PLC控制系统同步顶升22跨桥梁改造技术

PLC控制系统同步顶升22跨桥梁改造技术

陈弢

上海先达特种土木工程有限公司

摘要：本文依托于茂名至湛江段改扩建工程TJ2标素水立交桥桥梁调坡顶升施工方案施工实例，因改扩建原因，在结构承载力满足的前提下若拆除重建，将造成巨大的浪费，并且会造成较大的社会负面影响。因此采用PLC系统同步顶升

22跨桥梁方案。本文就PLC同步系统在工程中的应用展开探讨。

关键词：同步顶升；科技项目管理；支撑体系

1.工程概况

本工程为沈阳至海口国家高速公路茂名至湛江段改扩建工程TJ2标段，因桥下净空不足，需对素水分离式立交桥进行顶升改造。

素水分离式立交桥桥跨布置为4×20m+19.36m+2×25m+20.64m+5×20m+5×20m+4×20m,，全桥长450m，桥宽18.6m，共22跨。其中第二联为现浇预应力砼箱梁，其余各跨为20m预应力混凝土空心板梁。

2.桥梁顶升方法及技术

为满足跨线桥桥下净空要求，对全桥22跨采用先进的PLC系统进行整体同步调坡顶升，顶升到位后对墩柱和桥台进行接高改造。结构顶升前需对原结构情况进行详细普查，并对病害进行标记，顶升过程中要密切关注结构病害的变化情况。结构顶升前需对原结构支座进行普查，进一步评估支座更换的必要性。

施工步骤如下：原承台基础加宽改造→承台找平安装钢支撑→在各墩柱下方布置千斤顶与顶升支撑→转移结构受力至临时钢管支撑上→采用PLC系统22跨同步顶升至设计标高→墩柱接高、桥台盖梁接高→垫石施工、安装支座→落梁就位→拆除顶升装置与临时支撑。

2.1.本工程施工难点重点及对策

本工程为上跨高速公路桥梁调坡顶升工程，顶升期间高速公路正常通行，顶升规模大、同步顶升长度达450米。该工程综合施工难度较大，需对施工中的重点、难点进行详细分析并采取安全可靠的应对措施。

难点重点一：本工程为全桥22跨整体调坡顶升，顶升期间高速公路正常通行不受影响，解决方式如下：

PLC控制同步顶升系统，该系统由PLC控制主机、PLC液压泵站，压力位移传感器、液压千斤顶、机器跟随顶、油管、分配器等附件组成，该系统在众多项目中使，系统安全可靠同步精度高、信息化管理程度高、人机交互界面采用win系统便于项目管理，PLC控制系统同步精度可达到0.1mm。

难点重点二：该工程顶升完成后平均顶升支撑超过7米，最大顶升支撑高度7.8米，顶升支撑的布置在保证绝对安全的前提下还受到原有基础形式、梁体受力及施工空间限制，因此如何优化顶升支撑放置是本工程的难点，解决方式如下：

（1）支撑系统的稳定性方案设计须要有足够的安全储备，要对顶升支撑系统进行最不利工况作业下的情况进行计算，保证安全性有关规范要求，结合桥梁结构原有基础形式、顶升荷载等确定最优方案；

（2）为防止在顶升过程中液压千斤顶系统出现故障导致千斤顶失效而造成落梁严重事故。针对本工程特点顶升千斤顶选用有自动封闭和机械锁多重锁定装置，并采用配套机械跟随系统作为安全支撑保障，确保在顶升过程0安全事故；

（3）采取角钢加强支撑与顶升上下节之间，水平和斜向的连接，增加支撑的整体性，特别注意在支撑更换期间的加固措施；

（4）项目部加强监管，对每个工序进行详细交底，在施工过程中严格按照规范施工，确保施工安全及质量。

难点重点三：跨线桥独柱墩在施工过程中高速公路正常通行，必须确保行车和顶升施工的安全。应对措施如下：

（1）制定安全可行的交通组织措施，确保车辆正常通行；

（2）制定可靠的独柱墩施工防护措施，防止意外情况下的刮擦、碰撞；

（3）顶升期间对车辆进行限速，增派专人进行交通疏导；

（4）加强与高速公路交警、路政的协调联系。

2.2.桥墩位置顶升基础

根据各墩顶升高度、结构特点和伸缩缝位置，0#～9#墩、22#桥台采用直接顶升板梁法，独柱墩采用直接顶升箱梁法，其余各墩采用断柱顶升法。0#～9#墩、22#桥台采用在盖梁侧面增设钢牛腿作为顶升基础，其它各墩采用在桩顶增设抱柱梁作为顶升基础。钢牛腿通过植筋固定在台帽侧面梁板铰缝和边梁肋板位置，每个桥墩设置30个顶升钢牛腿，桥台位置设置15个顶升钢牛腿。

10#～21#墩增加抱柱梁，抱柱梁高140cm，平面尺寸380cm（横桥向）×290cm（纵桥向）。为了降低中间墩抱柱梁施工对高速公路行车的影响，可以适当调整抱柱梁的高度位置。

2.3.千斤顶、顶升泵站配置

液压千斤顶:采用带球头的千斤顶，球头有5度的转动功能，能够自动适应调坡顶升，每个千斤顶均具备液压和机械双重自锁功能。液压千斤顶的行程采用两种规格，行程15cm和25cm，顶升吨位采用300吨和400吨两种。

机械随动顶：随动千斤顶是确保顶升安全的重要支撑系统，它能够保证在液压系统失压的情况下对顶升结构的有效支撑，其基本工作原理为液压驱动，机械螺纹支撑。随动千斤顶的行程与液压千斤顶相匹配，有15cm和25cm两种规格，支撑吨位采用两种300吨和400吨两种。

按照荷载相近、位置对称的原则全桥液压千斤顶分为46组，每墩横桥向对称分成2组，每组布置一台位移传感器。

PLC控制同步顶升泵站配置：本工程以9#墩为分界点，分两段顶升，按照最长段配置液压顶升泵站，共配置14台两点控制液压泵站。

PLC控制液压同步顶升系统由一台控制主机进行顶升操作，可完成调坡顶升、等高顶升、纠偏等各项指令。同步跟随系统由一台主机进行跟随操作。

2.4.总体顶升方案的确定

（1）顶升控制方案：全桥以9#墩为分界点，分两段顶升，每段均采用等比例顶升方案，0#～9#墩共分解成3个行程：9#～22#墩共分解成5个行程。

（2）顶升系统：采用PLC控制液压同步顶升系统，控制精度0.1mm。全桥共布置一台同步顶升控制主机、14台同步顶升液压泵站、300台50吨、36台300吨、12台400吨液压千斤顶；千斤顶均带有液压及机械双重自锁。

（3）顶升保障系统：采用同步随动系统作为临时支撑和保障系统。全桥共布置一台随动控制主机。4台跟随顶泵站、36台300吨、12台400吨跟随千斤顶。

（4）顶升基础：根据顶升高度制定两种方案：为适应断柱顶升需要，在桩顶设抱柱梁作为顶升基础，在满足受力要求、保证顶升和结构安全的前提下，尽量减少临时砼工程；为适应直接顶升板梁需要，在盖梁侧面增设钢牛腿。

（5）顶升支承体系：断柱顶升法，桥墩位置采用以609*16钢管为主的钢支撑体系，支撑间通过螺栓、钢抱箍、斜杆及水平杆连成整体；牛腿顶升法，采用φ273*8钢管作为顶升支撑。

（6）顶升限位：在墩柱、桥面伸缩缝、盖梁挡块和桥台位置分别设置纵横向限位装置。

2.5.顶升支撑方案

根据各墩顶升高度、结构特点和伸缩缝位置，0#～9#墩、22#桥台采用直接顶升板梁法，独柱墩采用直接顶升箱梁法，其余各墩采用断柱顶升法。

对于断柱顶升方案，根据顶升荷载、盖梁尺寸在新增抱柱梁顶面设置609钢支撑体系，由609×16钢管、钢抱箍、水平及剪刀撑、工具式支撑组成，与抱柱梁之间通过预埋螺栓连接固定。

顶升钢支撑体系的主要作用是承担上部结构梁体的重量，要保证支撑体系有足够承载力、刚度及稳定性，保证在顶升过程中支撑体系受力状态基本不变，同时保证梁体在顶升过程中的受力状态基本不变。

支撑体系由Ø609钢管支撑、Ø500工具垫块、联系杆件、分配梁等组成。顶升支撑体系的主体采用φ609×16钢管作为支撑，上下两节钢支撑通过法兰连接，支撑底部与基础间通过预埋M20螺栓固定连接。常用的609钢管支撑长度有6m、5m、4m、3m、2m、1m，根据桥下净空高度和顶升高度选用相应的规格，原则上节段长度宜长不宜短。顶升过程中采用φ500×12（16）作为工具式垫块，长度规格有1m、0.5m、0.2m、0.1m、0.05m。在调坡顶升工程中还需要高度不同的调节钢板。

2.6.顶升监控

素水分离式立交桥分左右幅，连续梁跨径组成为20.64+25.75+24.25+19.36m，其3个中墩均为独柱墩，边墩左右幅共用。该桥连续梁顶升时除了关注应力变化外，还有顶升过程中梁体侧倾的风险。故该桥主要监测以下三方面内容：

①梁体应力监测

主要在梁体跨中和墩顶等主要控制截面的上下缘布置应力测点，监测顶升期间梁体应力变化情况，分析顶升前后结构内力的变化。

②梁体扭转（侧倾）监测

在墩顶截面位置布置倾角仪（利用前述抗倾覆监测的测点），监测顶升过程中梁体的扭转（倾覆）情况。

3.结语

该方案为PLC控制系统同步顶升22跨桥梁改造工程，适用于高速公路道路和城市道路的升级改造。该工程中所采用PLC同步控制系统相当成熟，可多设备联动，界面数据直观，实现科技工地、科技管理的理念。