CN112854025A - 一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法，通过测量选择新支座、整平、测量、顶升设备安装调试、支座开凿、保压和试顶升、正式同步顶升、支座拆除、新支座安装和原支座上座板与支座下座板对位安装固定的步骤，在更换支座过程中，千斤顶进行顶升，通过在原支座上座板与支座下座板连接，对原支座位置进行支撑，便于更换支座的快速进行，缩短施工工期。
Description
技术领域
本发明涉及一种施工方法，特别是一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法，属于插头生产制造技术领域。
背景技术
目前，当已建好高速铁路桥梁出现支座转角超限病害问题，需要进行凿除灌浆层调整支座板，需要破坏原支座底部承重结构，工序复杂且施工周期长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法，在更换支座过程中，千斤顶进行顶升，通过在原支座上座板与新支座下座板连接，对原支座位置进行支撑，便于更换支座的快速进行，缩短施工工期。
为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法，步骤一：桥梁支座的每处病害状况、型号各不相同，需根据每个支座的实际状况，分别研发出固定(GD)、横向(HX)、纵向(ZX)、多向(DX)四种型号楔形板支座，病害支座的转角尺寸采用激光水平仪通过水平激光扫描，然后测量测量点到水平线的距离，即可算出支座四角高度差，利用高度差除以测量点之间的距离即可算出支座转动的角度，定制的支座。
步骤二：测对梁底及支承垫石顶面砼基面整平。
步骤三：测量梁底至墩顶的空间尺寸施工测量。
步骤四：顶升设备安装。1)梁底、墩顶加固
在墩顶和梁底部位设置整体式应力分布钢板；
2)临时支撑及千斤顶布置、安装
在临时支撑及千斤顶顶面加设3mm四氟板作为滑动层，千斤顶对称布置；
3)顶升前梁体锁定，在纵桥向采用调整垫块配合钢板锁定梁缝，横桥向采用两块楔形板配合防落梁装置进行锁定；
步骤五：顶升设备调试，通过PLC同步顶升液压控制系统控制顶升设备顶升，对二者进行调试，调试无误后方可进行下一步施工；
步骤六：支座开凿，凿除支座四周砂浆层，取出病害支座，卸去支座上下板螺栓；
步骤七：保压和试顶升
保压试验：按照正常荷载的70％～90％进行加压测试，进行2h的油缸保压试验；进行试顶升试验，试顶升高度1mm；
步骤八：正式同步顶升
采用液压泵和千斤顶进行顶升，千斤顶均配有自锁机构；
步骤九：支座拆除，顶升5～8mm后移除支座进行现场检测，移除后检查支承垫石顶面支座灌浆料是否水平，如有缺陷，用无收缩自流平砂浆进行整平；
步骤十：新支座安装，将原支座上座板与支座下座板对位安装固定，对支座上下部结构进行临时固结，固结后，复查支座工作间隙、支座上板水平度、支座滑移量，组装契合对照规范要求无偏差后，按照事先测量定位的支座安装控制线进行安装；
步骤十一：落梁、支座外观维护及清理现场。
所述的步骤二的具体施工方法为：对梁底及支承垫石顶面进行处理，确保支座滑移面水平；天窗点外先行对支座进行一对对角开凿；另一对对角待天窗点内开凿，拆除支座上下板螺栓。
所述的步骤三的具体施工方法为：在墩顶放出桥梁中心线、梁底支座中心线；根据中心线放出支座外轮廓线，作为安装支座的控制线，详细测量已有病害支座的高度尺寸并与原设计图纸进行校核。
所述的步骤四中千斤顶具体布置方式采用直线布置或者品字形布置，临时支撑采用钢垫块临时支撑，由槽钢焊接而成。
所述的顶升方式为利用PLC多点同步顶升液压控制系统将单墩两孔梁端同步顶升；PLC多点同步顶升液压控制系统通过计算机对微型激光位移传感器采集到的位移信号进行判别处理，通过计算机专用处理模块程序控制桥梁顶升的过程和步骤；控制数据经中央计算机处理后将数字控制信号由模块输出，并将控制指令传递到电磁阀组以控制各个液压油路的流量；
所述的顶升方式为利用PLC多点同步顶升液压控制系统包括八台分泵组单元构成标准系统模块，一个标准系统模块同时控制16路液压同步通道，集中控制平台对任意通道进行单独控制；每一分泵组单元系统由多个模块组成：小型液压泵站及控制阀组、液压终端工作单元及高压连接管路、压力监测传感器、位移监控传感器、数字信号传输控制；
分泵单元接受集中控制平台下达的指令，同时将传感器监控信息实时反馈给集中控制平台，集中控制平台通过复杂的逻辑分析与判断进行指令操作；在系统中各分泵单元之间采用以太网连接，使用数字信号线缆完成信号传输，最终各模块由计算机进行统一控制；各分泵组单元与集中控制平台之间通过以太网进行互联及扩充，最终由电脑提供人机界面，对所有的通道节点进行监视、控制；
系统内各油路中设置独立油压传感器及独立控制电磁阀门，对系统各油路的反力分别调整与控制。
所述的步骤八中利用拉线传感器或百分表监测梁体竖向位移和水平位移情况，当显示异常时，应停止顶升，利用激光水平仪检测顶升时桥墩变化，观测桥墩是否发生沉降。
本发明带来的有益效果为：与凿除灌浆层调整支座板的施工方法相比，该方法梁体顶升时间短，施工过程操作简单，作业难度小，安全快捷；能够完好保留原支座下承重结构，无需重新灌浆，大大缩短了工序时间；能够实现单“天窗”完成支座病害整治，不影响既有铁路正常运营。该方法不仅具备机械化、自动化、智能化的特点，还能缩短工期，降低安全风险，降低劳动强度，节约成本。
附图说明
图1为支座四角高差测量示意图。
图2为支座下座板与原支座上座板组合示意图。
图3为整体式钢板布置示意图。
图4为梁底、墩顶处理方式示意图。
图5为千斤顶平面布置示意图。
图6为PLC同步顶升系统工作原理图。
图7为支座受力分析示意图。
图8为支座下座板螺栓沉头孔示意图。
具体实施方式
一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法，步骤一：桥梁支座的每处病害状况、型号各不相同，需根据每个支座的实际状况，分别研发出固定(GD)、横向(HX)、纵向(ZX)、多向(DX)四种型号楔形板支座，病害支座的转角尺寸采用激光水平仪通过水平激光扫描，然后测量测量点到水平线的距离，即可算出支座四角高度差，利用高度差除以测量点之间的距离即可算出支座转动的角度，定制的支座。
步骤二：对梁底及支承垫石顶面砼基面整平，对梁底及支承垫石顶面进行处理，确保支座滑移面水平；天窗点外先行对支座进行一对对角开凿，以方便定位测量；另一对对角待天窗点内开凿，方便天窗点内尽快将支座取出，拆除支座上下板螺栓，确保支座移除无约束。
步骤三：测量梁底至墩顶的空间尺寸施工测量，在墩顶放出桥梁中心线、梁底支座中心线；根据中心线放出支座外轮廓线，作为安装支座的控制线，详细测量已有病害支座的高度尺寸并与原设计图纸进行校核。
步骤四：顶升设备安装，1)梁底、墩顶加固
由于新设顶升位置未设有应力分布钢筋等结构构造，为防止梁体底部和墩顶混凝土局部应力过大，避免混凝土局部压溃，故在墩顶和梁底部位设置厚30mm的整体式应力分布钢板。由于梁体顶升时只抬升5～8mm，不会解除固定、横向、及纵向支座上下座板之间的约束关系，因此梁体不会发生偏移，更换活动支座时为保证梁体在支座更换期间仍能自由活动，故在临时支撑及千斤顶顶面加设3mm四氟板作为滑动层。
2)临时支撑及千斤顶布置、安装
本工程采用12台200t机械自锁千斤顶，千斤顶的安装采用汽车吊机+手拉葫芦结合方式安放至设计位置。由于墩顶作业空间小，设备数量多、体积大，故需首先在墩顶应力分布钢板上将千斤顶及临时支撑的摆放位置放线标记，保证一次安装到位。千斤顶采用对称布置的原则，以利于梁体的合理受力，具体布置方式可采用直线布置或者品字形布置，临时支撑采用钢垫块临时支撑，由槽钢焊接而成。
其中，根据计算桥梁上部荷载约为950T，为了千斤顶能够更好的得到合理的布置，在每个支座处布置3台200吨千斤顶，中间墩共布置12台千斤顶，可提供2400吨的顶力，桥台布置6台千斤顶，可提供1200吨的顶力，安全储备系数达到了1.72，足以满足施工所需。千斤顶采用对称布置的原则，以利于梁体的合理受力。按照施工总体设计要求和顶升反力计算结果进行布顶，检查油路及设备是否完好。
顶升方式利用PLC多点同步顶升液压控制系统将单墩两孔梁端同步顶升，根据每个桥墩所承受的重量，合理地依次在各桥墩位置处布置千斤顶然后对各个墩支座根据设计要求进行调整。其中的PLC多点同步顶升液压控制系统是将数字监控传输、液压传动控制，计算机数字信号处理技术整合，并将机械设备系统与传统的桥梁结构分析技术相结合，有效解决桥梁上部结构在顶升、降落过程中梁体位移同步与控制难题，该套设备有效地避免了桥梁上部结构在顶升、降落过程中由于各支点竖向位移差的存在而引起的桥梁上部结构在桥梁纵、横向附加二次内力出现，有效的消除了桥梁上部结构实际内力的变化，从而保证了桥梁上部结构的结构安全。系统内各油路中设置独立油压传感器及独立控制电磁阀门，做到对系统各油路的反力分别掌握、调整与控制。
在计算机控制分泵组多点位移同步顶升系统中，系统计算机对激光式位移传感器采集到的细微位移信号进行判别处理，通过计算机专用处理模块程序控制桥梁顶升的过程和步骤。控制数据经中央计算机处理后将数字控制信号由模块输出，并将控制指令传递到电磁阀组以控制各个液压油路的流量，以达到液压单元的控制和同步的目的。计算机控制分泵组多点位移同步顶升系统，将现有先进的位移传感、数字传输、液压控制、计算机数字信号处理技术进行整合，有效解决桥梁上部结构在顶升和落梁过程中多墩/多点位移同步难题。避免了连续梁结构中各墩台或单一墩台上各横向支点之间竖向位移差引起的桥梁上部结构纵横方向附加二次内力的出现，通过减少或消除了桥梁上部结构内力的变化，保证了桥梁上部结构的结构安全。
计算机控制多泵组位移同步顶升系统可适应任意额定顶升能力的千斤顶装置。其采用模块式结构体系，能够通过简单地插接方式进行各分泵组系统拼接与扩展，该系统具有无限的扩容能力，即：该系统具备对任意长度、宽度及任意支点数量的桥梁结构具有位移同步顶升能力。位移信号采集设备使用微型激光位移传感器，便于现场安装并具备标准化的计算机接口与计算机能够实时通讯；标准配备八台分泵组单元构成标准系统模块，一个标准系统模块可同时控制16路液压同步通道，集中控制平台可对任意通道进行单独控制；每一分泵组单元系统由多个模块组成：小型液压泵站及控制阀组、液压终端工作单元及高压连接管路、压力监测传感器、位移监控传感器、数字信号传输控制；分泵单元接受集中控制平台下达的指令，同时将传感器监控信息实时反馈给集中控制平台，集中控制平台通过复杂的逻辑分析与判断进行指令操作；在系统中各分泵单元之间采用以太网连接，使用数字信号线缆完成信号传输，最终各模块由计算机进行统一控制；各分泵组单元与集中控制平台之间通过以太网进行互联及扩充，最终由电脑提供人机界面，对所有的通道节点进行监视、控制。
3)顶升前需进行梁体锁定，以防止顶升过程中梁体水平位移，在纵桥向采用调整垫块配合钢板锁定梁缝，防止梁体纵桥向滑动，横桥向采用2块楔形板配合防落梁装置进行锁定，防止梁体横桥向滑动。
步骤五：顶升设备调试，对顶升设备和PLC同步顶升液压控制系统进行调试，调试无误后方可进行下一步施工。
步骤六：支座开凿，凿除支座四周砂浆层，已方便天窗内尽快取出病害支座，卸去支座上下板螺栓，确保支座移除无约束。
步骤七：保压和试顶升
保压试验：按照正常荷载的70％～90％进行加压测试，进行2h的油缸保压试验；进行试顶升试验，试顶升高度1mm。试顶升结束后，提供测点应变、整体姿态、结构变形情况，为正式顶升提供依据，试顶升试验过程中要严格检查油路有无漏油，并对各个千斤顶的同步顶升进行检查核验，确保设备动作准确，安全可靠，保压和试顶升试验全部检查无误后，方可进行正式顶升。
步骤八：正式同步顶升
在正式顶升前，将支座上下部结构固结，检查确保支座能顺利移除无约束后正式顶升，千斤顶最大行程为140mm，每一顶升标准行程为100mm，最大顶升速度10mm/min；顶升控制系统：本工程采用60MPa液压泵完成桥梁顶升。采用2000kN千斤顶,顶身长度375mm，底座直径250mm，顶帽180mm，行程为140mm。千斤顶均配有自锁机构，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。
利用拉线传感器或百分表监测梁体竖向位移和水平位移情况，拉线传感器底座固定在梁体上，下部连接在桥墩上，拉线传感器表量程为1000mm，控制区域设置拉线传感器控制位移的同步性，根据桥梁的结构，位移同步精度控制在0.1mm，拉线传感器与中央控制器相连形成位移的闭环控制从而实现顶升过程中位移的精确控制，百分表底座固定在梁体或者桥墩上，下部连接在桥墩或梁体上，以检测梁体顶升时竖向位移和水平位移，当显示异常时，应停止顶升，利用激光水平仪检测顶升时桥墩变化，观测桥墩是否发生沉降。
步骤九：支座拆除，顶升5～8mm后移除支座进行现场检测，移除后检查支承垫石顶面支座灌浆料是否水平，如有缺陷，用无收缩自流平砂浆进行整平。
步骤十：新支座安装，将原支座上座板和楔形下座板进行组装，对支座上下部结构进行临时固结，固结后，复查支座工作间隙、支座上板水平度、支座滑移量，组装契合对照规范要求无偏差后，按照事先测量定位的支座安装控制线进行安装。
经测算数据，支座转动最大为河口村1号桥ZX支座，转角位0.055rad，该支座型号为TJQZ-LX-5000-ZX-0.15g，支座设计承载力为FN＝5000kN，设计水平承载力为FX＝1125kN。
由于下支座板为斜面承载，竖向力FN和水平承载力FX沿斜面有分力作用于锚固螺栓，锚固螺栓所受最大剪切力为：
FL＝FN×sin0.055+FX×cos0.055＝5000×0.055+1125×0.945＝1338.16kN
该支座螺栓大小为M42，性能等级达10.9级，根据《钢结构设计规范》(GB50017)中规定，螺栓允许抗剪强度为310MPa，方案中最大的转角情况下螺栓剪切应力为：
支座楔形下座板最薄端板厚和原设计保持一致，将下座板底面往上部加厚，保证支座中心总高和原设计一致，以满足支座安装要求，支座安装时不需要调整垫石及灌浆层，提高支座安装效率。病害中支座最大转角0.055rad，其对应支座上座板筋部至下座板顶面高度为21mm。
该支座设计转角为0.02rad，转动时上座板和下座板空间至少需要高度为：
H＝L×0.02＝530×0.02＝10.6mm≤21mm，满足标准要求。
楔形下座板锚固螺栓孔垂直于斜面，能保证螺栓安装时螺帽和下座板锁紧贴实，并开沉头孔，孔深度根据螺栓长度确定，并保证楔形下座板边缘厚度保持和原设计图纸一致，保证支座受力状态良好。可避免因套筒不竖直使螺栓产生剪切角的不利影响。
步骤十一：落梁、支座外观维护及清理现场。
以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，也应视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法，其特征在于：步骤一：测量选择新支座；
步骤二：测量梁底及支承垫石顶面砼基面整平。
步骤三：测量梁底至墩顶的空间尺寸施工测量。
步骤四：顶升设备安装。1)梁底、墩顶加固
在墩顶和梁底部位设置整体式应力分布钢板；
2)临时支撑及千斤顶布置、安装
在临时支撑及千斤顶顶面加设3mm四氟板作为滑动层，千斤顶对称布置；
3)顶升前梁体锁定，在纵桥向采用调整垫块配合钢板锁定梁缝，横桥向采用两块楔形板配合防落梁装置进行锁定；
步骤五：顶升设备调试，通过PLC同步顶升液压控制系统控制顶升设备顶升，对二者进行调试，调试无误后方可进行下一步施工；
步骤六：支座开凿，凿除支座四周砂浆层，取出病害支座，卸去支座上下板螺栓；
步骤七：保压和试顶升
保压试验：按照正常荷载的70％～90％进行加压测试，进行2h的油缸保压试验；进行试顶升试验，试顶升高度1mm；
步骤八：正式同步顶升
采用液压泵和千斤顶进行顶升，千斤顶均配有自锁机构；
步骤九：支座拆除，顶升5～8mm后移除支座进行现场检测，移除后检查支承垫石顶面支座灌浆料是否水平，如有缺陷，用无收缩自流平砂浆进行整平；
步骤十：新支座安装，将原支座上座板与支座下座板对位安装固定，对支座上下部结构进行临时固结，固结后，复查支座工作间隙、支座上板水平度、支座滑移量，组装契合对照规范要求无偏差后，按照事先测量定位的支座安装控制线进行安装；
步骤十一：落梁、支座外观维护及清理现场。
2.如权利要求1所述的一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法，其特征在于：所述的步骤一的具体施工方法为：桥梁支座的每处病害状况、型号各不相同，根据每个支座的实际状况，选择固定、横向、纵向或多向四种型号楔形板支座。
3.如权利要求1所述的一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法，其特征在于：所述的步骤二的具体施工方法为：对梁底及支承垫石顶面进行处理，确保支座滑移面水平；天窗点外先行对支座进行一对对角开凿；另一对对角待天窗点内开凿，拆除支座上下板螺栓。
4.如权利要求1所述的一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法，其特征在于：所述的步骤三的具体施工方法为：在墩顶放出桥梁中心线、梁底支座中心线；根据中心线放出支座外轮廓线，作为安装支座的控制线，详细测量已有病害支座的高度尺寸并与原设计图纸进行校核。
5.如权利要求1所述的一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法，其特征在于：所述的步骤四中千斤顶具体布置方式采用直线布置或者品字形布置，临时支撑采用钢垫块临时支撑，由槽钢焊接而成。
6.如权利要求1所述的一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法，其特征在于：所述的顶升方式为利用PLC多点同步顶升液压控制系统将单墩两孔梁端同步顶升；PLC多点同步顶升液压控制系统通过计算机对微型激光位移传感器采集到的位移信号进行判别处理，通过计算机专用处理模块程序控制桥梁顶升的过程和步骤；控制数据经中央计算机处理后将数字控制信号由模块输出，并将控制指令传递到电磁阀组以控制各个液压油路的流量。
7.如权利要求1所述的一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法，其特征在于：所述的顶升方式为利用PLC多点同步顶升液压控制系统包括八台分泵组单元构成标准系统模块，一个标准系统模块同时控制16路液压同步通道，集中控制平台对任意通道进行单独控制；每一分泵组单元系统由多个模块组成：小型液压泵站及控制阀组、液压终端工作单元及高压连接管路、压力监测传感器、位移监控传感器、数字信号传输控制；
分泵单元接受集中控制平台下达的指令，同时将传感器监控信息实时反馈给集中控制平台，集中控制平台通过复杂的逻辑分析与判断进行指令操作；在系统中各分泵单元之间采用以太网连接，使用数字信号线缆完成信号传输，最终各模块由计算机进行统一控制；各分泵组单元与集中控制平台之间通过以太网进行互联及扩充，最终由电脑提供人机界面，对所有的通道节点进行监视、控制；
系统内各油路中设置独立油压传感器及独立控制电磁阀门，对系统各油路的反力分别调整与控制。
8.如权利要求1所述的一种高速铁路桥梁支座转角超限病害整治施工方法，其特征在于：所述的步骤八中利用拉线传感器或百分表监测梁体竖向位移和水平位移情况，当显示异常时，应停止顶升，利用激光水平仪检测顶升时桥墩变化，观测桥墩是否发生沉降。
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