城市多跨简支体系梁桥整体顶升施工过程控制技术
2024-03-24
来源:乌哈旅游
第41卷第5期 四川建筑科学研究 Sichuan Building Science 151 2015年10月 城市多跨简支体系梁桥整体顶升施工过程控制技术 肖 军 (成都交通投资集团有限公司,四川成都610000) 摘要:以成都市二环路北新立交高架桥整体顶升改造工程为例,介绍了桥梁同步顶升技术在城市立交改造工程 中的应用,重点阐述了桥梁同步顶升技术的监测内容及测点布置方案,监测结果均满足要求。为多跨简支体系桥 型整体顶升加固工程提供了一定的参考,同时也为相关工程改造设计及施工提供了有益经验。 关键词:桥梁;简支梁体系;整体顶升;施工控制 中图分类号:U 445.4 文献标志码:A 文章编号:1008—1933(2015)05—151—05 The construction process control of integrally jack・up for the urban multi-span simply supported girder bridge system XIA0 Jun (Chengdu Trafifc Investment Group Co.,Ltd.,Chengdu 610000,China) Abstract:Taking the reconstruction pr ̄ect of Bei Xin interchange viaduct in the second irng road of Chengdu as an example,bridges synchronous jack—up technique in the application of the city overpass project are introduced,which focuse on the monitoring of bridge sync jack—up technique content and layout of measuring points.The monitoring results meet the requirements.The multi—span simply supported girder bridge integrally jack—up provides certain reference for engineering,as well as provides the useful experience for relevant engineering design and construction. Key words:bridge;simply suppotred girder bridge;integrally jack—up;constuctrion control O 引 言 随着城市化进程的发展,由于下穿线路等级及 航道通航标准的提高,部分桥梁由于桥下净空不足 等因素需要对其进行技术改造或拆除,对结构功能 大变化,为此需要建立一整套监测系统对这些参数 进行实时监测,掌控关键受力构件的内力、位移变化 量方可在其出现异常时及时采取相应措施,以确保 顶升施工的质量和结构安全。 本文针对多跨简支体系梁桥,对其整体顶升施 工控制过程进行详细的阐述,以为后续类似工程借 鉴。 完好且各项指标仍能满足使用要求的桥梁,若进行 拆除重建将造成较大资源浪费。为此,桥梁顶升施 工改造作为一种新型的桥梁改造技术,有着显著节 约成本和缩短工期、不改变原桥上部结构受力特性、 1 工程概况 该工程为成都市二环路北新立交高架桥多跨简 支梁引桥改造工程,梁桥孔跨布置为:西引桥4×25 交通中断时间短、建筑垃圾少等优点,成为装配式简 支板梁桥进行改造的首选方案。 桥梁顶升过程是一个动态过程,随着梁体的顶 升,盖梁的竖向位移、主梁的竖向位移、主梁的纵向 变位、支架系统的内力均会发生变化;梁的支承点的 相对变化对梁受力状态会发生变化,从而梁的内力 和线形会发生变化;桥墩支架系统的平面位置、盖梁 in+30 in+2×25 in预应力混凝土简支空心板梁+ 主桥2×25 in+38.7 in+25 m+2×19.3 in+3×25 n预应力混凝土连续梁+东引桥6×25 iin预应力混 凝土简支空心板梁。高架桥按整幅桥设计,桥梁宽 度25 in,双向六车道,于2005年底建成通车。 该改造工程充分利用原有的空心板、桥墩盖梁、 部分桥墩及桩基等构件,根据设计本次需要顶升的 的平面位置和内力、主梁横向变位的偏差会发生较 收稿日期:2014-07-29 作者简介:肖军(1966一),男,四川成都人,高级工程师,研究方 向:市政桥梁工程运营维护与管理。 E—mail:51 1324910@qq.com 高度数据,采用两种不同的方法进行顶升,一种是对 于顶升高度较大(>50 cm)的墩,采用阶梯型分级 同步顶升盖梁方案;另一种对于顶升高度较小(< 50 cm)的墩,采用支座更换时同步顶升空心板梁然 152 四川建筑科学研究 第4l卷 后加高垫石的方案。改造后,桥梁平面线形和桥面 向下一5.0%纵坡调整为向上1.357%纵坡,同时采 用竖曲线半径调整为R=6000 m及R=13000 m,桥 宽度等指标不变,仅将两端引桥抬升,与新建的两端 高架桥相接,桥梁纵坡发生了改变,西侧引桥由向上 4.56%纵坡调整为向下一2.251%纵坡,东侧引桥由 、 梁线形改造情况如图1所示。引桥最大顶升高度为 O 桥台处,达6.7 m。 、 东引桥 ’、 西引桥 2 251% -●一 北新主桥 05% .1 375% -’' _改造 改造 / / \ \ \ 。 0# l 2 3 4 5 6 7# l6 17 18 19#20#: 桥台 注:墩号和盖梁编号一致。 图1 引桥顶升高度变化示意 Fig.1 The schematic diagram for jack-up highness of approach bridge 对于该桥具体监控目的体现在以下几点: 1)监控桥跨在顶升过程中梁体的应力变化情 况,确保梁体受力安全; 2)监控桥跨在顶升过程中盖梁的应力变化情 况,确保盖梁受力安全; 3)监控桥跨在顶升过程中支架系统的应力变 2.1 梁体及盖梁应力变化监测 应力监测是一个较长时问的连续量测过程,这 就要求采用方便、可靠和耐久的传感元件实时、准确 地监测结构的应力情况。目前,应力监测主要采用 电阻应变片传感器、钢弦式应变传感器等。在钢弦 式传感器中又可分为监测钢筋应力用的钢筋应力传 感器、监测混凝土应力用的埋人式应力传感器以及 量测表面应力的表面贴式应力传感器。由于本工程 属于改建混凝土桥梁工程,在应力监测手段上拟采 化情况,确保支架受力安全; 4)监控桥跨在顶升过程中盖梁、梁体的控制点 高程及平面位移变化情况,确保各千斤顶同步工作, 以及其平面位置的稳定; 5)监控数据同步反馈给施工单位,用于调整各 用表面贴式应力传感器,以避免对桥梁结构混凝土 的破坏。监测过程中应力监测元件采用表面贴式应 变计,顶升桥跨结构的各应力测点通过专用连接导 千斤顶的同步工作; 6)根据实测数据资料预测被顶升梁体下一步 的工作状态并对其受力安全性进行评价,对可能的 不安全因素给出预警。 线汇集于桥面测试工作站,通过综合自动化采集系 统实现应变数据的实时监测。 1)梁体应力变化监测点布置 本桥对0 桥台~4 桥墩、19 桥墩~22 桥台运 2 主要监测内容及测点布置方案 根据桥跨结构施工方法,本工程监控阶段分为 用钢管支架进行顶升,其余桥墩采用调整垫石的高 度以使桥面达到设计高程。选取顶升高度较大的桥 跨进行应力监控,西引桥选择第1—4跨跨中断面进 行应力监测,每断面对称布置4个应力测点,小计 16个应力测点;东引桥选择第19~22跨跨中断面, 每断面对称布置4个应力测点,小计16个应力测 准备阶段、梁体称重和试顶升阶段、正式顶升阶段、 落梁阶段。在施工各阶段通过对施工过程中的主 梁、盖梁及桥墩支架系统的应力、变形、竖向位置和 平面位置进行监测与理论计算结果比较分析,评价、 判断和控制桥梁工作状态。 点,则主梁断面共计布置应力测点32个。主梁应力 测点横向布置如图2所示。 图2主梁应力测点横向布置示意 Fig.2 The lateral layout for stress measuring points of girder 肖 军:城市多跨简支体系梁桥整体顶升施工过程控制技术 153 2)盖梁应力变化监测点布置 本桥对1 ~4 和l9 一21 盖梁跨中截面及悬臂 如图4所示。 段根部负弯矩区域进行应力监测,其余采用调整垫 块高度以使梁体达到设计标高,每个盖梁跨中上下 缘共布置4个应变测点,选取一个墩柱负弯矩区域 上下缘布置4个应变测点,两个引桥合计布置测点 56个。盖梁应力测试横断面及测点布置如图3所 示 图3盖梁应力测试横断面及测点布置示意 Fig.3 The layout for stress-test cross section and measuring points of bent cap 以西引桥为例,梁体及盖梁应力监测系统布置 图4梁体及盖梁应力监测系统布置示意(西引桥) Fig.4 The layout for stress monitoring system of girder and bent cap(for the west approach bridge) 2.2盖梁整体姿态情况监测 此外,在实施顶升过程中还对各简支跨墩顶支 座位置处梁体间缝隙宽度的变化情况进行了监测, 对梁端预应力钢绞线的张拉松紧程度进行观察,以 防止梁体问发生“顶死”现象及钢绞线张拉程度不 足导致桥面的位移情况异常。 2.3各墩柱顶升位置同步性监测 在顶升施工各阶段,为了掌握盖梁及桥梁整体 运行姿态及其空间位移的变化情况(高程及平面位 置变化),在顶升盖梁左右侧分别设置位移监测点, 同时在桥区设置永久测站及后视点,形成控制网。 采用“前方交汇法”进行测量,在顶升施工过程中监 控盖梁的位移情况,包括竖向、横向及纵向位移。 监控测点分别布置在1 ~4 、19 ~21 盖梁两 侧,西引桥计8个位移测点,东引桥计6个位移测 点。此外,还在0 台及22 台位置处钢结构分配梁 上各均匀布置了4个位移监测点,东西引桥桥台处 分配梁位移监测点共计8个,则全桥共计22个位移 测点。这些测点的主要测量内容为高程和平面位置 的实际变化情况,以掌握盖梁实际顶升的标高变化 情况并与设计值进行对比,并实时掌握盖梁的平面 位置,从而指导顶升施工。盖梁位移测点横向布置 如图5所示。 为实时掌握在梁体顶升施工过程中各顶升千斤 顶的同步性,在0 一4 、19 ~22 桥墩盖梁内外侧断 面处各安装一个位移测量装置(拉线式位移传感 器)进行实时观测,全桥共布置18个位移测点,并 在顶升过程中实时观测结果,进行分析评价,与设计 顶升位移相比较,一旦发现各位置变位出现较大的 不同步性,便及时提出预警,查明原因后再行后续的 施工过程。 3主要监测结果 3.1 引桥梁体及盖梁应力变化情况监测结果 在实施每一顶升过程中均对顶升的梁体和盖梁 进行了动态实时监测,对顶升到位的梁体和盖梁不 再进行应力跟踪监测。应力跟踪监测结果表明:在 图5盖梁高程及平面位移测点横向布置示意 Fig.5 The Lateral layout for measuring point of elevation and plne displacement of benta cap 引桥顶升施工过程中,顶升梁体和盖梁应力的阶段 变化值和累计值均在±1.5 MPa以内,且始终没有 发现异常现象,说明整个施工期间引桥梁体和盖梁 结构受力始终处于安全范围。梁体及盖梁应力变化 l54 四JlI建筑科学研究 第41卷 监测成果见图6~图9(本文只绘出第一跨梁体及 1 盖梁应力监测结果)。 末肾 蠊 索爵 蠊 +跨中上缘 散肾 n妹 十跨中下缘 散隧 球 索酵 n瓣 索藩 聩 索肾 拣 索群 ∞躲 散隧 蠊 索肾 0_【精 臀 H 缺 末群 蛱 束臀 n_【瓣 图6盖梁应力的阶段变化值 隶臀 球 末臀 躲 Fig.6 The periodical change values of t末 秧 he bent cap stress 瞽 =歌 ∞一垛 索督 躲 04 肾 0 躲 0.2 0.0 J 一0.2 .0.4 图7梁体应力的阶段变化值 Fig.7 The periodical change values of the girder stress 趔.l 0.2 : 图8盖梁应力的累计变化值 Fig.8 The cumulative change values of the bent cap stress 图9梁体应力的累计变化值 Fig.9 The cumulative change values of the girder stress 3.2 引桥盖梁高程及平面位移监测结果 为掌握西引桥盖梁在顶升施工过程中的实际位 移变化情况,对0 桥台钢分配梁和1 ~4 顶升盖梁 内外侧的位移进行监测。监测结果表明,西引桥顶 升施工过程中,O 桥台钢分配梁和1 ~4 顶升盖梁 整体位移情况比较平稳,姿态运行正常;西引桥顶升 到位后的桥梁姿态情况如下:臀 一精 拣 警 一捺 束肾 n蠊 1)0 台钢分配梁及各顶升盖梁(1散 墩~4 墩)姿 球 隶臀 躲 隶肾 蠊 隶 n瓣 态基本正常;隶鼙 躲 索臀 蠊 柬臀 2)顶升到位后,除0 台钢分配梁外,其余1捧 索臀 n抟 束督 ∞躲 索 躲 ~ 4 墩柱内外侧累计顶升高差均在5 mm以内;柬肾 精 索瞥 。H瓣 最臀 躲 3)0 台钢分配梁左右侧平均高程差为10 mm;肾 HH瓣 群 ∞妹 散瞥 2躲 束群 瓣 散醉 El拣 4)顶升到位后,各控制点横向最大偏位均在l0 求肾 0 涨 =涨 索爵 躲 隶 _【躲 mm以内;纵向最大偏位除2 墩外侧稍大外(15 誉 _【豫 索 躲 索肾 =摭 隶醉 c1抟 mm),其余均在10 mm以内。索臀 ∞_【躲 索 【_聩 束 =躲 臀 0 嘏 臀 球 索群 H顶升施工过程西引桥整体运行姿态得到了很好 N躲 索睁 _ 的控制,各盖梁内外侧墩柱顶升高差、顶升盖梁的纵 赦馨 撩 隶 =躲 嗽肾 高瓣 隧 ∞ 精 横向偏位值均处于预警范围内。柬臀 精 求 N般 索 躲 束肾 躲 臀 0N球 为掌握东引桥盖梁在顶升施工过程中的实际位 移变化情况,对22 桥台钢分配梁和l9 ~21 顶升盖 梁内外侧的位移进行监测。监测结果表明:东引桥 顶升施工过程中,22 桥台钢分配梁和l9 ~21 顶升 盖梁整体位移情况比较平稳,姿态运行正常;东引桥 顶升到位后的桥梁姿态情况如下: 1)22 台钢分配梁及各顶升盖梁(19 墩~21 墩)姿态基本正常; 2)顶升到位后,除22 台钢分配梁外,其余19 ~21 墩柱内外侧累计顶升高差均在5 mm以内; 3)22 台钢分配梁左右侧平均高程差在10 mm 以内; 4)顶升到位后,各控制点横向最大偏位均在5 mrrl以内;纵向最大偏位除2O 墩内侧稍大外(17 mm),其余均在15 mm以内; 5)顶升施工过程东引桥整体运行姿态得到了 很好的控制,各盖梁内外侧墩柱顶升高差、顶升盖梁 的纵横向偏位值均处于预警范围内。 3.3 引桥各墩柱顶升位置同步性监测结果 为掌握墩柱顶升的同步性情况,采用拉线式位 移传感器对东西引桥各顶升墩柱和桥台处钢分配梁 进行顶升位移监测,顶升施工过程中对每个顶升位 置的同步性进行实时的监测。通过监测可知,各墩 柱和盖梁内外侧同步性较好,大部分工况下的同步 性能够控制在±10 mm以内(换算至内外侧双柱墩 顶处的高差为±5 mm)。 在实时顶升过程中,该同步性监测系统多次对 顶升千斤顶的同步性进行了实时预警,施工单位在 收到预警情况后对顶升系统进行及时检查,查明原 因后再实施下一步顶升作业,确保了顶升系统的可 靠性和桥梁顶升过程姿态运行的同步平稳性。 4 主要结论 本引桥的整体顶升为新型施工方式,较新建桥 肖 军:城市多跨简支体系梁桥整体顶升施工过程控制技术 155 梁不仅缩短了施工周期,减小了施工对交通和周围 环境的影响,而且节约了建筑成本;但是,较新建桥 梁的不确定因素复杂,工序较多,因此施工控制是本 桥的重要工作。施工监控对于本桥的成功建成起到 重要作用。本桥的施工控制技术也表现出自身的特 色。通过具体工程实践,获得如下几点结论: 针对成都二环路北新立交引桥整体顶升项目施 工特点而确立的施工控制的方法、原则和系统结构 及其实施证明是正确、可靠和完善的,适应于这类施 工特点桥型的施工控制技术要求。通过施工控制工 作,为实际了解多跨简支梁桥顶升过程中的结构行 为提供了施工全过程信息,对该类桥型的加固改造 设计及施工提供了有益经验。 参考文献: [1]周俊.旧桥整体顶升施工及监测技术[J].建筑・建材・装 1)整个顶升施工过程中,梁体和盖梁的受力是 安全的,支架系统的受力是安全的,盖梁、梁体的控 制点高程及平面位移正常,各顶升盖梁和桥台分配 梁的姿态正常; 2)顶升施工过程中全桥的同步性得到了良好 的控制; 饰,2010,11(1):7l_74. [2]朱恒璋.大位移整体顶升法抬高简支梁桥施工工艺[J].广东 公路交通,2011(3):18-20. [3]徐志元.佛开高速公路大修工程桥梁整体同步顶升技术[J]. 公路与汽运,2011(3):168-170. [4]林耿雄,姜海波.桥梁顶升技术的探讨[J].广东建材,2008 (1O):65-68. 3)本桥监控过程建立的预警系统是可行的,对 施工过程不安全状态给出了及时有效预警; 4)顶升到位后的梁体、盖梁混凝土构件表面未 见可见裂缝;钢结构盖梁及墩柱表面未见锈蚀;橡胶 支座状况较好,未见剪切变形、移位等病害。 [5]韩振勇.同步顶升技术在旧桥改造工程中的应用[J].城市道 桥与防洪,2006(5):164・167,174. (上接第137页) 器,加热自来水补水。 空压机的余热利用方案,即通过对厂区内用热需求、 余热资源进行量化分析,找出最优化的空压机余热 利用方案。 基于软化水箱温度情况,对空压机余热回收系 统方案进行优化。空压机余热回收经过二级回收, 初级回收加热自来水,二级回收加热水箱中软化水。 3台螺杆式空压机由1台热能输出模块控制,螺杆 式空压机出水温度80 ̄C。一次侧热水首先经过一 级板式换热器,与软化水箱中的低温水进行热交换, 通过初步测算,空压机余热利用系统年节能量 为249万kwh。 参考文献: [1]王忠海.空气压缩机的余热利用[J].液压与气动,2009(3). [2]姚晶宏.空压机节能的新方式[J].节能与环保,2OLO(5). [3] 张[4] 张玮,李广华.空压机热能回收与应用的探讨[J].科技创新 浩,闵圣恺.空气压缩机的热回收改造实践[J].上海节 与应用,2o13(13). 能,2009(2). 以充分利用高品位的余热资源,二次侧水升温至 60℃。经过热交换后的一次水再经过二级板式换热 [5] 张庆营,张新明,孟令枫.空压机余热在中央空调节能设计中 的应用[J].建筑节能,2OLO(4).