PLC多点同步梁体顶升施工方案

PLC多点同步梁体顶升施工方案

蒲运勇

重庆市江北区滨江路建设投资有限责任公司重庆400020

摘要：随着交通压力的增加，许多道路需要扩容改造或是维修加固，其中保留桥梁上部结构梁体进行桥梁改造的做法比较普遍，PLC多点同步梁体顶升施工技术可改进用于梁体支座更换，梁体调坡，梁体的竖向抬升，梁体的整体平移等工程，为梁体无损移位提供了可靠的施工方法。

关键词：旧桥改造；梁体移位；多点同步顶升；施工方案

某跨线桥（上部结构采用（3×25）m+（3×25）m+（26+45+26）m+（3×25）m+（3×25）m的鱼腹式预应力混凝土连续箱梁）将改造成高架线路的一部分。桥梁从西向东，需要分别顶升西侧桥梁起点曲线段2联3跨25m以及东侧桥梁终点直线段2联3跨25m连续梁，最大点位竖向升高约2.3米。

一、施工方案概述

本项目顶升梁体长，顶升高度大，同时梁体位于曲线段，为确保既有结构不受损伤及顶升过程安全，采用PLC多点同步交替式顶升方案，不仅避免了千斤顶失效出现的安全隐患，而且能有释放因梁体位移产生的不利应力，同时采用交替顶升过程中加垫钢板的附加措施，保证整个顶升过程安全可靠。

PLC多点同步顶升是力和位移双闭环控制的顶升方法。由液压千斤顶按照梁体的实际荷载精确地、平稳地施加支撑力，同时液压千斤顶与相应的位移传感器组成闭环，控制梁体顶升时的位移和姿态，可以很好的保证顶升过程的同步性，确保顶升时梁体结构安全。

交替顶升为每个支撑顶点处安装两组可主动施加顶升力的千斤顶，并由控制台控制液压泵站分别驱动两组千斤顶进行反复交替顶升。配置单组顶升力为总顶升重量的2倍。

二、PLC顶升控制系统

PLC顶升控制变频同步系统由液压系统（油泵、油缸、变频电机、变频器等）、位移传感器、计算机控制系统等几个部分组成。

此系统关键在于采用了液压平衡阀，平衡阀为无泄漏锥阀结构，有3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瞬时泄力。于是无论是上升还是下降都变成进油调速，安全性大增。第二个功能是保护油缸不发生过载，当油缸内的压力超过设定压力时，平衡阀能自动开启，卸掉过高的油压，保护油缸免遭过载。第三个功能是重载先开，可使多缸并联时，各缸载荷自动均衡。平衡阀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意外。

三、顶升支撑系统及梁限位装置

根据顶升方案设计，在纵桥向原墩位支座两侧（桥台前墙）对应位置设置顶升支撑点。在支撑点对应位置新建支撑基础，或是在扩大加固原来的承台及桥台基础，便于布置支架系统。

㈠顶升钢支撑系统构造。

顶升钢支撑托架体系的主要作用是承担上部结构桥梁箱梁的重量，此结构需要考虑承载力、刚度及稳定性，保证梁体顶升时托架体系的状态不变，同时保证梁体在顶升过程中的受力状态不变，包括附加应力、位移等。

支撑体系由钢管桩、临时垫块以及水平连系等组成。主体采用精加工钢管桩作为支撑，钢管桩上下两端焊接法兰便于加高。每根钢管桩下部通过植入锚栓与承台连接。高度方向每间隔一定距离设置一道联结系，用方钢管、角钢和钢板连接成整体桁架，保证焊接牢靠。

㈡梁体底部分配梁及千斤顶。

分配梁固定在箱梁底部，分配梁直接承担上部梁体的重量，并将力传递给千斤顶。分配梁需要有足够的刚度、强度及稳定性，保证顶升过程中不产生较大的变形，同时在顶升过程中，梁体有纵向位移，则分配梁随梁体同时移动，但是千斤顶和下部钢支撑体系位置固定，不产生水平位移，则千斤顶与分配梁有相对滑动，则需考虑梁体的偏心受压，局部失稳等。

千斤顶选用。千斤顶的选用与钢管桩的尺寸、基础混凝土局部受压、上部梁体受力等因素有关，同时需考虑一个千斤顶失效时钢支撑、基础混凝土局部受压及上部梁体受力等是否满足要求。顶升时常选用200T小吨位千斤顶。

千斤顶安装。每个横断面的千斤顶分为二组，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。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。

千斤顶调平及对中。由于梁体伸长，千斤顶中心会偏离支撑中心，需要将千斤顶调整对中支撑中心，同时梁体旋转时，分配梁同时有旋转，需要在千斤顶尾部增加楔形块使顶只受竖向力。

㈢梁体限位装置。

由于桥梁旋转施工梁体的水平投影会变长，同时梁体因热胀冷缩也会引起的梁体变化，则顶升系统与箱梁会产生相对滑移，为保证顶升系统的安全及箱梁的结构安全，需计算设计纵横向限位装置，限制其它方向的位移。

四、顶升施工

控制点布置。控制点的设置要保证顶升过程的安全可靠，特别注重位移同步性和梁体的姿态控制。控制点处设置位移传感器，传感器固定于墩柱支座中心线的侧面，与梁底相连，传感器与中央控制器相连，形成位移闭环控制，从而实现顶升过程中位移的精确控制，位移同步精度控制在2mm以内。顶升梁体时，程序自动记录梁体顶升高度并控制梁体的位移及姿态。

试顶升。为了观察和验证整个顶升施工系统的工作状态，在正式顶升之前，应进行试顶升，试顶升高度约20mm左右。试顶升结束后，提供整体姿态、结构位移等情况，为正式顶升提供依据。

正式顶升。试顶升若无问题，便进行正式顶升，按100mm高的标准行程进行控制，最大顶升速度约3—4mm/min。

交替式顶升在顶升过程中，梁体处于两组千斤顶交替支撑的状态，两组千斤顶交替支撑时，梁体位移均处于可控状态，在每一组支撑状态下，支撑体系的压缩量几乎不产生变化，因而梁体内力也几乎不产生变化。在这种作业方式下，梁体位移自顶升开始到顶升结束均连续处于受控状态。每个千斤顶压力也均连续监控状态，因此可以保证梁体在顶升过程中不被损坏，包括梁体在内的整个支撑体系也处于监控状态中。因此整个桥梁顶升系统也处于安全可控状态中。

通过控制台控制液压泵站驱动其中的第一组千斤顶进行顶升桥梁结构一个行程，同时在顶升过程中在第二组千斤顶下侧逐步的加垫钢板，保护第一组千斤顶失效时支架的稳定，顶升到一个行程后，取出钢板并在第二组千斤顶的活塞下端垫设相应高度的钢支撑垫块；

通过控制台控制液压泵站驱动第二组千斤顶进行顶升桥梁结构一个行程，同时控制第一组千斤顶收缸，并在收缸后的第一组千斤顶的活塞下垫设相应高度的钢支撑垫块；

重复步骤以上两个步骤，以进行反复交替顶升，直至将桥梁结构顶升至设计高度。在顶升过程中，上下叠置的钢支撑垫块之间通过连接螺栓固定。相邻的钢支撑垫块之间还通过连接杆件连接加固成钢格构形式。

五、关键技术及创新点

本顶升工程，结合了我国现有梁体顶升技术的优点，并在整体思路与技术细节上进行了创新：

1.顶升支架利用原有承台进行扩大，新旧混凝土采用植筋的连接方式。一是省去了支架系统重新施工桩基础或扩大基础，节省了不小的施工成本。二是顶升完成后承台的扩大为原桥梁基础承载力提供了更高的安全储备。

2.在千斤顶与支架顶帽之间加设橡胶支座，大大削弱了梁体转动而引起的支撑系统的水平位移。

3.交替顶升不仅加快了施工进程（较以前的顶升施工进度快了近一倍），还消除了顶升过程中因倒顶而产生的不均匀沉降，提高了安全性。

4.在顶升过程中引入了随动方案，基本消除了梁体在顶升过程中暂时停顿时因千斤顶不能保压而产生的位移沉降。保证梁体安全。通过梁体应力监控数据表明：随动技术的使用对梁体顶升过程中因暂时停顿而产生的应力变化，控制效果非常明显。

5.相比传统顶升，本法采用电脑全自动控制，界面直观、数据精准、操作简单、安全可靠且节省了大量劳动力。

6.多点同步控制顶升相比传统顶升，对原结构破坏小，使梁体受力均匀，线型控制较容易，顶升过程中监控更方便。

7.施工时对交通影响小。

六、结语

此技术已在多座桥梁改造中进行了成功运用，最终效果显著。此技术可稍做改进用于梁体支座更换，梁体调坡，梁体的竖向抬升，梁体整体平移等多项施工内容，也可以用于建筑物的移位，为工程界的无损移位提供了可靠的施工方式。