CN102704412A - 桥梁断柱顶升施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁加高技术，具体涉及一种桥梁断柱顶升施工方法。该方法包括在所述桥梁的桥墩上布设抱柱梁系，在所述抱柱梁系和反力基础之间设置顶升液压油缸，对于所述抱柱梁系下方的桥墩进行切割；控制所述顶升液压油缸将所述上部结构顶升至预订高度，并通过垫块对于所述上部结构进行支撑，其特征在于所述垫块包括跟随垫块和临时垫块，该方法还包括如下步骤：在所述桥墩的上部切割面上固定安装所述跟随垫块，之后在所述顶升液压油缸顶升过程中，控制所述跟随垫块持续顶升并顶紧所述桥墩的下部切割面或置于所述下部切割面上的临时垫块。其优点是：具有很高的安全可靠度、良好的同步性，可操作性以及整体受力性能。

Description

桥梁断柱顶升施工方法

  

技术领域

本发明涉及桥梁加高技术，具体涉及一种桥梁断柱顶升施工方法。 

背景技术

目前现在的河道、铁路、公路改造中，桥梁的净空及现有桥梁线形与新建桥梁线形衔接等问题是改造中的难点问题。目前国内许多跨河道高速道路桥梁，由于桥下净空不足，面临着改造的问题。对于旧桥的改造，传统的方法是将旧桥拆除重建，这将耗费大量财力物力，且施工周期较长对社会影响较大。桥梁顶升技术作为一种新型的桥梁改造技术，具有经济合理，施工周期短，对社会环境影响较小的优点，具有传统方法无可比拟的优势。为了尽可能减少对社会影响，缩短施工周期，甚至不中断交通，需要对桥梁进行顶升施工。 

目前，桥梁顶升技术中常用的施工方法是液压油缸顶升，尤其在大吨位的桥梁顶升工程中，液压顶升是唯一选择。液压油缸体系能提供强大的顶升力，整个液压油缸体系由油管连接，所以在顶升时可共同发挥作用。目前液压油缸整体顶升体系尤其是同步顶升技术已基本成熟，采用PLC 液压同步控制顶升已在多项目工程中成功运用。在以往工程中液压顶升体系本身也作为桥梁顶升工程中的支撑体系。但是，液压顶升体系作为支撑体系存在很大的风险：顶升时若出现液压内泄、油管爆裂等意外，会使桥梁顶升的安全性受到威胁，甚至发生不可估量的安全事故。 

在中国专利200910046134中披露了一种自动跟随支撑系统及方法，该专利中使用了一种利用电机驱动的跟随支撑装置来对于上部结构进行支撑，通过测微计和控制器测量跟随支撑装置和上部结构之间的距离，控制电机转动驱动跟随支撑装置进行自动跟随顶升。该方法和该系统设计的目的是在液压油缸失压时作为辅助支撑工具，但是在实际使用中具有如下缺点： 

一、该方法（系统）中采用测微计测量跟随支撑装置和上部结构间距的方式来控制跟随支撑装置进行顶升，该设计构思在实际施工中较难实现。不同于机加工技术领域，在建筑施工技术领域中一般无法做到较高的精度，上部结构的底部的平整度相对较差，在此种环境中采用测微计会出现较大的误差。

二、即使抛开上述误差因素，上述跟随支撑系统仍有无法被克服的问题。由于测微计无法测量微小的距离，导致跟随支撑装置无法紧密贴合上部结构而始终存在一个间隙。如该专利实施例中所提及的分界值为1mm，即意味着跟随支撑装置顶升到位后与上部结构之间仍然存在1 mm左右的间隙。除上述无法被克服的间隙外，经过实验证实，当顶升液压油缸受力托换到跟随支撑系统受力时，随着上部荷载转换到跟随支撑系统上时，跟随支撑装置还会出现较大位移压缩，位移压缩原因分析有两点：其一、跟随支撑系统内部是采用机械螺纹来承载，通过机械螺纹的弹性变形来承受上部的荷载，当上部结构荷载转换时，机械螺纹部件被压缩，产生一个位移变化值；其二、由于受力支点位置的变化，引起的上部结构自身的压缩变形，由于跟随支撑装置无法主动跟进，不能消除上部结构自身的变形量。当转换受力时，数千吨的荷载由顶升液压油缸处转移到跟随支撑装置处，对应的上部结构产生压缩变形。由上述的原理可以得出，当转换受力时，上部结构会出现一个明显的下落，该下落的位移行程为以上所描述的间隙加上位移压缩的总和。当然，在常规的垫块支撑上部结构时上述现象同样存在，但是由于顶升液压油缸收缸过程中，荷载是逐渐转换的，故此上部结构下落的过程始终处于被支撑的状态。而当顶升液压油缸失压回落时，荷载瞬间转换，此时上部结构将以近乎没有支撑的方式下落，而这样下落在施工中是非常危险的。 

三、跟随支撑装置上外挂的伺服电机较大，使得跟随支撑装置平面尺寸较大，使用时不易安装。 

由以上论述可知，该自动跟随支撑系统及方法在实际使用中存在一定无法克服的缺陷，应用到桥梁顶升施工中仍然存在较大的风险。 

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种桥梁断柱顶升施工方法，该方法通过在垫块支撑体系中增设跟随壳体和跟随液压油缸，使得在油缸的油压突然消失时通过跟随液压油缸或跟随壳体仍能有效支撑上部顶升桥梁、避免上部桥梁滑落。 

本发明目的实现由以下技术方案完成： 

一种桥梁断柱顶升施工方法，包括在所述桥梁的桥墩上布设抱柱梁系，在所述抱柱梁系和反力基础之间设置顶升液压油缸，对于所述抱柱梁系下方的桥墩进行切割；控制所述顶升液压油缸将所述上部结构顶升至预订高度，并通过垫块对于所述上部结构进行支撑，其特征在于所述垫块包括跟随垫块和临时垫块，该方法还包括如下步骤：在所述桥墩的上部切割面上固定安装所述跟随垫块，之后在所述顶升液压油缸顶升过程中，控制所述跟随垫块持续顶升并顶紧所述桥墩的下部切割面或置于所述下部切割面上的临时垫块，在所述顶升液压油缸顶升过程中的任意时刻，所述跟随垫块顶升距离与所述顶升液压油缸顶升距离相同。

将所述上部结构顶升至预订高度是由多次单次顶升作业完成的，所述单次顶升的具体步骤是： 

控制所述的顶升液压油缸顶升，并在达到预订的单次顶升位移H₀后停止顶升；于此同时，所述跟随垫块持续跟进并紧压所述下部切割面或置于所述下部切割面上的临时垫块；

控制所述顶升液压油缸收缸，之后在所述反力基础对应所述顶升液压油缸处放置临时垫块；

控制所述顶升液压油缸顶升并顶紧所述临时垫块；

控制所述跟随垫块收缩，在所述下部切割面放置临时垫块。

所述顶升液压油缸被套装于一跟随壳体的内腔中，所述跟随壳体具有相互平行的上、下支撑表面，所述上支撑表面固定贴合在所述上部结构的底部，所述下支撑表面具有所述内腔的开口，所述顶升液压油缸的顶升端可从所述开口处伸出/完全缩入所述内腔内，将所述上部结构顶升至预订高度是由多次单次顶升作业完成的，所述单次顶升的具体步骤是： 

控制所述的顶升液压油缸顶升，并在达到预订的单次顶升位移H₀后停止顶升；于此同时，所述跟随垫块持续跟进并紧压所述反力基础或置于所述反力基础上的临时垫块；

控制所述顶升液压油缸收缸，之后在所述反力基础对应所述跟随壳体下支撑表面处放置临时垫块；

控制所述跟随垫块收缩，所述跟随壳体的下支撑表面压紧所述临时垫块；

在所述下部切割面对应所述跟随垫块处放置临时垫块。

根据权利要求3所述的一种桥梁断柱顶升施工方法，其特征在于：所述跟随壳体高度与所述顶升液压油缸的最小高度相同。 

第一次进行的所述单次顶升作业为试顶升作业，且在所述试顶升作业的顶升液压油缸收缸步骤中，记录每一桥墩处上的跟随液压油缸出现位移压缩量h_n，并将后续的单次顶升作业序号为n的桥墩处的单次顶升位移H_n调整为H₀ +h_n。 

每一所述的跟随垫块由至少一个跟随液压油缸和与所述跟随液压油缸数量相同的平衡油缸构成，其中，所述跟随液压油缸的基座与所述上部结构固定，所述跟随液压油缸的顶升端与所述平衡油缸的活塞杆贴合。 

所述平衡油缸通过油管、分配器串联。 

本发明的优点如下： 

1、本发明的跟随液压油缸采用机械承载，避免了液压泄漏或密封漏油等事故，相对于液压液压油缸具有很好的安全可靠度。

2、本发明的跟随液压油缸采用液压驱动，在多台跟随顶共同跟随时，保证了多台跟随顶作用时的同步性，试验验证了这一点。液压驱动的跟随顶无需伺服电机，所以相对于机械驱动体量较小，易于安装和使用。   

3、经过数次试验的对比验证，该发明具有很高的安全可靠度，具有良好的同步性，可操作性以及整体受力性能，能够作为一种在油缸的油压突然消失或油管爆裂时仍能有效支撑上部桥升桥梁，避免上部桥梁滑落的跟随支撑机构，从而为桥梁顶升工程安全提供可靠保证。

附图说明

附图1为引桥立面结构示意图； 

附图2为水平结构示意图； 

附图3为附图1的局部放大示意图； 

附图4为实施例2结构状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解： 

如图1-4所示，标号1-10分别表示：简支板梁1、桥墩2、承台3、顶升液压油缸4、跟随液压油缸5、平衡油缸6、临时垫块7、抱柱梁8、纵系梁9、跟随壳体10。。

实施例1： 

参见图2-4，本实施例中待顶升的桥梁部分为桥梁的引桥，该引桥部分的上部结构采用简支板梁1，简支板梁1底部通过若干桥墩2支撑。基于此结构，本实施例采用断柱顶升法，在桥墩2上设置抱柱梁8，在抱柱梁8与反力基础之间安装顶升液压油缸4并对桥墩2切断，通过PLC电脑同步控制，整体顶升上部结构的方法实现抬高引桥桥面标高的目的。

本实施例中施工工艺主要包括如下步骤： 

A、基于桥梁设计参数、设计图纸单次顶升位移H₀，并基于该单次顶升位移H₀选择顶升设备；

B、利用桥墩2原有的承台作为支承基础，考虑到顶升时临时垫块7已超出承台的范围，在此超出范围内后植筋设置钢筋混凝土牛腿。

C、在简支板梁1的桥墩2上布设抱柱梁8，并浇注纵系梁9将所述抱柱梁8连为一体的抱柱梁系； 

D、在所述抱柱梁系对应每一所述承台处均安装若干顶升液压油缸4。

E、PLC顶升控制系统控制所述顶升液压油缸4同步顶升并保压，之后对于所述抱柱梁8下方的桥墩2进行切割以实现上部结构和下部结构的分离； 

F、在桥墩2的切割部位安装跟随垫块（数量取决于桥梁上部结构的重量、跟随垫块的载荷）。其中，跟随垫块主要由跟随液压油缸5和平衡油缸6一一对应的组合构成，跟随液压油缸5的基座固定设于桥墩2的上部切割面上，平衡油缸6的基座则固定在跟随液压油缸5的顶升端处。若干所述平衡油缸6之间通过油管连通。

G、对于桥梁上部结构进行循环、交替顶升，直至顶升到设计高度； 

H、拆除顶升液压油缸4、跟随液压油缸5和平衡油缸6，之后对桥墩接高。

以下对于上述步骤的具体实施细节进行详细阐述： 

步骤B中，对于顶升反力基础的设置采用桥墩2原有的承台作为支承基础，并在承台3上植筋设置钢筋混凝土牛腿。显然在实际施工时，本领域技术人员也可根据实际工况，选择其他反力基础的设置方式，如对于承台3位置的片石进行开挖,并对承台3位置处的土体进行夯实,之后土体上方现浇钢筋混凝土构成作为反力基础的底板。

步骤C中所设置的抱柱梁8就是依附在桥墩2四周的梁系，是一种托换理论。顶升时，顶升液压油缸4把力传递给抱柱梁8，抱柱梁8再把力传递给桥墩2，桥墩2传递给上部结构，抱柱梁8与桥墩2之间通过新旧砼的摩擦传递剪力。 

在施工时，对于每个桥墩2均设置抱柱梁8，并将抱柱梁8之间用纵系梁9连接成一个抱柱梁系，使墩柱成为一个整体。 

步骤D中，为便于顶升操作(临时垫块7倒运方便)，所有顶升液压油缸4均按向下方向倒置安装，即液压油缸底座固定在抱柱梁8下方，顶升液压油缸4随上部结构的升高而上升。顶升液压油缸4与抱柱梁8固结，顶升液压油缸4的顶升端与承台分离。顶升液压油缸4安装时应保证液压油缸的轴线垂直，以免因液压油缸安装倾斜在顶升过程中产生水平分力。顶升液压油缸4上端应该放置钢板。 

步骤E中，控制顶升液压油缸4按设计值的50%力给顶升部位预加压，预加压完成后，对顶升液压油缸4上的自螺纹装置进行旋紧，自螺纹装置旋紧后，关闭液压控制系统的电源，此时简支板梁1的荷载有顶升液压油缸4的液压和机械环共同受力。之后对于对抱柱梁8下方的桥墩2进行切割以实现上部结构和下部结构的分离。 

步骤F中，安装跟随液压油缸5和平衡油缸6的目的是，避免在顶升液压油缸4的油压突然消失时，简支板梁1滑落。跟随液压油缸5由液压驱动泵站驱使跟随液压油缸进行工作，其内部采用机械螺纹来承载，通过机械螺纹的弹性变形来承受上部的荷载，跟随液压油缸5为被动受力，即可以承受较大的荷载，而提供的主动力远小于可承受载荷。需要注意的是，和对比文件相比，跟随液压油缸5的主动力可以使其顶紧反力基础，并抵消一部分自身的变形量和上部结构的变形量，当顶升液压油缸4失压回落，荷载瞬间转换时，上部结构虽仍然会出现一定的位移，但此时的位移是受到随动液压油缸4的支撑的。跟随液压油缸5的内侧密封，安装进出油管，油管连接至液压泵站或者称为控制泵站上。顶升时，把该泵站打开，泵站内的油通过油管进入跟随液压油缸5内，通过油压驱动跟随液压油缸5内部的螺纹装置，跟随液压油缸5自动跟进；收缸时，回油，跟随液压油缸5内的油进入泵站。跟随液压油缸5的内部旋转动力由液压泵站提供，通过调节旋转方向即可实现装置的上升和下降。 

平衡油缸6和跟随液压油缸5的数量相同，每台跟随液压油缸5下方各设置一个行程很小的(约2mm)的平衡油缸6，平衡油缸6规格相同，各个平衡油缸6之间有油管连通，工作时所述平衡油缸6压力相等。通过增加平衡油缸6装置，可以自动纠正跟随支撑之间刚性的位移偏差使每个支撑点的受力均衡。上部顶升荷载通过跟随液压油缸5传递给平衡油缸6，同组的平衡油缸6通过油管联通，确保同组的跟随液压油缸5受力均匀；所述平衡油缸6行程很小，各平衡油缸6之间有油管连通，跟随液压油缸5与平衡油缸6共同使用。 

跟随液压油缸5安装方式和液压油缸4相同，在此不再赘述。 

参见图1,步骤G为桥梁顶升流程，具体的步骤如下： 

顶升液压油缸4按照单次顶升位移H_n进行顶升，跟随液压油缸6自动跟进；

当顶升液压油缸4顶升到单次顶升位移H_n后，顶升液压油缸4停止顶升，跟随液压油缸5停止跟进；

顶升液压油缸4收缸，跟随液压油缸5受力并压缩到位，同组的跟随液压油缸5通过平衡油缸6进行组内自平衡，桥梁全部荷载由顶升液压油缸4转换到跟随支撑体系，此时可观察到各平衡油缸6可以看出缸径伸出长度不一致；

在顶升液压油缸4下放置工具式临时垫块7；

顶升液压油缸4下临时垫块7放置好后，顶升液压油缸4伸缸顶紧临时垫块7，旋紧顶升液压油缸4上的自螺纹装置；

控制跟随液压油缸5向下旋转，收缩回归原位，之后在跟随液压油缸5下部放置临时垫块7,；

重复上述步骤,直至顶升到略高于设计标高（高出2cm）；

将顶升液压油缸4上的自螺纹旋紧，拆除跟随液压油缸5，之后安装支座及永久垫块，然后顶升液压油缸4上的自螺纹打开，顶升液压油缸4下落至设计标高，此时支座与永久垫块密贴，拆除顶升液压油缸4，对主桥主墩2和边墩3接高。

上述顶升步骤中，在顶升液压油缸4收缸时，即顶升液压油缸4受力托换到跟随体系受力时。随着桥梁荷载不断的转换到跟随液压油缸5上时，跟随液压油缸5会出现位移压缩。位移压缩原因和背景技术中所描述的原因一样： 

由于受力支点位置的变化，引起的上部结构自身的压缩变形。虽然跟随液压油缸5可以主动跟进，但是主动跟进力相对较小，不能完全消除上部结构自身的变形量。当液压油缸转换受力时，数千吨的荷载逐渐压到跟随顶位5置处，对应的上部结构产生压缩变形。

第一次进行的单次顶升作业做为试顶升作业，用来观察该位移压缩，避免后续顶升作业时不断累积。在试顶升作业的顶升液压油缸4收缸步骤中，记录每一桥墩2旁的跟随液压油缸5产生的位移压缩量，并对应桥墩的序号n记为h_n。在将后续的单次顶升作业中，序号为n的桥墩的单次顶升位移H_n调整为H₀ +h_n。 

实施例2： 

参见图4，本实施例2与实施例1的区别在于，在顶升液压油缸4外设置有跟随壳体10。跟随壳体10的高度和顶升液压油缸4最小高度相同。设置跟随壳体10的目的是主要是减少顶升液压油缸4顶升和保压的次数和时长，进一步的提高整个顶升系统的安全性能。

跟随壳体10具有相互平行的上、下支撑表面，其内部具有腔体，腔体内套装顶升液压油缸4。 

跟随壳体10的上支撑表面贴合在抱柱梁系的底部，并通过法兰和抱柱梁系栓接。跟随壳体10的下支撑表面具有内腔的开口，顶升液压油缸4的顶升端可从所述开口处伸出/完全缩入所述内腔内. 

在安装时，跟随壳体10和顶升液压油缸4分别与抱柱梁系固定，首先将顶升液压油缸4的基座栓接在抱柱梁系底部，之后将跟随壳体10套装在顶升液压油缸4外，并通过螺栓将法兰和抱柱梁系栓接固定。

对应的，实施例2中单次顶升步骤发生改变，其具体步骤如下： 

控制所述的顶升液压油缸4顶升，并在达到预订的单次顶升位移H₀后停止顶升；于此同时，跟随液压油缸5持续跟进并紧压桥墩2下部切割面或置于下部切割面上的临时垫块；

控制所述顶升液压油缸4收缸，之后在所述反力基础对应所述跟随壳体10下支撑表面处放置临时垫块7；

控制所述跟随液压油缸5收缸，此时上部结构力托换到跟随壳体10，跟随壳体10的下支撑表面压紧所述临时垫块7；

在所述反力基础对应所述跟随液压油缸5收处放置所述临时垫块7；

当下一单次顶升步骤时，同时控制跟随液压油缸5和顶升液压油缸4顶升即可。

由上述步骤可以看出，和实施例1相比，实施例2中减少了顶升液压油缸4伸缸顶紧临时垫块7的步骤。 

Claims (7)

1.一种桥梁断柱顶升施工方法，包括在所述桥梁的桥墩上布设抱柱梁系，在所述抱柱梁系和反力基础之间设置顶升液压油缸，对于所述抱柱梁系下方的桥墩进行切割；控制所述顶升液压油缸将所述上部结构顶升至预订高度，并通过垫块对于所述上部结构进行支撑，其特征在于所述垫块包括跟随垫块和临时垫块，该方法还包括如下步骤：在所述桥墩的上部切割面上固定安装所述跟随垫块，之后在所述顶升液压油缸顶升过程中，控制所述跟随垫块持续顶升并顶紧所述桥墩的下部切割面或置于所述下部切割面上的临时垫块，在所述顶升液压油缸顶升过程中的任意时刻，所述跟随垫块顶升距离与所述顶升液压油缸顶升距离相同。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁断柱顶升施工方法，其特征在于：将所述上部结构顶升至预订高度是由多次单次顶升作业完成的，所述单次顶升的具体步骤是：

控制所述的顶升液压油缸顶升，并在达到预订的单次顶升位移H₀后停止顶升；于此同时，所述跟随垫块持续跟进并紧压所述下部切割面或置于所述下部切割面上的临时垫块；

控制所述顶升液压油缸收缸，之后在所述反力基础对应所述顶升液压油缸处放置临时垫块；

控制所述顶升液压油缸顶升并顶紧所述临时垫块；

控制所述跟随垫块收缩，在所述下部切割面放置临时垫块。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁断柱顶升施工方法，其特征在于：所述顶升液压油缸被套装于一跟随壳体的内腔中，所述跟随壳体具有相互平行的上、下支撑表面，所述上支撑表面固定贴合在所述上部结构的底部，所述下支撑表面具有所述内腔的开口，所述顶升液压油缸的顶升端可从所述开口处伸出/完全缩入所述内腔内，将所述上部结构顶升至预订高度是由多次单次顶升作业完成的，所述单次顶升的具体步骤是：

控制所述的顶升液压油缸顶升，并在达到预订的单次顶升位移H₀后停止顶升；于此同时，所述跟随垫块持续跟进并紧压所述反力基础或置于所述反力基础上的临时垫块；

控制所述顶升液压油缸收缸，之后在所述反力基础对应所述跟随壳体下支撑表面处放置临时垫块；

控制所述跟随垫块收缩，所述跟随壳体的下支撑表面压紧所述临时垫块；

在所述下部切割面对应所述跟随垫块处放置临时垫块。

4.根据权利要求3所述的一种桥梁断柱顶升施工方法，其特征在于：所述跟随壳体高度与所述顶升液压油缸的最小高度相同。

5.根据权利要求2或3所述的一种桥梁断柱顶升施工方法，其特征在于：第一次进行的所述单次顶升作业为试顶升作业，且在所述试顶升作业的顶升液压油缸收缸步骤中，记录每一桥墩处上的跟随液压油缸出现位移压缩量h_n，并将后续的单次顶升作业序号为n的桥墩处的单次顶升位移H_n调整为H₀ +h_n。

6.根据权利要求1所述的一种桥梁断柱顶升施工方法，其特征在于：每一所述的跟随垫块由至少一个跟随液压油缸和与所述跟随液压油缸数量相同的平衡油缸构成，其中，所述跟随液压油缸的基座与所述上部结构固定，所述跟随液压油缸的顶升端与所述平衡油缸的活塞杆贴合。

7.根据权利要求6所述的一种桥梁断柱顶升施工方法，其特征在于：所述平衡油缸通过油管、分配器串联。

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