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【工程案例】某斜拉桥引桥同步顶升支座更换!


一、工程概述

苏州绕城高速公路尹山大桥引桥为上下行、左右幅分离的两幅桥梁,桥面全宽36.5 m。每幅桥面全宽16.75 m,桥面横向布置为0.5 m(护栏)+15.75 m(行车道)+0.5 m(护栏)。引桥分为四联,桥跨布置为4 X30 m+4×30 m+40 m+4×30 m。在桥梁养护检查中发现,尹山大桥引桥左幅4号墩(第一联与第二联之间的过渡墩)上的原盆式支座存在偏位现象,支座钢板严重锈蚀,外侧原GPZ(Ⅱ)3.5SX支座的盆腔内橡胶被压溃,支座失去使用功能并造成箱梁一侧下沉,支座上、下钢盆靠紧且已翘曲变形。经分析,支座病害应是引起桥面高差和伸缩缝屡修屡坏的根本原因,且会引起箱梁内力发生变化,对结构受力安全不利。同时,鉴于该桥的地位,为满足交通运输的需要,支座更换中应尽量不中断桥面交通或进行部分交通管制,对支座的更换施工提出了更高要求。为此,采用STLP-20计算机控制同步顶升梁体的方式,对4号墩处的病害支座进行更换。

二、桥梁同步顶升系统

本次采用STLP-20计算机控制同步顶升、下降液压系统为原装进口设备,配备有先进的高精度位移传感器、压力传感器、电磁阀、输入、输出软件模块、多点控制同步顶升,自动显示顶升力和顶升高度数值;在桥梁更换支座和桥梁抬高工程中,采用STLP-20计算机控制同步系统,并配有大吨位薄型油缸(均为原装进口),每台千斤顶的承载能力为1 500 kN,本体高度100 mil,外圆直径216 mm,每次顶升高度16 mlTl,工作压力700 bar(70 MPa),配有先进高精度位移传感器、压力传感器、电磁阀等,同步顶升、下降系统由高压液压泵、油缸、电磁阀、油管等组成,sTLP一2O控制系统根据不同测点回馈的脉宽调制信号,控制数十个油缸带载顶升的速度,实现数十个油缸同步提升动作。由于采用计算机控制同步顶升、下降系统,具有科学性、安全性,对桥梁在顶升过程中为防止各点不同步顶升,发生内力变化而产生裂缝,起到了很好的保护作用,极个别油缸(千斤顶)发生过载时或意外,由计算机控制同步位移起到了报警和锁定作用。

三、 施工方案

1、施工步骤

施工准备一搭设脚手架,布置支撑点一安装千斤顶及同步设施一设置监控系统一试顶升、称重一同步顶升梁体一顶升就位后安装预制好的l临时支撑一第一次落梁一支座更换施工一再次同步顶升一放置支座一落梁。

2、 工艺说明

(1) 搭设施工脚手架、清理梁端垃圾在桥下3号,4号,5号墩处搭设脚手架,便于施工人员和监控人员通行,以及顶升设备安置,同时便于对箱梁梁体及墩柱进行检查。脚手架高度根据实际墩柱高度以及人员操作便利确定。平台的平面尺寸为1 000 cry(横桥向)×600 cm(顺桥向),平台与地面之问搭设100 cm宽的阶梯通道,以便于人员行走、设备运输与摆放、线路铺设及监控等。脚手架平台距箱梁底面的距离控制在175 cm左右。

(2)千斤顶及临时支撑安装因柱顶平面尺寸较小(支座垫石占据了柱顶的大部分面积),千斤顶与临时支撑无法直接安置在墩柱顶面,经过现场初步查看,从施工可操作性、经济性等方面考虑,初步认为没有必要采用托架体系或者钢柱支架体系来顶升。为了满足千斤顶和I临时辅助支撑安置的平面空间需要,在安置前先对原支座垫石进行增大处理,将垫石的横桥向两个侧面同时扩大,其中外侧面扩大至墩柱侧面。受桥梁建设时期施工质量差异性影响,各支座垫石距墩柱侧面的实际横桥向距离会有所差异,需要在工程实施后对每个垫石进行仔细测量后确定增大部分的尺寸。目前支座垫石顶面至梁底楔形块底面的净距为11.5 cm,为了满足千斤顶和临时支撑安置的高度需要,施工时对垫石高度做适当的降低处理,即对原垫石顶面向下精凿4 cm~5 cm,然后对顶面采用结构胶进行批嵌、找平,使得平整度高差在1 mm之内且水平。垫石扩大部分的顶面与修正、调平后的原垫石顶面齐平。由于必须在桥面通车条件下顶升箱梁,为尽量保证顶升期间箱梁的支承位置不发生变化,不改变活载作用下的箱梁内力状态,千斤顶与临时支撑需要安置在每块垫石的横桥向两侧。根据原支座设计吨位(3 500 kN),在左幅4号墩的每块垫石两侧分别安置两个千斤顶和一个辅助支撑,千斤顶设计吨位为150 t。千斤顶、临时支撑顶、底面均设钢垫板,钢垫板规格为300 mm×300mm×30 mm,千斤顶中心应与下钢垫板中心重合。千斤顶轴线必须竖直,垫板必须水平。辅助钢支撑紧靠千斤顶布置。根据施工操作需要,千斤顶和辅助钢支撑的实际位置可适当偏移。对于顶升点处上楔形块底面不平整的情况,可先采用环氧结构胶逐层批嵌局部调平后,再垫置钢垫板,然后安装千斤顶和辅助钢支撑;对于顶升点处上楔形块倾斜或存在脱空病害的情况,需要视实际情况对楔形块进行凿除、修整等处理,以满足千斤顶安置需要。根据试顶升过程中的顶升位移和顶升力监测情况,结合施工操作需要,对千斤顶、辅助支撑的安置位置、数量以及连通方式进行适当调整,以实现位移同步和确保结构安全。在支座更换完成后,批嵌或立模浇筑结构胶以恢复原垫石尺寸。

(3) 箱梁顶升施工

在完成液压系统、控制器、千斤顶等设备的安装调试后,开始进行顶升施工。顶升过程采用顶升力和位移双控,当实际顶升力接近设计吨位(试顶升确定)时,放缓顶升速度,并由专人在顶升过程中试取原支座。当顶升至合适高度后,安置辅助钢支撑,辅助钢支撑与楔形块底面、支座垫石顶面之间分别放置3 cm厚钢垫板。辅助钢支撑可以微调,且采用机械锁定,防止锁定松动。

(4) 起顶力和顶升高度

为准确控制起顶力,保证梁体在安全受力的状况下完成整个顶升、持荷、落梁过程,在千斤顶安置完成后即进行试顶升,顶升力控制在1 mm以内,以4号墩处支座上、下钢盆脱离为准,此时的顶升力即为箱梁起顶力。为离散活载影响,在试顶升稳定后、桥面车辆通过的间隙记录千斤顶压力作为控制起顶力(即恒载支反力)。我单位采用先进的同步顶升控制系统和顶升设备,具有准确的称重功能,完全可以满足设计要求。根据以往同类、同跨径桥梁的顶升施工经验,为确保箱梁结构安全,顶升过程中4号墩处箱梁顶升的最大位移量为5 mm,横桥向顶升点之间的最大位移不同步量值为1 mm。为避免梁体开裂,4号墩处箱梁顶升高度应越小越好,以旧支座能取出,新支座能顺利安装为宜。

(5)持荷阶段施工顶升完成、箱梁稳定后,持荷阶段施工主要可分为两个部分内容:1)支座垫石、梁底楔形块维修处理;2)支座更换。

1)支座垫石、梁底楔形块维修处理(在此特别强调必须要保证调平质量)。为了确保支座均匀受压,本次维修时,将病害支座拆除后,检测其垫石顶面是否水平及有无破损,如果有病害,则采用结构胶进行修复,安装支座前将垫石顶面打磨、找平。对支座上钢板倾斜、地脚锚固螺栓缺失或上钢板与预埋钢板焊死的楔形块,根据实际情况考虑对原预埋钢板进行拆除,对混凝土楔形块进行凿除、修补、调平,然后恢复预埋钢板。

2)更换支座。a.新支座类型。更换支座时,其性能必须满足规范要求。其中左幅4号墩上的内侧支座采用GPZ(I/)3.5DX型(顺桥向能滑动,横桥向限位),盆式支座,现场实测原上钢板尺寸为620 mm×600 mm,下座钢板尺寸为520 mm×520 mm,滑移量4-100 mm,高度115 mm;外侧支座采用GPZ(1I)3.5SX型盆式支座,现场实测原上钢板尺寸为620 mm×500 mm,下座钢板尺寸为500 mill×500 mm,滑移量±100 mm,高度115 mm。新支座的安装和固定需要利用原有的预埋钢套筒,因此新支座钢板的螺栓孔位置需要根据现场具体情况来定制,但是4号墩GPZ(II)3.5DX,GPZ(II)3.5SX没有预埋螺栓,则采用上钢板与预埋钢板电焊焊死,而上钢板与下钢板平面相差4 mm~6 mm,给调平带来极大的难度。b.安装新支座。支座垫石、梁底楔形块等构件处理完毕且达到规范要求后,再次同步顶升梁体完成体系转换,然后在支座垫石上放置新支座。5-4—1号新支座安装措施需要在原支座拆除后做进一步检查,根据现场实际情况进行分析后确定。

3)落梁施工。落梁过程采用顶升力和位移双控。落梁前,检查各支座处垫石顶面与梁底楔形块底面之间的实际高度,并与理论计算值进行核对。先卸除临时支撑,再同步进行千斤顶回油。落梁过程中,严格控制同一桥墩相邻顶升点之间的顶升高差在1 mm之内,分5次落梁,每次1 mm。


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