对桥梁支座正下方的桥墩顶部混凝土进行切割，然后取走桥梁的固定或滑动支座，对支座下部切割后的混凝土进行找平，找平完后安装随动千斤顶；

2.如权利要求1所述的一种大跨径超重连续箱梁整体顶升改造方法，其特征在于，所述步骤(1)中以桥墩顶面为反力基础，并对桥墩的墩柱进行砼加粗、实施钢抱箍施工，具体为：对桥墩墩身表面凿毛，扩大墩身的钢筋进行植筋及钢筋绑扎，立模外包钢板，由桥面上泵送浇注混凝土，在混凝土外再安装钢板，接高至切割的位置即可。

3.如权利要求2所述的一种大跨径超重连续箱梁整体顶升改造方法，其特征在于，所述步骤(1)中在桥墩顶部，利用现有桥墩平面尺寸安装顶升千斤顶及随动千斤顶，并在顶升千斤顶与随动千斤顶时分别在顶升千斤顶与随动千斤顶的上下放置钢板。

4.如权利要求3所述的一种大跨径超重连续箱梁整体顶升改造方法，其特征在于，所述步骤(8)中顶升后的桥墩进行接高顺序：1)顶升到位后，先把支座安装好并把整个桥梁落到随动千斤顶下的垫块，然后拆除顶升顶升千斤顶及其下面的垫块；2)对支座下的各个临时支撑垫块之间进行焊接连接，最上面的垫块进行防锈处理；3)对墩柱的钢筋进行接高，并对墩接高的钢筋进行绑扎(在垫块上焊接钢筋)；4)对墩柱浇筑混凝土接高。