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壓力變送器在循環托舉式步履機鋼梁頂推施工質量控制中的重要作用

來源:上海自動化儀表股份有限公司作者:上海自動化儀表股份有限公司

橋梁頂推施工技術具有費用低,施工過程平穩、噪聲小等優點,且對橋梁下部既有線路的影響較小,目前在以鋼梁為主的橋梁施工中應用較為普遍 [1-2] 。而臨時結構的設置,加大了頂推施工橋梁的跨度,是頂推施工工藝的又一次革新。但臨時墩標高設置、梁體施工精度控制以及局部穩定性是變得越來越不滿足實際需要 [3] 。因此,研究在復雜路況、橋位無法設置臨時墩、交通不能連續中斷等復雜環境下步履式鋼梁頂推施工質量控制是很有必要的。
1 工程概況
天峨縣縣城三橋工程位于天峨縣南部六排鎮云榜村更腦屯八桂小學附近,橫跨紅水河,距離上游天峨二橋約 6.3km,橋梁起點東接 S317 省道,終點西接 X899 縣道,工程起于 K0+17.545 止于 K0+383.545,橋梁全長 366m,主橋設計為(63+2×115+63)連續剛構,主梁為整幅單箱雙室直腹板箱梁,箱梁頂面設與路拱同坡的 2%雙向坡,單幅橋面寬 21m,主墩下部采用雙肢薄壁橋墩,承臺尺寸為 18.1×9.8×4m,其下設計為 6 根準200cm 樁基。1#、3# 為交界墩,2# 為主墩,其中 2# 墩基礎位于紅水河道深水中,墩位處基巖裸露無覆蓋層,設計樁基嵌入中風化板巖層中。
2 施工特點分析
(1)能夠滿足具有復雜豎曲線或平曲線鋼箱梁的頂推,避免梁體拖拉滑移過程中底板與滑道梁可能出現的應力集中現象。
(2)對于自重較輕、跨越能力較大的橋梁可實現大跨度無臨時墩頂推。
(3)改變鋼箱梁單元段拼裝焊接成整體橋面的地點和相對位置,滿足道路正常運輸通行及河道正常通航通行的要求。
(4)采用的專用頂推設備中,設置有多種高精度傳感器,通過液壓系統和電控系統的精密控制,頂推施工精度高,安全可靠。所有頂推設備通過網絡系統集中統一控制,機械化程度高,施工速度快,并且可重復周轉使用,減少材料浪費,符合節能低碳環保的要求。
3 工藝原理
循環托舉式步履機鋼梁頂推施工采用的是平推式頂推裝置,其工作原理是先使用豎向千斤頂緩慢將鋼梁頂起,然后使用水平千斤頂將其頂推前進,在前端設置墊塊,當水平千斤頂完成一個行程落梁后,鋼梁即可擱置于墊塊上,完成一個行程的頂推工作。
頂推過程包括頂升、平推、下降及回落四個步驟,是一個自平衡過程,現按照如下步驟對其動作原理進行說明:
(1)頂升:支撐頂升油缸,使鋼梁與落梁調節支座脫離。
(2)平推:頂推油缸,將上部滑移結構與鋼梁形成整體前移。
(3)下降:頂升油缸,上部滑移結構與鋼梁同時下降,直到油缸與鋼梁脫離。
(4)回落:上部滑移結構向后回到初始位置,進行下一個行程工作。
4 控制要點
4.1 監測頂推過程
回落示意圖
為了保證鋼箱梁的線型要求和應力狀態與設計要求相符合,應在拼裝、頂推的過程中進行各種工況分析。通過動態和靜態工況下詳細的施工監測及施工過程控制,確保在非常不利狀態、非常大變形的工況下,頂推施工過程安全可控、質量可靠,具體觀測的內容如下:
(1)鋼箱梁底板、頂板以及內腹板,在非常不利工況下,應力的分布情況及其應變、位移分析。
(2)根據當地的風荷載情況,分析在風荷載作用下各節點的坐標位移變化情況,采取必要的措施及時糾偏,減小對頂推影響。
(3)墊梁的壓縮變形、標高、沉降的變化以及墊梁施力墩頂推時的縱向位移。考慮因焊接累積誤差、溫度變化等因素的影響產生的變形;
(4)測量鋼箱梁在每跨尾部接頭端面的豎向轉角撓度。
4.2 水平頂推控制
在頂推過程中,可通過千斤頂的同步來保證位移的一致來減小結構偏轉的不利情況的發生,以減少摩擦力大小的偏差。頂升千斤伸出活塞頂起箱梁,同時頂推千斤將鋼梁頂推前移,此過程需進行橫向調節控制、壓力均衡控制以及位移同步控制。此時,主控臺將所有橋墩上的頂推千斤頂的統一動作控制,同時保證所有頂推千斤頂的行程同步。不同橋墩上水平頂推千斤頂的同步控制方法為:以 C1 墩上的 1# 頂為主動點,比較其他墩的 1# 頂,若臺頂伸缸較慢,則將相應的比例閥的流量增大,反之,則將相應比例閥的流量減小,使得所有的水平頂推頂動作行程同步。各墩之間同步精度誤差應不大于 5mm,同墩兩側誤差應不大于 1mm。以 1# 頂為主動點,同一橋墩上的水平頂推千斤頂以一定速度伸缸,與 1# 頂比較,其余水平頂為隨動點,每臺頂與 1# 頂的位移量差應在允許范圍,若臺頂伸缸較慢,則將相應的比例閥的流量增大,反之,則減小相應比例閥的流量。此過程無需同步控制頂推千斤頂縮缸。
使用監視載荷變化壓力變送器在每臺頂推千斤頂上,通過現場主控臺上的面板或控制器設定同一橋墩上幾臺頂的非常大壓差和每臺頂的非常高壓力,通過計算機軟件,實時監測每臺頂的載荷變化情況,從而能夠協調整個系統進行準確地載荷分配。如果同一橋墩上幾臺頂的非常大壓差超過允許偏差或者某臺頂的載荷超過其非常高壓力,系統將會報警示意,并自動停機。此系統為以力控制為輔,位移控制為主的同步控制。
4.3 垂直頂升控制
豎向頂升千斤頂頂起箱梁,主控臺通過安裝在墊梁和箱梁之間的位移傳感器監測頂升的高度,控制集群頂升千斤頂的統一動作,使得兩側頂升千斤頂同步。控制方法為:以其中一側為基準,兩側位移差控制在設定允許范圍內,如果隨著側頂升高度增加而位移增大,就將該側比例閥的流量減小,反之,則將該側比例閥的流量增大。
當豎向頂升千斤頂回縮時,頂推鋼梁和楔塊下降,落到頂推裝置支架上。主控臺通過安裝在墊梁和箱梁之間的位移傳感器來監測頂升的高度,控制集群頂升千斤頂的統一動作,以保證兩側頂升千斤頂的同步。控制方法為:以其中一側為基準,兩側位移差控制在設定允許范圍內,如果隨著側頂升高度增加而位移增大,就將該側比例閥的流量減小,反之,則將該側比例閥的流量增大。豎向頂升同步控制精度不大于 4mm。
將壓力傳感器安裝在每個受力點上,監控每個受力點的荷載。通過現場主控臺上的面板或控制器設定同一橋墩上幾臺頂的非常大壓差和每臺頂的非常高壓力,通過計算機軟件,實時監測每臺頂的載荷變化情況,從而能夠協調整個系統進行準確地載荷分配。如果同一橋上幾臺頂的非常大壓差超過允許偏差或者某臺頂的載荷超過其非常高壓力,系統將會報警示意,并自動停機。
4.4 頂推糾偏措施
油泵與千斤頂應配套標定,保證允許偏差符合要求,頂推過程應按要求進行導向,加強監測和糾偏等監控工作。
頂推過程中應隨時檢測橋墩墩頂變位,其縱、橫向位移均不得超過設計規定。頂推過程中出現主梁預應力錨具松動、拉桿變形、導梁變形、拉錨松動等異常情況,必須停止頂推,按照要求妥善處理,并檢查驗收,確認滿足要求后方能繼續進行頂推。
在頂推過程中,要隨時觀測每個橋墩上橋梁中軸線是否與設計中軸線一致。若箱梁出現橫向偏位,則啟動橫調系統,從而實現橫向糾偏。在落梁前,拆除滑動裝置時,同一墩臺上的千斤頂應同步進行,各支點應同步頂起,同墩兩側梁底頂起高差應控制在 1mm 范圍內;相鄰墩臺上梁底頂起高差應控制在 5mm 范圍內。
4.5 累計誤差控制
主控臺通過計算每個受力點水平頂推千斤頂移動的總位移,在箱梁的平移過程中,計算累計誤差,如果累計誤差超出允許范圍,或者通過全站儀監測到累計誤差超出允許范圍時,應單好調節某一側油缸動作行程,以糾正誤差。
5 質量控制
(1)作業前,清除箱梁頂推障礙物,清潔安裝平臺滑道面并涂四氟粉。按照要求進行詳細安全技術交底。
(2)頂推施工前應清洗干凈各填板、連接板、摩擦面,表面不得有渣滓,應磨平螺栓孔飛邊并保持干燥。
(3)每節段開始頂推時,檢查各部分設施的運動情況和松動各滑動面,應反復頂推、回油二三次,每次 5cm。經檢查無異常后再開始正式頂推。
(4)頂推過程中,應對梁體進行撓度、中線偏移、墩頂的水平、豎向位移、標高等進行連續性監測,同時,觀測臨時墩位移情況,用千斤頂及時調整偏差。一旦位移超過允許范圍,立即停止施力,檢查分析原因,重新調整每個千斤頂頂推力。
(5)頂推作業時,各千斤頂應相互保持聯系,同步逐級加力。如果發現螺絲松動或導梁桿件發生變形、混凝土開裂、箱梁與導梁連接位置發生變形等情況時,應立即停止作業,進行檢查、分析、處理。
(6)在頂推時,如果遇到頂推力過大而箱梁不滑動時,應立即暫停頂推,及時檢查、分析原因,找準解決辦法。
(7)頂推到非常后梁段時,應加強監測,特別注意梁段是否到達設計頂推的非常終位置。
(8)當一次頂推時,為方便糾偏,保證縱移到位,應采用小行程點動方式進行頂推。
6 結 語
通過對循環托舉式步履機鋼梁頂推施工工藝原理及控制要點進行分析,對關鍵施工環節進行嚴格控制,實時進行施工監控,有效保證鋼梁在整個頂推精度控制,解決了重心偏載、軸線偏移及復雜豎曲線或平曲線鋼箱梁的頂推施工難題,有效提高施工效率,提升工程質量,為類似工程施工提供參考。

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