1、合肥某立交桥始建于2006年,为部分互通立交桥,在合作化南路西侧设置一处上匝道,东侧设置一处下匝道,均为双车道。本次设计的合作化南路高架六车道跨过休宁路口后加宽至八车道,其中中央分隔墩两侧四车道落地,东西两侧的两车道高架接入现状道路两侧上下匝道。
2、改造桥梁现状
E匝道现状需改造的匝道共3联,跨径布置分别为2×22.75米、1跨14.5米、2×20米,均为普通钢筋混凝土箱梁。宽均为8.5米,梁高1.7米。下部结构为钢筋混凝土柱式桥墩,墩身尺寸1.2×1.5米,顶部做扩大头。基础为钻孔灌注桩基础,桩径1.8米,承台为圆形直径3米,高2米,桥台为一字墙桥台,钻孔灌注桩基础,桩径1.2米,共两根。
F匝道现状需要改造的匝道有两联,其中5×19米一联为普通钢筋混凝土箱梁,宽均为8.5米,梁高1.7米。下部结构为钢筋混凝土柱式桥墩,墩身尺寸1.2×1.5米,顶部做扩大头。基础为钻孔灌注桩基础,除P5桥墩桩基直径1.8米外,其余均为1.2米直径两颗,承台尺寸5.5×2.2×2米,P5桥墩承台为圆形直径3米,高2米。桥台为一字墙桥台,钻孔灌注桩基础,桩径1.2米。
由于现状00路—00路立交中合作化南路方向两匝道在南二环路落地,无法与新设计高架匝道相接,本次需对该两匝道部分联段进行顶升处理,与新设计的匝道相接。
3、改造内容
E匝道:三联梁体均需整体抬升,并在竖向平面内转动;下部结构桥墩需破除部分现状桥墩,相应增加墩身高度;桥台需破除现状桥台台身,重新浇筑墩身、承台。
F匝道:5×19米连续梁均需整体抬升,并在竖向平面内转动;下部结构桥墩需破除部分现状桥墩,相应增加墩身高度;桥台需破除现状桥台台身,重新浇筑墩身、承台。
E、F匝道支座垫石及梁底楔形块需重新调整、更换。桥面铺装、伸缩缝、部分防撞墙、泄水管、路灯等管线均需相应改造。 二、总体方案概述
1、临时钢管支撑设计
根据设计图纸提供的支反力,承台、墩身平面尺寸位置及原设计图纸反映的地质情况,初步计算后拟确定E匝道需顶升的三联采用直径1.2m桩基,桩长9-10m,底部桩头扩大,P0共2根,P1-P4墩身各4根,共计18根;F匝道P0共2根,总计20根桩基。E、F匝道P5墩身高程因无变化,千斤顶布设在墩身顶。F匝道P1-P4开挖露出承台后,植筋重新浇注混凝土将承台扩大。进行顶升采用的支撑立柱采用直径630mm螺旋钢管。注:因设计图中无地质土层力学指标,以上临时支撑基础形式为暂定设计,待进场后需对E、F匝道进行地质勘探后,最终确定基础形式及工程量。
2、千斤顶选用及安装
采用200吨的液压千斤顶,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,数量共20套,备用千斤顶10套。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。千斤顶的上下均设置钢垫板以分散集中力,保证结构不受损坏。千斤顶吊顶钢板与梁底用楔形钢板垫实,梁底用高标号砂浆找平。
顶升流程图 顶升准备 监控系统 配套测试 同步顶升系统 配套测试 设定一次行程 同步顶升 否 是否到达行程 否 是 安装临时支撑 油缸缩缸 全 全 过程支墩保护油缸下加垫块 重复顶升、缩缸等过程 过程实时监控 是否到达预订施工所需高度 是 固定临时支撑 柱加高加固 拆除临时支撑
3、纵横向限位装置
由于E匝道顶升桥梁为三联同步顶升,横向有多条伸缩缝,E、F匝道桥梁结构纵坡较大,顶升后其稳定性较差。根据现状桥梁结构情况,在顶升过程中必须采取额外的加固限位措施,防止因意外发生侧向移动和倾斜等情况的发生。
1)纵向限位装置:在梁体上安装钢结构纵向限位装置,将E匝道ED1、ED2、ED3联梁连接在一起。
2)横向限位装置:在E、F匝道P0、P2、P3、P5号台帽及墩身上用型钢安装横向限位装置(随桥梁顶升高度增加)。
3)防纵向下滑限位装置:在P0台帽处安装H型钢桁架,底部固定在台帽及背墙上,预留安装2台200吨千斤顶,防止梁体在同步顶升过程中下滑。
4、有限元分析
由于顶升桥梁重量较大,且支撑系统构件众多,恒载在各构件间的分配和传递复杂,因此在顶升施工前非常有必要分析梁体和各构件的应力分布和变形特征,以保证梁体结构不会在顶升过程中破坏。
5、PLC控制液压同步系统
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、过程现实、故障报警等多种功能。
系统特点:采用Windows用户界面的计算机控制系统;整个操作
控制都通过操纵台实现,操纵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。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;所有油缸既可同时操作,也可单独操作;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。
6、支反力测试
先做稳压试验,油缸、油管、泵站操作台、监测仪等安装完毕检查无误;按计算荷重的70%~90%加压,进行油缸的保压试验5小时;检查整个系统的工作情况,油路情况;再进行测试。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,测试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。为观察顶升处是否脱离,需用百分表测定其行程。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,最终由项目领导小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。
7、顶升
在顶升前须对原桥梁结构现状线形进行全面测量,以便后续顶升对比参照。试顶升后,观察若无问题,更进行正式顶升,千斤顶最大行程为150mm,每顶升标准行程为100mm,最大顶升速度10mm/min,倒顶时所需的临时支撑位于墩身顶。
1)在各墩身与桥台位置按设计计算布置千斤顶与顶升支撑。 2)在梁体上安装纵向限位装置,将E匝道ED1、ED2、ED3联梁连接在一起。
3)在E、F匝道P0、P2、P3、P5号台帽及墩身上用型钢安装横向限位装置(随桥梁顶升高度增加)。
4)顶升,由于千斤顶的最大行程为150mm,而桥梁的顶升高度最高达到4.3m。因此,需要多次顶升循环,才能完成整个顶升施工。每当千斤顶达到行程时,采用支撑钢构件临时将桥梁支撑,然后回缩油缸,垫高千斤顶下的支撑构件,再开始下一循环的顶升,支撑垫块采用钢管节段,节段纵向通过法兰连接。首先梁体同步顶升1.7m,凿除P5梁体端部部份混凝土;然后比例顶升及下降,调整梁体达到设计坡度,使其标高分别高于设计标高50cm。
5)拆除墩身及桥台,重新施工接高墩身,进行支座更换,待墩身混凝土达到设计强度后,进行落梁。
8、落梁时施工方法与顶梁方法相同,只是千斤顶行程相反,回缩油缸。落梁也需要多次循环就位,当梁体落到离支座面间隙达到5mm左右时,停止落梁,对梁体标高及坐标进行测量是否达到设计值,
如未达到设计值,查找原因进行顶升调整,满足设计要求后最后进行整体落梁。
9、梁体纠偏处理
当梁体结构在顶升或落梁过程中监测如发现梁体结构三维坐标与设计坐标相差较大时,就必须停止顶升或落梁。对梁体进行纠偏处理,纠偏处理可利用P0墩处防下滑千斤顶、纵横向限位装置及备用千斤顶进行纠偏处理。在纠偏过程中必须对梁体应力状况进行严密监控,防止出现应力过大,使梁体受损。
10、支座安装:为保证落梁时各支座受力均匀,在支座安装时用锥形钢板抄垫,使支座上钢板充分与梁接触,对支座下钢板用高强度灌浆料填塞。 三、施工监控
顶梁过程中,虽然采用了PLC控制液压同步系统进行顶升操作,但各千斤顶顶升速率仍有可能存在差异,将导致梁体出现相对位移差,并有可能使结构受到损伤。因此,对顶升过程实施监控十分必要。梁体结构监控包含竖向位移监控、纵横向位移监控及应力监控。临时支撑系统监控主要包括基础沉降观测及支撑钢管应力监控。 1、监控设备
竖向位移及沉降监控采用天宝DINI03电子水准仪 每公里往返水准观测精度达0.3mm,最小显示0.01mm。 纵横向位移监控采用徕卡TM30高精密全站仪 测角精度0.5″
测距精度0.6mm+1ppm
应力监控采用HC-1202型钢弦式表面应变计 标准量程:3000με 分辨率:1με 2、布点设置
按千斤顶顶升布置位置及箱梁结构,竖向及纵横向位移点设置在梁顶端部及跨中区域;基础沉降观测点设置在混凝土基础面上;梁体应力测试点设置在梁体顶升端、跨中区域外侧底板及腹板等关键断面上;支撑钢管应力测点布置在钢管立柱表面。具体测点数量及部位详见附图。 3、数据观测采集
在顶升整个施工分多阶段进行,每阶段施工完毕后,将千斤顶锁定,分组采集竖向、纵横向位移读数,对梁体上和支撑钢管立柱上应变计分别汇集编号,通过数据采集系统,可实现多测点应力的自动采集和实时监控,每阶段观察5-10分钟。同时也将根据设计计算可能出现应力最大时段等重要阶段进行监控。
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