九孔连续刚构桥顶升抬高改造设计

九孔连续刚构桥顶升抬高改造设计

1原墩顶升结构及顶升方式根据上海的建设计划，原南浦大桥浦东主桥下架部分的九棵桥将进行调整，并将其连接到浦东龙阳路的环形高架桥。九孔的跨度为第13孔T梁（38.5m），第14-21孔板梁（20m）；其总长度为198.5m，宽度为25.1m。上部结构：第13孔为11片简支预应力T型梁；其余8孔为24片简支预应力板梁。下部结构：均为钻孔灌注桩、承台、双立柱接预应力盖梁。原墩柱高度和顶升高度详见表1ㄢ该顶升工程从顶升方式上分为三个部分：首先对八跨板梁采取断柱整体同步顶升，之后再进行一跨T梁和八跨板梁的反坡顶升。南浦大桥东侧主引桥整体同步顶升的墩号为13#～21#墩。整体同步顶升面积为4016m2。每跨顶升重量约为1000t，整体同步顶升总重量约为8000t。其中21#墩在整体同步顶升之前将大里程的板梁和桥台全部拆除，所以在顶升过程中有一个偏心荷载给整体同步顶升工作带来了很大的难度，同时21#墩的顶升高度为5.910m，创造国内桥梁顶升的第一高度。2顶升系统要求(1）整体重量大，总重量达10000t，桥面宽度达25.1m，整个顶升体系的反力支撑设置难度大，确保顶升施工安全是本方案的指导性原则；(2）顶升高度最高达5.91m，临时垫块和顶升循环多，对整体稳定性提出了更高的要求，必须确保纵横支撑体系的牢固、可靠、不失稳；(3）顶升面积大，在4982.35m2范围内实现同步顶升，要求桥面不裂、不倾斜，对大面积多点同步控制要求高；(4）反坡顶升，桥面坡度变化较大，顶升过程中要针对防止千斤顶偏载承受过大水平荷载采取措施；(5）在顶升过程中，既有整体的断柱顶升，又有分跨的调坡顶升与支座更换，工序复杂，实施顶升作业时要求采用多种结构布置形式和操作方式；(6）在顶升过程中，由于桥面在水平方向上的投影长度不断变化，梁与盖梁之间会产生不可避免的相对位移，在确保墩柱中心线不变的前提下，必须解决梁端位移引起的力系平衡变化问题；(7）该工程对液压系统提出更高的同步性能要求（小于2mm），在顶升过程中，该系统应能平衡偏心荷载，防止盖梁倾覆；(8）该工程顶升规模大，为缩短工期，需要同时投入的支撑、泵站、油缸、油管、控制设备多；(9）南浦大桥在上海市交通工程定位中极其重要，且在上海乃至全国均有较高的知名度，工程施工的成败对社会各方面影响巨大。3顶升一体化墩柱的顶升和阶梯式顶升14#～21#墩采用同步顶升、分步到位的方式。同步顶升，即为将14#～21#墩柱每一次行程顶升100mm，可以使桥梁顶升时保持原桥的姿态，不会使两个墩柱产生高差；由于每个墩柱的顶升高度不同，分步到位即为在整体顶升时，顶升高度最小的墩柱先到位。由于13#没有采取断柱方案，防止14#墩柱在顶升374mm时对14孔的板梁造成损伤，所以在14#～21#墩柱采取断柱同步顶升、分步到位时，采取在13#墩的大里程侧采用在钢牛腿上放置200t千斤顶25个，200t千斤顶放置在两片板梁之间的缝隙处和在横桥向边部板梁的肋下，同时将25个200t千斤顶充满压力，处于0高度上升状态。4桥梁升降系统组成该顶升系统大致由以下四部分组成：千斤顶和随动支撑系统、托架系统、顶升限位系统、顶升监测系统。4.1千斤顶的安装通过荷载计算，主引桥每跨为1000t，每个盖梁的顶升重量约为1000t。考虑到一定的安全储备，每根立柱按对称形布置4台200t千斤顶，即每个盖梁处布置8台千斤顶、8个随动支撑，可以提供1600t的顶力，每个盖梁具有1.6倍的安全系数。具体位置详见图1。这样的布置方式对盖梁的正负弯矩均比原立柱支撑时的正负弯矩减小。千斤顶位置应考虑将来立柱连接时模板安装所需的施工空间，同时考虑顶升时千斤顶的受力状况，避免承台发生剪切破坏。21#墩在整体同步顶升之前将大里程的板梁和桥台全部拆除，考虑顶升过程中偏心荷载500t的作用，所以21#盖梁下也布置8个200t千斤顶，8个随动支撑，具体位置详见图2ㄢ4.2顶升托架和顶升组合安装托架支撑体系由分配梁、支撑钢管等组成。底板作为反力基础，采用植筋方式与原承台连成一体，也即是将原桥的荷载通过分配梁传递到千斤顶或者随动支撑，再通过千斤顶或者随动支撑传递到底板上，也就是传递到原承台上。分配梁采用箱型截面，截面高度为520mm，宽度为400mm，腹板的厚度为25mm，上下钢板厚度为20mm。分配梁与盖梁之间填充灌浆料，这样既可以保证两个分配梁之间保持水平，同时也可以让分配梁不直接作用在盖梁上，避免对盖梁造成损伤。墩柱两侧分配梁之间采用10mm钢板连接成一个整体。顶升专用临时钢垫块分别用在千斤顶下和临时支撑下。临时钢垫块与顶升托架体系的钢管相对应，也采用Φ500×12mm钢管，两端焊接厚为12mm的法兰。钢垫块共有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种类型，为适应千斤顶的顶升行程，钢垫块的高度分别为100mm、200mm。每个临时支撑顶部均配置一对楔块和薄厚不一的钢板，以满足不同顶升高度的要求。为避免顶升过程中支撑失稳，钢垫块间通过法兰连接。当垫块高度到达1.0m时，增加一节钢管支撑用以替换临时垫块，以增强支撑稳定性。支撑结构之间连结牢固，即临时垫块之间栓接、钢管支撑与承台栓接、钢管支撑间及临时垫块间均用螺栓进行连接。同时将墩柱周边的8根钢管支撑每2m高通过L100mm×100mm×10mm连接成为格构柱形式，将两个立柱周边的16根钢支撑横桥向也通过L100mm×100mm×10mm连接在一起。通过以上措施保证支撑结构有良好的整体性，防止因盖梁顶升可能发生的滑移造成支撑体系的失稳破坏。4.3格构柱和桥面纵向限位限位：为避免顶升过程中桥梁产生横、纵向偏移，设立钢结构限位装置。限位支架应有足够的强度，并应在限位方向有足够的刚度。限位装置分为两部分：墩柱横向限位和桥面纵向限位，墩柱横向限位采用在墩柱的4个角处安装4个L200mm×200mm×16mm，构成格构柱的分肢，采用L100mm×100mm×10mm作为格构柱的缀条，柱脚采用4个直径24mm的化学锚栓将厚度20mm厚钢板固定在承台上，对于20#、21#墩柱的横向限位,由于原墩柱高度较低，采用双层格构柱原理来限位，里层格构柱和外层格构柱分别与盖梁和承台固定在一起，这样当千斤顶将桥梁顶升时，格构柱只允许墩柱在格构柱里面进行上升，就很好地限制墩柱的横向位移。桥面纵向限位分为两种类型：一种采用L125mm×125mm×10mm和直径30mm8.8级螺栓连接在一起，通过调节螺母来对桥面产生牵引力和推力，该装置布置在14#～16#墩处。另外一种方式为采用螺旋千斤顶布置在17#～20#墩处，该限位装置一端固定在一侧板梁上，另一端固定在另一侧板梁上，通过调节螺旋千斤顶的位置来对反坡顶升的桥面进行推拉。实践证明,结构限位能够确保水平偏移量在允许的范围内，并能保证顶升的安全。4.4顶升测量和观测(1）承台沉降观测：设置承台沉降观测体系来反应承台沉降状况，及时做出相应的措施。(2）桥面标高观测：桥面高程观测点用来推算每个桥墩的实际顶升高度。设置桥面标高观测点可以精确地知道每个桥墩的实际顶升高度，使顶升到位后桥面标高得到有效控制。顶升段共有九跨，在顶升段外设置控制点，在每个盖梁的两端分别设置一个测点，通过经纬仪来控制盖梁的横向和纵向位移，共设18个高程测点。同时在桥面设置9组用静力水准仪校对测量。通过顶升前后各测点高程的变化，掌握各点顶升高度是否达到设计要求，并判断高度的变化是否在结构中产生了过大的附加内力，并及时核对第三方的监测数据，发现不利情况及时纠正。(3）升高的切断面和盖梁底面标高测量：它是桥面标高控制和测量的补充，提供辅助的顶升作业依据。(4）盖梁纵向位移观测：为了对顶升过程中盖梁纵向位移及立柱垂直度的观测，在原立柱外侧面弹出两方向垂直投影线，便于顶升过程中校对中线及左右偏移，判断盖梁的纵向位移及中线倾斜。(5）支撑体系的观测。钢支撑在顶升过程中将承受桥梁的全部恒载和施工荷载，其强度和稳定性对施工的安全起着决定性的影响，也是施工监控的重点部位。计算表明，由钢支撑等构件组成的空间支撑体系受力较为复杂。若施工过程中各千斤顶顶升的高度产生差异，将使各钢支撑的轴力发生变化，通过观测，能及时掌握支撑体系的受力和变形情况，及时采取措施控制支撑体系的变形量，使施工在安全可控的环境下进行。(6）伸缩缝间隙观测。通过伸缩缝间隙观测得到的数据，及时采取措施使施工顺利地进行。5超高压泵站及控制部分该工程采用为变频调速闭环控制系统，依靠调节供电的频率，来改变电机转速，达到使油泵的流量连续可调的目的，再配以先进的电控和高精度的位移、压力检测系统，就可精确控制千斤顶的升降速，实现多点同步升降的控制，满足同步顶升、同步降落、重载称重的功能。(1）顶升系统：该系统是一套控制系统9套超高压泵站，每台超高压泵站、2套位移检测装置及附件控制4台千斤顶组成。超高压泵站由2台超高压泵、2套变频调速调试控制系统、2套控制阀组、一套电控系统组成。(2）调坡系统：调坡采用调压泵站控制多台千斤顶实施。(3）变频系统技术参数系统工作电源：AC380V/50Hz三相五线制系统泵站电机功率：2×3kW（单泵站）系统最高工作压力：65MPa系统泵站流量：2×2.6L/min系统同步控制精度：小于等于±0.5mm系统本站工作介质：N46-N48#抗磨液压油工作油温：0℃～70℃环境温度：-25℃～+45℃油箱容量：250L（单泵站）泵站重量约：350kg（单泵站）(4）该系统的电气控制系统原理多点的位移检测装置和压力传感器的信号由信号电缆连接到超高压泵站的电气控制箱内，经信号放大器放大后将顶升位移和负载吨位送至可编程控制器PLC中，可编程控制器PLC中根据操纵台发出的操作指令，启动多台泵的电机，驱动油泵工作，油泵的动力油源经控制阀组，