济南顶升.docx
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济南顶升
顶升方案
一、总体方案
燕山立交改造工程也是本项目的关键工程之一,为提高纵断面线形设计标准,提高景观效果和行车舒适性,本设计采用燕山立交桥梁改造方案,即把燕山立交北侧的3联170米的桥梁进行顶升,使旧桥标高达到本项目的设计标高,然后与本项目桥梁连接为一体。
由于顶升范围的桥梁位于燕山立交变宽段上,桥梁宽度由26米~47米不等,桥梁上部结构自重大,顶升难度也较大。
由于该桥梁设计为左右两幅,在顶升时,可对左右两幅桥梁单独进行顶升,以减轻顶升重量,降低施工难度。
第一联,每幅共三跨,每跨20米,共(3×20=60)60米,重约2060吨,每排用三个千斤顶,共4×6=24个120吨液压千斤顶,总顶升力120×24=2880吨;第二联,每幅共三跨,每跨20米,共(3×20=60)60米,重约2730吨,宽端每排用6个千斤顶,窄端每排用4个千斤顶,共6×5+4=34个120吨液压千斤顶,总顶升力120×34=4080吨;第三联,每幅共2跨,每跨25米,共(2×25=50)50米,约2680吨,每排用6个千斤顶,共6×3=18个120吨液压千斤顶,顶升量为0的一端用扁型千斤顶。
总顶升力120×30=2880吨。
左右两幅顶升完成后,再对中间部分的悬臂进行结构恢复施工,保证旧桥基本功能的发挥。
1、顶升前如下图所示:
为了满足满足燕山立交跨线桥的3联170米的改造,需要对其9个墩位进行顶升。
墩位K8+665.779处顶升高度4.139米;墩位K8+685.779处顶升高度3.569米;墩位K8+705.779处顶升高度2.998米;墩位K8+725.779处顶升高度2.428米;墩位K8+745.779处顶升高度1.875米;墩位K8+765.779处顶升高度1.287米;墩位K8+785.779处顶升高度0.716米;墩位K8+810.779处顶升高度0.358米;墩位K8+835.779处顶升高度0米。
同时,为了使的改造后的跨线桥能与旧桥连接顺畅,在墩位K8+785.779与墩位K8+835.779设置半径为3500米的竖曲线。
顶升后如下图:
2、整体顶升工艺流程
燕山路混凝土连续梁整体顶升的主要施工步骤分为施工准备、塔架、顶升系统设备运输及组装、预备顶升、正式顶升、顶升监控、接长墩柱、落梁就位、辅助设施、成桥试验等工序。
施工准备包括现场临时用水、临时用电、临时房屋的设施布置、起重塔架的定位测量、桥面钻孔的定位测量、桥面钻孔护边等工序。
整个顶升系统包括托梁、横梁、钢绞线、精制螺纹钢、千斤顶、液压系统、液压控制系统等设备。
采用千斤顶组合,计算机控制,液压同步提升。
连续梁顶升到位,原来的墩柱有待接长,桥台要拆除改建墩柱,等支座处理好后落梁至该支座的原来位置,即和旧桥保持平顺连接。
二、墩柱设计建议及施工(包括桥墩截断和连接)
燕山立交跨线桥是利用顶升的方法来达到其要求墩位高度,墩位顶升高度从0.358米到4.139米不等,而千斤顶的行程有限,因此,建议顶升后接长桥墩设计为钢骨架接高墩柱。
具体实施方案:
在桥台上架设槽钢支架,支架根据桥墩的位置进行布局,尽量保持合理的距离,以便顶升阶段整体受力均匀。
槽钢之间也要建立固定连接,使它们成为一个整体,形成稳定安全的顶升平台。
然后利用千斤顶把整个梁顶升起一段高度,大约为两个千斤顶行程的高度,接入相应高度的钢骨架,完全固定以后,继续向上提高千斤顶的位置,往上顶升一段行程,再接入相应高度的钢骨架,依次类推直到达到设计墩位高度。
整个顶升施工中,在墩位K8+665.779和K8+685.779处需要做特殊处理。
1、墩位K8+665.779处
此墩位原为一桥台,为了在整个顶升过程中,使得所有顶升墩位能够统一进行施工,需对原先桥台置换成桥墩。
具体施工方案:
在桥台两侧以及支座周围设置支撑设备,尽量空出桥台中间位置,便于施工操作。
在桥台处的支撑设置妥当以后,把原桥台中间位置掏空,进行桥墩施工。
把原先桥台受力置换成桥墩受力。
2、墩位K8+685.779处
此墩位原为一扁形桥墩,不但影响这一联梁的整体顶升施工方案,而且也不美观,所以需要截断此处桥墩。
具体施工方案:
在墩位K8+685.779处的承台设置支撑装置,把此墩位桥墩所承受的荷载转移到支撑装置上。
然后,把原有桥墩截断,重新施工修建和其他顶升墩位一样的桥墩。
施工完毕以后,拆除支撑装置,以便利于将来整体顶升。
这两个墩位的改造大约需要10天左右,应先行施工,为以后整体顶升做好准备。
一方面利于以后的整体施工;另一方面也减少了租赁顶升设备的预算开支。
三、支承系统设计
支承系统设计是整个顶升施工的基础之一。
支承系统包括支承结构、临时垫塞和墩柱型钢骨架等。
1.支承结构
支承结构分为四顶支承和六顶支承,其立面和侧面如下图所示。
支承结构主要受力部件即承压构件是槽钢,采用槽钢作为竖向承压部件,用型钢搭建顶升支撑平台,其平面布置如下图。
单柱4顶式
单个墩柱周围设置4个千斤顶。
即:
用槽钢围绕墩柱搭建顶升支撑平台,槽钢主要受力部位合理分布在单个墩柱四周,以便放置千斤顶进行顶升操作。
双柱4顶式
两个墩柱周围设置4个千斤顶。
即:
用槽钢围绕两个墩柱搭建顶升支撑平台,槽钢主要受力部位合理分布在两个墩柱周围,以便放置千斤顶进行顶升操作。
三柱6顶式
三个墩柱周围设置6个千斤顶。
即:
用槽钢围绕墩柱搭建顶升支撑平台,槽钢主要受力部位合理分布在三个墩柱四周,以便放置千斤顶进行顶升操作。
2.临时垫塞
当千斤顶顶升一段高度或最大行程后,为保证连续梁稳定或千斤顶回落再顶,制作规定尺寸的混凝土垫块和临时钢塞片。
垫块是预先预制好的一定厚度的混凝土支撑块,临时钢塞片是较薄的钢垫片,以塞紧混凝土垫块和梁底之间的缝隙。
3.墩柱型钢骨架
当千斤顶顶升一段高度或最大行程后。
采用钢骨架做主要接高墩柱材料,如下图。
四、顶升系统设计
本工程采用的液压同步顶升技术是一项新颖的超大型结构顶升安装施工技术。
它采用多台千斤顶组合,计算机控制,液压同步不同量顶升技术。
结合现代化施工工艺,将千吨连续桥整体顶升到预定位置安装就位,实现大吨位、超大型构件高空整体同步顶升安装。
承重系统钢结构支架,能增快施工进度。
1.顶点布置
顶升点(简称顶点)即千斤顶的布置如下图所示。
第一联120t以上千斤个顶24台,支座最大反力为2060t,则作用在每个千斤顶上的力为85.83t。
第二联120t以上千斤个顶34台,支座最大反力为2730t,则作用在每个千斤顶上的力为80.29t。
第三联120t以上千斤个顶24台,支座最大反力为2680t,则作用在每个千斤顶上的力为111.67t。
2.顶升系统及控制图
顶升系统由集中油泵、油路、千斤顶和控制系统组成,如下图所示。
3.顶升技术要点
各墩处千斤顶就位后,应同步供油顶升,通过油表、顶升长度及梁顶标高变化控制各墩处梁体上升速度及设计值,并积累各墩千斤顶供油速度的经验,确保梁体的整体旋转或水平上升。
各顶升作业面配对讲机,由专人指挥统一协调。
4.顶升系统安装就位
(1)熟悉与安装有关的详细设计图纸;
(2)对连续梁受力进行设计,对顶升连续桥提出控制要求;
(3)在安装前提供基准测量点;
(4)液压设备、控制程序准备;
(5)支架安装
支架上放置液压顶升油缸。
每一节共有4个吊点。
支架安装采用汽车吊。
支架底部与承台固定。
支架安装过程中,用经纬仪在两侧随时进行垂直度的测量,并指挥安装人员进行调整。
5.顶升主要工作
(1)准备工作
顶升用油缸、泵站和控制设备就位,注意天气预报,随时了解天气情况,联系一周及每天的天气情况,根据气象台提供资料来确定顶升日期,顶升时风力应小于5级(含5级);顶升时明确岗位职责,成立顶升指挥系统;顶升前对所有设备进行检查,责任到人并签字认可。
(2)顶升
缓慢同步启动油缸,同时观察塔架垂直度情况;
根据液压表读数,计算顶升吨位,当快要达到设计值时,总指挥要总体观察,指挥顶升;
检查大顶升系统的工作情况(地锚、顶升油缸、液压泵站、计算机控制系统、检测系统等);
顶升过程中,注意监测顶升系统的载荷变化情况等,并认真做好记录工作;到位后,协助做好调整工作;
在整个顶升过程中,必须保证相临两支墩处的变形不超过控制值。
6.主要施工机具设备
序号
机械设备工器具名称
型号规格
数量
1
汽车吊
80t
1台
2
汽车吊
QY-20
2台
3
顶升支架
槽钢
16排
4
液压顶升油缸
60t
2只
5
硅整流焊机
ZX/5-400Y
1台
6
钢丝绳
φ21.5
400m
7
钢丝绳
φ28
800m
8
螺栓
φ22
128只
9
滑车
10t
8只
10
滑车
20t
16只
11
卸卡
10t
16只
12
卸卡
20t
16只
13
链条葫芦
5t
8只
14
链条葫芦
10t
16只
15
水准仪
瑞士NA2
1台
16
经纬仪
苏光J2带弯镜
2台
17
对讲机
8只
18
千斤顶
200t
84只
19
白棕绳
1000m
20
木板
21
安全网
16张
22
活络扳手
4把
23
榔头
4把
24
橄榄冲
10只
25
毛竹
150根
26
竹笆
150m2
五、监测与顶升施工控制
混凝土连续梁的整体顶升是一项难度较大的复杂的技术。
连续梁是超静定结构,如何保证顶升过程中桥梁的安全性和整体性,是整个工程施工的关键。
势必对顶升设备、天气情况、顶升速度、顶承时间等等一系列条件提出具体的要求,必须对整个顶升系统进行安全可靠性计算分析。
尽管在拟定顶升方案时进行大量详尽而严密的计算,但梁体的实际工作情况受诸多因素的影响,施工中存在着与设计和计算不一致的可能性。
为了充分保证工程的安全和质量,应对顶升施工进行监测和控制。
监控工作必不可少,它对工程的顺利进行意义非常重大。
1.连续梁在顶升就位过程中的监控计算
(1)弯矩控制值
(2)线位移控制值
(3)顶升力控制值
(4)扭矩控制
(5)扭转角位移控制值
(6)连续梁纵向抗滑稳定性计算
2.顶升支撑的整体和局部稳定性计算
把顶升支撑、液压顶升系统等作为一个整体结构,分别考虑风向为横桥向、纵桥向和与桥成45°方向,计算整个系统和局部在自重、顶升力、风荷载等作用下的各种荷载组合时的稳定性。
3.监测监控方法
由于多跨连续梁属超静定结构,如果在整体顶升过程中各顶升支座处的位移偏离既定比例太多,各顶点(支座处)就会产生较大的附加弯矩,从而可能导致梁的破坏——拉压破坏,也可能由于不同断面两侧的差异位移不同,而产生过大的扭矩,引起梁的剪扭破坏。
所以施工监测监控的关键在于严格控制主梁的整体线形,保证纵横向的差异位移满足计算要求,避免出现过大的附加内力。
为实时监控主梁线形和内力,针对各施工阶段,在施工过程中,采取以下四个方面同时加以监控:
位移控制、内力控制、顶升力控制、扭转角控制。
控制流程及各项控制因素的目的及其相互关系如下图所示:
顶升实时监控
位移控制顶升力控制
纵向各支座同一支座各支座顶升单个支座顶升力
位移控制横向位移控制总力控制左右控制
桥纵向线形桥面横向线形
应变控制
线形总控制
图控制流程图
(1)控制方法
1)线位移和角位移控制
第一种方法:
激光测距法。
利用顶升系统自设的激光测距仪控制。
该设备精度高,测距快,可随时监测梁在各点的位移,并及时反馈到计算机,再由计算机的自动控制系统对数据进行分析,并做出正确的判断,若出现问题则迅速反映到起吊力系统中,起吊力系统便会对此做出相应的调整。
第二种方法:
悬挂钢尺法。
即在各起吊点截面两侧悬挂钢尺,地面上设置静止参照物(紧贴钢尺的细铁丝),在每步起吊之前都将参照物的位置用彩笔标示于钢尺之上,以读取被顶升梁的位移。
计算所得出的容许位移偏差控制值,依据相应的起吊程序对各起吊点的位移量加以控制。
计算机计算是否超出弯矩控制范围。
第三种方法:
水准仪测量法。
在每一行程之后,用水准仪进行精密测量,以校对梁体线形,从而在总体上保证顶升梁各起吊点的位移差不至于超过限值。
在顶升过程中,以上三种方法互相配合,监控小组对其结果及时对比分析,随时做出正确的判断,从而保证了顶升工作的安全、准确。
3)顶升力控制
在每个千斤顶上均装有精密油压表以测定油压,以便观察记录起吊力(顶升力)的大小,超出控制范围立即停机。
(2)顶升程序
1)试顶升阶段
此阶段梁体重力尚未完全转移到千斤顶,各吊点实际受力分配尚不可知,故要先关闭内力控制系统,仅用位移进行控制。
应通过严格的监控预定的数值。
待缓慢地将梁提高到相应的位置后,观察各吊点分配力的情况,观察顶升设备有无异常,使地基充分沉降后,再严格进行一次线形调整。
2)正式顶升阶段
待梁体完全脱离墩柱时,进入正式顶升阶段。
采用自动控制系统,各吊点按照比例同时起吊,相邻吊点偏离线形不得超过10mm。
千斤顶每40min进行一次顶升循环,每一循环的行程为25cm左右,直至达到设计顶升高度。
在这过程中要同时进行位移控制、内力控制和起吊力控制,在每个行程末要用水准仪校对标高,保证顶升梁的总体线形符合计算要求。
如果在起吊过程中发现位移、应变或起吊力超过限值,应及时采取有效措施,甚至停机调整,排除隐患,确保安全起吊。
3)回落阶段
待下部结构施工完成,达到一定的强度后,便可打开大梁上的锚具,启动千斤顶,然后用相反的顺序下放连续梁直至设计高度(支座上)。
但下放的速度应缓慢,以保持顶升系统和梁体的受力稳定,下放速度宜控制在1cm/min左右。
(3)监控结果
大吨位多跨超长混凝土连续梁整体顶升作为一项新颖的施工技术,施工监控在顶升过程中发挥重要的作用。
通过监控,正确指导了顶升顺利进行,及时排除了异常情况,可以保证施工的安全和质量。
(4)连续梁顶升就位后状态分析
连续梁就位后,为了对梁体工作情况进行评价,用精密水准仪对梁体线形进行了精确的测量。
根据测量的结果,分析了各支点的实际顶升值与理论值的偏差,并依此求得各支点截面处的附加弯矩,结果表明是在允许范围内,是安全可靠的。
4.测点布置
为了有效的进行位移控制、内力控制和起吊力控制,应在各关键部位设置测点。
位移测点在各起吊点断面处设置,悬挂钢尺测量法测点布置如图所示,每个断面两侧各设一个测点,四个控制截面两边共设置八个测点。
激光测距仪则设在吊点断面中心。
图梁体位移测点布置图
起吊力主要由自动控制系统来实现,设在千斤顶上的传感器会及时将油压传至自动控制系统,自动调整起吊力。
六、主要施工程序和步骤
燕山路混凝土连续梁整体顶升的主要施工程序分为支架安装、千斤顶顶升、塞垫、带帽顶升、塞垫、钢骨架安装、顶升到位、支座安装等工序。
具体步骤可见下面示意图:
八、施工组织
方案
实施方法
存在问题
可行性
拆除
爆破
只基础破碎
无法吊运
可行性
连续梁破碎
扰民、环保
提升
整体提升技术合理,经济效益好
技术难度大
可行
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