航道桥梁整体同步顶升技术指南.doc

1 航道桥梁整体同步顶升技术指南 前 言 浙江地区持续稳定的经济发展日渐给该地区的交通运输行业带来了压力与挑战。目前长三角地区航道已成为国家内河航道规划“一纵两横两网”的重要组成部分。利用良好的天然航道发展内河运输以缓解该地区交通压力已成为社会共识的重要课题之一。为解决浙江地区内河航道宽度窄、水深较浅以及弯道急等不利因素以适应该地区日益繁忙的水运需求大量内河航道升级、改造任务迫在眉睫。 然而随着内河航道等级的提高通航孔的高度与宽度也随即增大。与此同时相当一部分航道桥梁因桥下净空不足而成为制约升级后航道正常运营的关键因素。 整体同步顶升技术是高效、经济解决航道桥梁桥下净空不足的重要技术手段之一。与其他净空改造方案相比整体同步顶升具有改造成本低、施工周期短、资源利用率高等优点具有良好的社会和经济效益。目前浙江地区已利用该技术完成了湖州岂风大桥、湖州南林大桥以及上海吴淞江大桥北引桥等航道桥梁的桥下净空改造取得了一系列阶段性研究成果并初步掌握了航道桥梁整体同步顶升的关键技术。本指南便是依据浙江省港航管理局、湖州市港航管理局、河海大学的研究成果航道桥梁整体同步顶升关键技术研究报告编制而成。 本指南的主要内容包括总则、术语、基本规定、航道桥梁顶升检测与鉴定、顶升施工前准备工作、反力临时支撑及限位体系的设计与施工、墩柱的截断及接高、顶升施力系统、桥梁顶升以及航道桥梁顶升施工监测、质量控制、质量检测和验收。 为全面、系统地规范内河航道桥梁的整体同步顶升施工建议在本指南的基础上今后密切结合航道桥梁整体同步顶升施工工程进行更为深入的理论、试验研究以及工程实际验证对本指南作进一步完善、补充。 2 1 总则 1.0.1 为满足航道桥梁顶升改造工程的需要确保顶升工程质量并符合国家相关的技术经济政策特制定本指南。 1.0.2 本指南适用于浙江省内航道桥梁顶升工程其他省份可参照执行。 1.0.3 航道桥梁顶升施工应积极推广使用成熟的并经主管部门鉴定或批准的新技术、新工艺、新材料、新设备以加速实现航道桥梁施工现代化。 1.0.4 航道桥梁顶升工程的检测鉴定、设计、施工、质量检测与验收除执行本指南外尚应符合现行国家有关标准规定。 3 2 术语 2.0.1 桥梁顶升工程1 bridge lifting engineering 将桥梁从原位置升高到新位置的工程包括整体顶升、分段顶升、调坡等。 2.0.2 顶升底盘结构体系1 lifting chassis structure system 顶升施工过程中用于承受桥梁顶升时的荷载并将该荷载传递到基础的结构体系。 2.0.3 顶升托盘结构体系1 lifting pallet structure system 顶升施工过程中用于托住上部被顶升结构并与其一同升高的结构体系。 2.0.4 临时支撑体系1 temporary supporting system 桥梁顶升过程中用于联系顶升托盘结构体系或桥跨上部结构和顶升底盘结构体系的所有临时施工构件的总称。 2.0.5 限位结构体系1 displacement-restriction structure system 限制桥梁在顶升过程中发生偏移的临时结构体系。 2.0.6 顶升施力系统1 linfting force application system 桥梁顶升过程中为桥梁提供顶升动力的设备的总称。 2.0.7 顶升高度限值1 lifting height limit 桥梁顶升过程中各阶段顶升高度的最大控制值。 2.0.8 不均匀位移1 uneven displacement 桥梁顶升过程中不同顶升位置产生的相对位移值。 4 3 基本规定 3.0.1 在航道规划、改造、升级过程中针对航道桥梁改造应同时进行技术和经济可行性分析及论证。对于具有顶升价值和条件的桥梁应尽可能采用桥梁顶升方案确保工程具有良好的社会和经济效益。 3.0.2 航道桥梁顶升后应保证桥梁在预期的设计使用年限内满足公路工程结构可靠度设计统一标准GB/T 50283规定的可靠度。 3.0.3 航道桥梁的可靠性包括其安全性、耐久性、适用性。 3.0.4 在航道桥梁顶升工程设计前应进行现场调查收集相关资料必要时对地基和结构补充进行勘察和检测。 3.0.5 对航道桥梁顶升工程设计前应根据本指南和现行有关标准对结构可靠性进行鉴定。对具有抗震设防要求的桥梁尚应进行抗震能力鉴定。 3.0.6 实施航道桥梁顶升工程应符合满足规划、消防、环保、资源利用等有关标准的要求。 3.0.7 航道桥梁顶升过程中应控制过量沉降和不均匀沉降控制标准应符合本指南和相关标准的规定。 3.0.8 对航道桥梁的顶升施工应由具有相应特种专业工程资质的单位承担。 3.0.9 航道桥梁顶升工程的报批、开工应执行国家和地方的有关规定。 3.0.10 航道桥梁顶升工程的施工全过程应按本指南的有关规定进行施工监测。 3.0.11 航道桥梁顶升工程施工期和竣工后应按本指南和有关标准的规定进行质量检验和验收。 3.0.12 航道桥梁顶升一般宜采用PLC液压整体同步控制系统实施顶升特殊情况可采用机械千斤顶人工控制顶升。 3.0.13 航道桥梁顶升施工应严格控制对原结构的损伤。 5 4 航道桥梁顶升检测与鉴定 4.1 一般规定 4.1.1 航道桥梁的顶升工程开始前应先对原桥进行现状调查和可靠性鉴定对于有抗震设防要求的桥梁尚应进行地震能力的鉴定。可靠性及抗震鉴定内容应满足设计要求。 4.1.2 检测鉴定前应先进行现场调查收集勘察报告、设计图、竣工图、使用情况与环境条件等相关资料。 4.2 航道桥梁顶升检测 4.2.1 航道桥梁的顶升工程的检测项目应符合表4.2.1的规定。 表4.2.1 航道桥梁顶升工程检测项目 检测项目 检测级别 桥梁实际作用荷载 地 基 基 础 场地类别和地基土状况 地基稳定性 地基承载力原位或土工试验 基础、桩、承台的工作状况 地基变形及上部结构反应 墩柱及盖梁工作状况 上 部 结 构 桥梁使用状况核查 主要构件材料强度 结构裂损 构造和连接 结构整体性 注表示应做项目表示选做项目表示待检测项目。 4.2.2 当原桥的工程图纸资料不全时应对原桥的结构布置、构件尺寸等进行 6 测绘并绘制工程现状图。 4.2.3 对跨径较大或结构复杂的桥梁必要时应进行荷载试验 1 荷载试验分静力荷载试验与动力荷载试验 2 静力荷载试验主要针对桥梁的控制截面检验原桥结构的强度和刚度是否满足设计和规范要求 3 动力荷载试验测定原桥结构的自振特性以及在试验荷载作用下的的动态响应以评估实际结构的动力性能。 4.3 航道桥梁顶升鉴定 4.3.1 航道桥梁的可靠性鉴定和抗震鉴定应依据现状检测结果基础承台和结构体系整体性、构件承载力、构造措施和结构缺陷等进行鉴定内容包括结构安全性、耐久性、适应性等鉴定依据现行国家有关标准。 4.3.2 航道桥梁承载力验算应符合下列规定 1 计算模型应符合桥梁受力和构造的实际情况 2 调查或检查核实作用在桥梁上的荷载所采用的荷载效应组合与荷载分项系数应符合现行国家标准的规定 3 结构或构件的材料强度、几何参数可采用原设计值。当检测结果不符合设计规定时应按实际检测结果取值。依据公路桥梁承载能力试验与检测方法、公路旧桥承载能力鉴定方法进行验算。 4.3.3 基础承台承载力和变形特性应根据勘察资料结合工程现状实测资料确定。 4.3.4 按国家现行有关标准进行鉴定后应给出桥梁现状的鉴定结论提出航道桥梁顶升工程中需要进行结构补强加固的具体措施和建议。 7 5 航道桥梁顶升施工前准备工作 5.1 施工准备 5.1.1 在施工前应对顶升桥梁的技术状况进行复查并将复查结果通知有关单位。在桥梁顶升施工过程中应加强观测与检查及时反馈信息指导施工。 5.1.2 材料检验2 桥梁顶升施工使用的主要材料应具有国家相关部门认定的产品性能检测报告和产品合格证其物理力学性能指标应满足设计要求。 5.1.3 仪器标定、设备校验 用于桥梁试验与检测的各类仪器应进行标定对桥梁加固设备应按要求检验。标定和校验应由经相关主管部门认定的具有相应认证资质的计量机构进行。 5.1.4 施工单位必须建立健全质量保证体系。主要内容为质量方针、质量目标、质量保证机构、质量保证程序、质量保证措施。 5.2 施工组织设计 5.2.1 应根据招、投标文件施工合同设计文件及有关技术规范要求编制施工组织设计。 5.2.2 航道桥梁顶升施工组织设计应包括以下内容编制说明、被顶升桥梁概况含技术状况评定结果、施工准备及施工总体策划、施工组织机构、顶升施工方案、顶升监测方案、交通组织方案包括桥上交通、航道交通、资金计划、施工进度计划及进度图、质量管理和质量保证体系、安全生产、环境保护、职业健康等。 5.2.3 航道桥梁顶升施工前应进行施工技术交底。 5.3 施工安全及环境保护 5.3.1 航道桥梁顶升施工必须严格遵守安全操作规程建立健全安全生产管理制度。 8 5.3.2 必须加强施工人员安全意识教育提高安全警惕防事故于未然。 5.3.3 采用化学材料施工时应符合以下规定 1 配置化学浆液的易燃原料应密封保存远离火源 2 配置及使用场地必须通风良好操作人员防护应符合有关劳动保护规定 3 工作场地严禁吸烟、明火取暖并配备相关的消防设施 4 施工完成后现场及结构不应遗留有害化学物质。 5.3.4 桥梁顶升施工应最大程度地减少对交通的影响 1 施工前与公路及交通相关管理部门联系办理有关手续按批准的时间、范围进行施工 2 严格按现行公路养护安全作业规程JTG H30设置施工标志、限速标志、反光锥形交通路标和其它安全措施 3 航道桥梁顶升时应在桥下布置航行标志和警示灯。 5.3.5 航道桥梁顶升施工宜在晴天和白天进行。必须在不良天气或夜间施工时应有相应的施工保障措施。 5.3.6 航道桥梁顶升施工应采取必要的措施保护生态环境及周围居民的正常的生活。 9 6 反力、临时支撑及限位体系的设计与施工 6.1 顶升反力体系 6.1.1 顶升反力体系应该满足强度、刚度、稳定性及局部承压的要求。 6.1.2 顶升反力体系分为顶升底盘结构体系及顶升托盘结构体系两部分两者组成一对上下结构的传力体系。 6.1.3 顶升反力体系包括系梁上抱柱梁下抱柱梁如图6.1.3所示。 a b 图6.1.3 顶升反力体系示意图 6.1.4 顶升反力体系应对称布置。 6.2 顶升底盘、托盘结构体系设计 6.2.1 顶升底盘结构的设计荷载应由顶升时荷载的最不利组合确定。 6.2.2 荷载取值 1 永久作用、可变作用、偶然作用值按现行国家标准公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004取用或按实际荷载取值 2 桥梁顶升过程中基本风压按10年一遇取值 3 顶升过程中可不考虑地震力作用。 系梁 上抱柱梁 顶升底盘 结构体系 下抱柱梁 临时支撑 千斤顶 顶升托盘结构体系 桥墩 桥墩 系梁 顶升托盘 结构体系 盖梁 顶升底盘结构体系下抱柱梁 10 6.2.3 托盘设计时应考虑上部结构顶升过程中水平和竖向荷载的分布和传递根据顶升时的最不利组合进行强度、刚度和稳定性设计。 6.2.4 顶升底盘结构主要有承台、抱柱梁、钢牛腿、盖梁等四种类型1 1 一般情况下应首选承台作为顶升底盘 2 没有承台、深埋式承台或深水承台可采用抱柱梁作为顶升底盘 3 顶升重量较小时可选用钢牛腿作为顶升底盘 4 顶升高度较小时可采用盖梁作为顶升底盘。 6.2.5 桥梁顶升常用的托盘结构主要有盖梁、抱柱梁、钢牛腿。复杂桥梁的顶升宜根据实际情况必要时可考虑以上几种方法综合组合。 6.2.6 若采用混凝土抱柱梁其抗剪性能及承载能力设计可采用下式计算 0.24cdVfA 6.2.6 式中 V截面受剪承载力 cdf新旧混凝土轴心抗压强度设计值较低者 A接触界面面积。 6.2.7 混凝土抱柱梁强度不宜低于C403。 6.3 顶升底盘、托盘结构体系施工 6.3.1 施工前应设置桥梁标高标志线。 6.3.2 在墩梁原址施工顶升底盘结构时必须考虑开挖、托换、桩基施工等因素对原桥造成的不利影响并进行相应处理。 6.3.3 顶升底盘结构的表面应平整、光滑允许偏差不宜大于2mm。 6.3.4 混凝土抱柱梁体系施工时原结构与托盘结构体系相连的截面应表面凿毛、清理干净并涂界面处理剂。 6.3.5 托盘梁主筋应采用焊接或机械连接连接构造应符合公路桥涵施工技术规范JT J0412000的规定。 6.3.6 对施工时在原桥结构上开凿的的洞在桥梁顶升就位后应及时进行修复 11 加固处理临时预埋件需清除。 6.4 临时支撑体系的设计 6.4.1 临时支撑体系必须满足强度、刚度及稳定性要求。 6.4.2 临时支撑构件一般采用钢管支撑墩和混凝土支撑墩。 6.4.3 临时支撑体系应便于安装于拆除。 6.4.4 临时支撑体系专用垫块应模数化和标准化以提高其使用效率。 6.4.5 标准化的每节支撑的长度应与千斤顶行程相适应。 6.4.6 为避免顶升过程中支撑失稳每节支撑之间必须采用螺栓连接。 6.4.7 临时支撑基础利用原桥台时必须对桥台的受力状况进行验算。 6.5 临时支撑体系施工 6.5.1 临时支撑下端在安装时与底盘固结。 6.5.2 在顶升停止时将支撑与顶升托盘临时固定。 6.5.3 临时支撑宜采用标准化临时支撑。 6.5.4 垫块分为类垫块类垫块类垫块类垫块见表6.5.4。 12 表6.5.4 标准垫块示意图 类垫块 类垫块 横 剖 面 图 I类垫块横剖面图 俯 视 图 I类垫块俯视图 类垫块 类垫块 横 剖 面 图 俯 视 图 III类垫块横剖面图 IV类垫块横剖面图 IV类垫块俯视图 III类垫块俯视图 II类垫块俯视图 II类垫块横剖面图 13 6.5.5 标准化临时支撑系统如图6.5.5所示。 图6.5.5 标准化临时支撑系统示意图 6.6 限位结构体系的设计 6.6.1 顶升限位包括横桥向限位与顺桥向限位。 6.6.2 顶升限位装置需满足强度、限位方向刚度及稳定性要求。 6.6.3 顶升限位装置按其布置位置不同可分为格构支架、斜撑支架、悬臂桁架、混凝土挡块等1。 1 绝大多数梁式桥和桁架桥应优先选用格构支架作为限位系统 2 无水平推力的拱桥桁架拱桥、系杆拱桥及梁共组合桥应采用悬臂桁架作为限位系统 3 多跨多幅梁式桥应采用斜撑支架作为限位系统 4 混凝土挡块不得单独作为顶升限位装置但可作为辅助限位装置。 连接螺栓 千斤顶 0.5米高 1米高 II类垫块 钢垫块 钢垫块 IV类垫块 III类垫块 I类垫块 IV类垫块 14 6.6.4 横桥向荷载作用应考虑风荷载及船舶撞击荷载。 6.6.5 限位结构的荷载设计值可根据横桥向失稳破坏的临界值确定简化计算时可按原桥上部结构重量的20取值。 6.7 限位结构体系的施工 6.7.1 限位装置安装时应与顶升底盘结构体系固结。 6.7.2 保证限位装置与墩柱表面的间隙控制在5mm左右3。 6.7.3 顶升就位后限位结构的拆除不应对结构造成任何损伤因安装限位结构而在原桥形成的孔洞应进行修补。 15 7 墩柱截断位置及接高 7.1 墩柱截断位置 7.1.1 墩柱截断位置的选择应遵循以下原则 1 截断位置的选择必须符合截断后桥梁受力合理且安全可靠 2 截断位置的选择应满足顶升施工流程简化的要求 3 截断位置的选择应考虑桥梁顶升后便于墩柱的加固的要求。 7.1.2 墩柱的截断位置的位置见表7.1.2 表7.1.2 不同桥型墩柱的截断位置 桥型 桥墩形式 截断位置 备注 简支梁桥 竖向力起 主导地位 桥墩墩底附近 航道桥梁顶升施工只适用于简支体系与连续体系桥梁对于刚构桥等不宜采用桥梁顶升。 连续梁桥 桁架梁桥 拱式组合桥 7.2 墩柱截断施工 7.2.1 当托盘结构体系的混凝土达到设计强度方可开始截断施工。 7.2.2 截断施工前临时支撑系统应安装完毕若采用混凝土临时支撑体系需当混凝土达到设计强度方可开始截断桥墩。 7.2.3 截断施工前应检查临时支撑系统的可靠性。 7.2.4 截断时须将千斤顶加压至计算荷载的80并关闭液控单向阀3。 7.2.5 截断位置及顺序应按施工方案进行。 7.2.6 截断施工前相关监测设备应安装完毕截断时应严密监测桥墩、临时支撑系统受力状态及变化。 7.2.7 墩柱的截断宜采用无震动或震动较小的切割设备以减小切割时对结构的损伤。 16 7.2.8 为保证截断时桥梁的绝对安全千斤顶安装时活塞允许伸出长度不得大于5mm3。 7.2.9 墩柱切割宜采用水冷却无粉尘噪音污染切口平顺截断面的表面高差宜小于1cm。 7.2.10 墩柱截断的工具一般采用以下两种新型无振动金刚链直线切割钢线切割。 a金刚链直线切割 b钢线切割 图7.2.10 混凝土墩柱截断设备 7.3 墩柱的接高 7.3.1 墩柱接高后除满足竖向荷载作用下承载力要求外还应保证原结构的抗震性能。 7.3.2 墩柱实施连接前应首先对上下截断面各凿除30cm左右高度的砼并将墩柱新老砼结合部分进行表面凿毛处理以利于新老砼的连接。 7.3.3 墩柱钢筋连接宜采用焊接或钢筋挤压套筒机械连接接头连接等级为级。 7.3.4 墩柱混凝土宜采用与不低于原墩柱标号的微膨胀混凝土以确保新旧混凝土交接良好。 7.3.5 墩柱连接处必须接触严密、焊接牢固、混凝土灌筑密实、强度符合设计要求。 17 7.3.6 接长段混凝土宜外包长钢护筒形成类似钢管混凝土截面。 7.3.7 墩柱接长部分较长自重效应不可忽略时应对下部结构承台强度、抗裂性、桩基承载力进行复核。 7.3.8 墩柱加高部分应采用与原墩柱同规格等数量的主筋。 7.3.9 若顶升高度较小可直接接高盖梁。 7.3.10 上部构造的支座位置移动后需符合墩柱的抗偏压强度若不满足可拆了重新浇筑或将墩柱修复补强增加截面。 18 8 航道桥梁顶升施力系统 8.1 千斤顶 8.1.1 液压千斤顶必须配有液控单向阀防止失压。 8.1.2 桥梁结构应根据荷载大小布置顶升点千斤顶宜对称布置。 8.1.3 千斤顶数量可按下式估算4 kGnkN 8.1.3 式中 n千斤顶数量 kG顶升时桥梁总荷载标准值 N单个千斤顶额定承载力 k安全系数取2.0。 8.1.4 千斤顶安装时应保证其轴向垂直圆心的竖直偏差不大于0.5mm。 8.1.5 千斤顶压力控制误差小于35。 8.1.6