CN205591131U - 多跨箱梁整体超高交替顶升施工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了多跨箱梁整体超高交替顶升施工系统，该顶升施工系统主要包括：至少一个交替顶升单元以及驱动控制单元，每个交替顶升单元包括两组可主动施加顶升力的千斤顶，驱动控制单元同步驱动每个交替顶升单元中的两组千斤顶进行反复交替顶升，且每个交替顶升单元中的两组千斤顶交替更换顶升力时，是均匀线性的转化。本实用新型提供的跨线桥超高交替顶升施工方案，能够确保顶升时桥梁结构安全和顶升精度及桥梁整体落梁后的线形满足设计要求、保证施工周期、降低建筑能耗、保障城市生态环境。

Description

多跨箱梁整体超高交替顶升施工系统

技术领域

本实用新型涉及道路施工技术，具体涉及既有跨线桥的顶升施工技术。

背景技术

世界上早期建筑物移位工程是1873年新西兰新普利茅斯的一所一层农宅的移位，当时使用蒸汽机车作为牵引装置；而现代移位技术始于二十世纪初的1901年美国依阿华大学由于校园扩建，将重约60000kN三层高的科学馆进行了移位，而且在移动的过程中，为了绕过另一栋楼，采用了转向技术，将其旋转了45°。该工程采用的是圆木做滚动装置，螺旋千斤顶提供顶升力和水平牵引力。随后的一百多年里，该技术在许多国家得到应用。90年代初该技术在国内得到应用。1991年首次采用滑动平移方法进行楼房平移，该方法的主要思路是在建筑物基础下部修建新基座，基座下修建滑道，然后顶推平移到新位置。1992年提出了将上部结构和基础分离的方法，由于该方法适用性广，迅速取代了原平移方法。进入21世纪，移位技术得到迅速发展，在文物古建筑领域、高层建筑及高耸结构、桥梁改造工程、盾构调头、古树名木保护中等各领域得到推广应用。

随着中国经济和交通运输事业的快速发展,中国许多城市市政建设跟不上生产和生活发展的需要，需对既有城市桥梁进行改造，以满足发展需求。城市既有桥梁的移位技术是近几年发展的新技术，具有施工周期短、经济适用、建筑能耗低、城市生态环境质量得以保障等特点，为此，得到越来越广泛的应用。

对于既有桥梁的移位技术，目前常用的顶升方法一般采用间歇式顶升，间歇式顶升在顶升过程中，梁体处于千斤顶支撑和跟随装置支撑两种受力状态，千斤顶支撑时梁体位移处于可控状态，跟随装置支撑时，由于临时支撑的压缩变形的不同，梁体位移处于非受控状态，梁体内力的变化取决于梁体各点临时支撑的压缩量。在每一个临时支撑状态，由于支撑体系的压缩量不同，梁体内力都要做一次重新分布。在这种受控于非受控状态交替作用下，梁体内力也做交替变化，这种内力的交替变化对梁体结构会产生不利影响，同时位于支座处的梁体下缘可能会产生拉应力，严重时梁体会产生裂缝。

在此基础上，间歇式顶升的既有桥梁移位技术无法应用在需要整体顶升且顶升高度较高的既有桥梁顶升工程中，无法保证原桥结构的整体性、安全性、可靠性及施工的安全可靠性。

实用新型内容

针对现有的既有桥梁移位技术所存在的问题，本实用新型的目在于提供一种能够保证原桥结构的整体性、安全性、可靠性及施工的安全可靠性的既有桥梁超高顶升施工系统。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种多跨箱梁整体超高交替顶升施工系统，该顶升施工系统主要包括：至少一个交替顶升单元以及驱动控制单元，每个交替顶升单元包括两组可主动施加顶升力的千斤顶，驱动控制单元同步驱动每个交替顶升单元中的两组千斤顶进行反复交替顶升，且每个交替顶升单元中的两组千斤顶交替更换顶升力时，是均匀线性的转化。

优选的，所述交替顶升单元中的两组可主动施加顶升力的千斤顶相间设置在待顶升建筑物底部，且千斤顶的活塞朝下设置，并活塞底部支垫等高的钢支撑垫块。

优选的，所述两组千斤顶中每个千斤顶上加装平衡阀。

优选的，所述驱动控制单元包括至少一个液压控制泵站、位移检测系统以及一个主控制器，每个液压控制泵站控制一个交替顶升单元中的两组千斤顶，主控制器采用工控总线控制连接液压控制泵站以及位移检测系统，形成位置闭环，进行多点同步交替顶升。

优选的，所述液压控制站为2点同步控制变频泵站。

优选的，所述顶升施工系统中还包括钢支撑托架体系，用于承担上部结构桥梁箱梁的重量。

优选的，所述顶升施工系统中还包括分配梁，所述分配梁固定在箱梁底部，位于箱梁与千斤顶之间，直接承担上部梁体的重量，并将力转移给千斤顶。

优选的，所述顶升施工系统中还包括限位装置以及施工监测系统。

本实用新型提供的跨线桥超高交替顶升施工方案，能够确保顶升时桥梁结构安全和顶升精度及桥梁整体落梁后的线形满足设计要求、保证施工周期、降低建筑能耗、保障城市生态环境。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为本实例中既有跨线桥的第一～四联箱梁改造前、后桥面示意图；

图2为本实例中既有跨线桥L3、L4联平面布置图；

图3为本实例中既有跨线桥L3、L4联立面布置图；

图4为本实例中既有跨线桥L3的横断面图；

图5为本实例中既有跨线桥L4的横断面图；

图6为本实例中交替顶升施工支撑支架体系的平面布置图；

图7为本实例中交替顶升施工支撑支架体系的立面布置图；

图8为本实例中PLC液压同步交替顶升控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

本实例中涉及的既有跨线桥为城市Ⅰ级主干道，桥梁为整幅桥、宽25m、双向六车道。基于全线高架桥的建立，需对既有线桥上、下桥处的桥梁结构进行改造处理。为节省工程投资和减少拆除重建产生的社会影响，本实例对既有跨线桥终点处两联箱梁采取顶升的方式调整现有跨线桥的标高或曲线，与新建高架桥相接，以求最大程度上节约资金，保护环境，将交通的影响降到最低。

该既有跨线桥第五、六联(L1、L2)联桥梁均为4×36m预应力混凝土箱梁，第七联为36+45+36m钢箱梁(L3)，第八联为3×36m预应力混凝土箱梁(L4)，L3、L4联总长为225m，桥宽25m，总顶升面积为5625m²，最高顶升高度达11.261m。其中L3联为25m宽钢箱梁桥面，双向6车道，顶升段长117m，顶升面积达2925m²，顶升高度3.369m；L4联为25m宽预应力混凝土箱梁桥面，双向6车道，顶升段长108m，顶升面积达2700m²，顶升高度11.261。其中L1联位于R＝600m平曲线上；同时L1、L2联位于R＝15000m的凸形竖曲线上，L3、L4联位于R＝3000m的凸形竖曲线上，其后接纵坡为4.53％的下坡。

参见图1，改造后，L1、L2联位于拼宽段上。改造后的L3联起点处桥面比现有桥面高出0.001m，L4联止点处桥面比现有桥面高出11.261m。

其中，L3、L4联的平立面见图2和图3；L3、L4两联箱梁的横断面见图4和图5。

据此，该工程在具体实施时，将遇到如下问题：

(1)整体顶升高度高。既有跨线桥第八联(L4联)三跨预应力混凝土连续梁最大顶升高度达11.261m，施工难度大，安全风险高。

(2)顶升工艺复杂。现有的间歇式顶升，无法确保顶升施工过程的高效及既有结构安全。

(3)钢箱梁顶升要求高。既有跨线桥的第七联钢箱梁(L3联)的现状桥面比扩建后的桥面低得多，且大部分位于竖曲线上，桥梁结构为向上的拱形。

(4)墩柱接高质量和安全要求高。由于最大顶升高度达11.261m，如何保证墩柱的施工质量及顶升施工的安全是非常关键的。

(5)顶升精度要求高。同步位移监控精度必须控制在2mm以内，同步顶升力变化幅度应控制在5％之内。

(6)施工条件的制约。

(7)桥梁纵坡的调整。

由上可知，该工程顶升高度高，施工工艺技术复杂，安全风险高，且顶升施工工期短。为此，本实例采用一种既有跨线桥超高交替顶升施工的技术方案，确保顶升时桥梁结构安全和顶升精度及桥梁整体落梁后的线形满足设计要求、保证施工周期、降低建筑能耗、保障城市生态环境。

该超高交替顶升施工方案主要是通过在待顶升建筑物底部设置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驱动两组千斤顶进行连续反复交替顶升，在两组千斤顶交替更换顶升力时，是均匀线性的转化，在该过程中，实时的消除了每个支撑的压缩量，即消除各支撑之间的压缩量差异问题，确定梁体的安全性。

由于该交替式顶升方案中始终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，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处于受控状态，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。

为了具体有效实现该交替式顶升方案，本实例首先建立多跨箱梁整体超高交替顶升施工系统，该施工系统主要包括：

(1)至少一个交替顶升单元，交替顶升单元包括两组可主动施加顶升力的千斤顶，该两组可主动施加顶升力的千斤顶相间设置在待顶升建筑物底部，且千斤顶的活塞朝下设置，并活塞底部支垫等高的钢支撑垫块。

为了保证顶升系统的安全及支撑系统的稳定，本实例在每个千斤顶上加装安全保护装置，以确保千斤顶失效时还可以继续受力(停止顶升)。

该安全保护装置具体为平衡阀，其直接安装在千斤顶上。通过该平衡阀实现油缸无论上升还是下降，都是由进油流量控制油缸运动速度，而与油缸负载无关，有效保证了各千斤顶负荷的均衡、安全可靠。平衡阀具体为无泄漏锥阀结构，可实现：(1)平衡油缸的负荷压力，无论是上升还是下降都是进油调速，安全性大增；(2)保护油缸不发生过载，当油缸内的压力超过调定压力时，平衡阀能自动开启，卸掉过高的油压，保护油缸免遭过载；(3)实现重载先开，可使多缸并联时，各缸载荷自动均衡。

(2)驱动控制单元，其同步驱动每个交替顶升单元中的两组千斤顶进行连续反复交替顶升，且每个交替顶升单元中的两组千斤顶交替更换顶升力时，是均匀线性的转化。

该驱动控制单元具体为PLC液压同步交替顶升控制系统，其采用PLC实现顶升力和位移的双控指标，达到顶升过程的比例同步顶升。

(3)桥梁交替顶升施工钢支撑体系。该支撑体系用于承担上部结构桥梁箱梁的重量。该体系由若干的竖向支撑和横向联系配合形成，每个竖向支撑分别安装于千斤顶底部位置，支撑底部固定设置，且千斤顶中心线与竖向支撑中心线对齐；横向联系安装在竖向支撑中间；这样横向支撑受力通过抱箍、连接支撑传递给竖向钢支撑，形成空间桁架，增加钢支撑体系的刚度、稳定性，消除在竖向钢支撑与横向联系间产生较大的由强迫位移引起的弯矩，保证结构的安全可靠。

(4)分配梁。该分配梁固定在箱梁底部，位于箱梁与千斤顶之间，直接承担上部梁体的重量，并将力转移给千斤顶，由此满足桩基偏心矩要求，同时确保顶升梁体结构的安全。

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。

本分配梁400采用20mm厚钢板焊接800mm宽、500mm高箱型断面，设置3条竖向肋板，纵向用10mm钢板间距250mm加劲。

(5)纵、横向限位装置。根据既有桥纵坡调整要求，设计保证顶升过程结构受力安全的纵、横向限位装置，确保相邻联桥梁伸缩缝的安装空间。

其中，每个纵向限位装置主要包括设置在梁体伸缩缝两端的若干锚固螺栓以及设置在顶升梁段侧设置的螺旋千斤顶。

(6)顶升用临时钢支撑基础。顶升时，钢支撑大部分作用在承台上，也有部分作用在扩大基础上，根据支点负荷，对既有承台进行验算并根据验算结果和临时支撑体系布置需求处理既有承台；同时，根据临时支点反力进行扩大基础的设计和处理。确保基础满足顶升施工要求。

(7)监测体系。该监测体系通过对基础沉降观测、梁底面标高量测、梁横向位移观测、梁纵向位移观测、梁体应力监控监测、支撑钢管应力监控，及时采集数据，进行分析、判断，以指导过程施工；同时，通过建立的三维整体模型，对顶升过程中每一时间段系统的位移、变形和应力进行分析，查明顶升过程中体系关键点每一时段的位移和应力增量，并与设计值进行比较等的实时监测监控，保证实际值不超过预定警戒值。

在具体实现时，由于本实例中桥梁最大的顶升高度达11.261m，其中的桥梁交替顶升施工钢支撑体系的安全可靠关系到项目实施的成功与否，而目前现有桥梁等交替顶升过程中产生的不均匀的压缩变形会破坏横向联系，影响整个支撑体系的结构安全性。

参见图6和图7，本桥梁交替顶升施工钢支撑体系100主要包括抱箍101、连接支撑102，竖向支撑103、横向联系104。竖向支撑顶部安装有千斤顶，千斤顶分为2组，间隔布置；竖向支撑每间隔一定距离设置横向联系，横向联系采用纵横向各四根方管与抱箍及连接支撑焊接，方管之间用角钢焊接形成桁架结构；横向联系之间可设置剪刀撑等构造。交替顶升中由于不均匀压缩变形导致的横向联系受力通过抱箍、连接支撑传递给竖向支撑，能够避免交替顶升中由于不均匀压缩变形对横向联系的破坏，有效保证顶升作业的结构安全。

再者，本钢支撑支架体系整体为两组顶升钢支撑均与每层横梁进行焊接，两组顶升钢支撑实现强约束联动。

结构材料均采用Q235钢材。钢筒直径为壁厚为16mm；由下往上顺桥向、横桥向第一道、第二道横梁由4根100×5mm的方钢组成，水平面上由垂直于方钢的L75×8缀条相连，竖直面上由与方钢斜交的L75×8缀条相连。第三道、第四道横梁由4根150×6mm的方钢组成，水平面上由垂直于方钢的L75×8缀条相连，竖直面上由与方钢斜交的L75×8缀条相连。

参见图8，其所示为本实例中PLC液压同步交替顶升控制系统的结构示意图。由图可知，该PLC液压同步交替顶升控制系统200主要包括：液压顶升系统201、检测传感系统202和计算机控制系统203。该系统采用变频调速比例控制，依靠内置PLC,组成力或位置闭环回路，实现各种高精度的多点同步顶升控制。

其中的，液压顶升系统201包括若干的液压控制站，该液压控制站具体为2点同步控制变频泵站，每个液压控制站用于控制一个交替顶升单元中的两组千斤顶204进行连续的反复交替顶升，在两组千斤顶交替更换顶升力时，是均匀线性的转化。

具体连接时，液压控制站与千斤顶之间用3根软管相连接，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、过程显示、故障报警等多种功能。

再者与之配合，采用配有液压锁和5°偏载能力的200t液压千斤顶实现梁体的顶升。同时，通过在每个千斤顶加装平衡阀，实现油缸无论上升还是下降，都是由进油流量控制油缸运动速度，而与油缸负载无关，有效保证了各千斤顶负荷的均衡、安全可靠。

检测传感系统202在整个顶升控制系统中非常重要，为获得数据信息的主要来源。它的灵敏度将直接影响到顶升的同步精度。检测传感系统主要是由位移传感器、信号放大器、传感线路及计算机组成，其中最重要的位移传感器。

位移传感器的主要作用是检测顶升的相对位移，然后将测得的位移数据通过信号放大器的处理，把经过放大后的信号通过传感线路传送到计算机，由计算机进一步处理所收集到的数据信息。位移传感器的布设直接影响到检测的准确性，合理的布设位移传感器能客观地反映出整体的位移姿态。所以在划分控制区域时，要考虑到位移传感器的架设的位置是否能客观地反映该控制区域的整体位移。同时，位移传感器架设时应保证它的垂直度，尽量减少人为造成误差，保证位移传感器的精度。

本实例中选用NS-YW06型拉线位移传感器，其特点是精度高、误差小、高分辨率、量程范围广、移动平滑、防护等级高、抗干扰能力强等特点。

计算机控制系统203是整个PLC液压同步交替顶升控制系统200的核心，其将由检测传感系统202所收集到的数据进行分析处理，并把处理后的数据反馈给液压顶升系统201，由液压顶升系统201调节各千斤顶油压，从而保证整个顶升系统同步性。

本系统可显示各个顶升油缸的受力参数，并可连接打印机，记录顶升过程数据；同时系统安装了UPS电源，即使意外断电，也可确保数据和工程的安全。

基于上述方案的PLC液压同步交替顶升控制系统200，在具体实施时，整个控制系统采用模块结构，首先通过对桥梁结构的分析计算出桥梁各支座的支反力，由此来确定千斤顶的个数、规格和分布，并确定位移传感器的布设：

在每个墩柱两侧各布设一位移传感器，在过渡墩柱两侧各布设两位移传感器，每台液压控制站作为一个控制子站来控制两组千斤顶，同时依靠工控总线联结在一起，由一台主控制器(即计算机控制系统203)控制，由此形成位置、受力闭环回路，同时由主控制器来协同工作同步运行，达到控制桥梁顶升的位移和姿态，同步精度为±2.0mm，精确地保证顶升过程的比例同步性，确保顶升时梁体结构安全和顶升精度满足设计要求。

由上可知，本专利中提供的既有跨线桥超高交替顶升系统具有施工速度快、对城市交通及周边的环境影响小、造价低、节能环保等非常明显的优点，适合于城市既有桥梁的改造建设。

再者，本超高交替顶升系统具有非常明显的优点，期还可广泛应用于公路、水运、市政、城建、铁路等一系列工程建设改造中。可节约建设费用和社会资源，缩短了建设周期，消除了重复建设引起的社会不良影响，降低了对城市交通的影响，且建筑能耗低、城市生态环境质量得以保障等。它是一项技术先进、集成创新的工程施工技术。随着人们对该技术的了解和认识的不断加深，该技术在国内将有非常广泛的应用前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种多跨箱梁整体超高交替顶升施工系统，其特征在于，该顶升施工系统主要包括：至少一个交替顶升单元以及驱动控制单元，每个交替顶升单元包括两组可主动施加顶升力的千斤顶，驱动控制单元同步驱动每个交替顶升单元中的两组千斤顶进行反复交替顶升，且每个交替顶升单元中的两组千斤顶交替更换顶升力时，是均匀线性的转化。

2.根据权利要求1所述的一种多跨箱梁整体超高交替顶升施工系统，其特征在于，所述交替顶升单元中的两组可主动施加顶升力的千斤顶设置在待顶升建筑物底部，且千斤顶的活塞朝下设置，并活塞底部支垫等高的钢支撑垫块。

3.根据权利要求1或2所述的一种多跨箱梁整体超高交替顶升施工系统，其特征在于，所述两组千斤顶中每个千斤顶上加装平衡阀。

4.根据权利要求1所述的一种多跨箱梁整体超高交替顶升施工系统，其特征在于，所述驱动控制单元包括至少一个液压控制泵站、位移检测系统以及一主控制器，每个液压控制泵站控制一个交替顶升单元中的两组千斤顶，主控制器采用工控总线控制连接液压控制泵站以及位移检测系统，形成位置闭环，进行多点同步交替顶升。

5.根据权利要求1所述的一种多跨箱梁整体超高交替顶升施工系统，其特征在于，所述顶升施工系统中还包括钢支撑托架体系，用于承担上部结构桥梁箱梁的重量。

6.根据权利要求1所述的一种多跨箱梁整体超高交替顶升施工系统，其特征在于，所述顶升施工系统中还包括分配梁，所述分配梁固定在箱梁底部，位于箱梁与千斤顶之间，直接承担上部梁体的重量，并将力转移给千斤顶。

7.根据权利要求1所述的一种多跨箱梁整体超高交替顶升施工系统，其特征在于，所述顶升施工系统中还包括限位装置以及施工监测系统。