系杆拱桥PLC同步张拉更换吊杆施工技术

陈　军，周松国，郑炜灵，赵国华

（1.杭州市市政工程集团有限公司，浙江 杭州 310006；2.杭州（九乔）国际商贸城江干区块建设指挥部办公室，浙江 杭州 310051）

系杆拱桥PLC同步张拉更换吊杆施工技术

陈军1，周松国1，郑炜灵1，赵国华2

（1.杭州市市政工程集团有限公司，浙江 杭州 310006；2.杭州（九乔）国际商贸城江干区块建设指挥部办公室，浙江 杭州 310051）

介绍了通过对原吊杆和临时吊杆、临时吊杆和新吊杆之间力的多次相互转换的控制，采用PLC液压控制系统对系杆拱桥的旧吊杆进行同步张拉更换施工技术，其相关技术参数可供同行参考。

吊杆；PLC液压控制系统；力转换；同步张拉；更换

0　引言

随着社会生产力水平的不断提高，公路及城市交通货运载重量和客流量都日益增加，对桥梁的损坏也越来越大，从而大大缩短了桥梁的使用寿命。早期建造的一些系杆拱桥在日晒雨淋以及日益增加的交通流量下出现了吊杆内积水、吊杆内部砂浆不均匀、钢丝束外露、锈蚀、松弛、位置偏移等问题，因此为了延长老系杆拱桥的使用寿命，必须对其吊杆进行更换。

1　系杆拱桥PLC同步张拉更换吊杆的关键技术

（1）吊杆更换施工技术关键在于原吊杆和临时吊杆、临时吊杆和新吊杆之间力的相互转换的控制。首先是临时吊杆与原吊杆之间的力转换，即用千斤顶同步张拉4根临时吊杆，使每根临时吊杆的受力相等，且总和等于原吊杆设计索力的20%，以使临时吊杆先承担部分恒载，然后割断吊杆的1/5钢丝束，依此类推共分5个阶段，最终使原吊杆的设计索力全部由4根临时吊杆承受。在安装新吊杆后就进行新吊杆与临时吊杆之间的力转换，即先张拉新吊杆至20%设计索力，然后对4根临时吊杆同步卸载20%索力，依此类推共分5个阶段，最终使新吊杆张拉至100%设计索力，同时将临时吊杆全部卸载后拆除。

（2）PLC液压同步张拉技术的设备主要由千斤顶、传感器、液压油、液压缸、液压泵等组成。液压同步张拉系统选用的液压泵应优先采用短的液压管长度，以提高同步张拉的可靠性和安全性。该系统中控制张拉伸长量的功能主要由液压泵上的电磁阀来控制；同步的功能则主要由液压缸来控制，这是因为液压缸中有一个带有液压桥式整流板的电磁二位二通球阀组，液压桥能够控制液压的流向和流量，同时在每组液压缸内还有一个液控单向阀，其主要作用是当液压管等发生问题时能够短时间内迅速将液压缸的功能锁定，以防止被张拉的构件或构筑物突然下落，从而保证负载的有效支撑，提高张拉过程的安全性。

（3）电子计算机控制系统是实现同步张拉动作的关键。它是基于闭环控制系统理论，将吊杆张拉伸长量变化信号△L作为受控参数，并可同时反映吊杆在液压缸受力腔内的产生压强变化信号△P，通过传感器采集这些信号，并且将信号传送到电子计算机控制器。电子计算机控制中心接受这些信号后立即对这些信号进行比较和计算，这些同类信号和输入的允差值进行比较，当发现其中某一受控点有超差的可能时，控制器立刻发出指令信号，让该点的二位二通电磁截止球阀动作，关闭液压油流，从而限定该点的液压缸上升或下降动作。同样，当发现某一受控点已经停止或有落后现象时，控制器同样发出指令信号，让该点的二位二通电磁截止球阀动作，开启液压油流，让该点的液压缸恢复上升或下降动作。通过各受控点间的这些经过精确控制的动作，整个同步控制系统达到一种运动中的同步。另外当某一受控点的误差不能被控制器修复时，控制器将发出系统错误警报，并发出信号，让各受控点的控制阀动作，切断液压油流，从而使各受控点的液压缸停止动作，直到错误被修复，并得到操作者重新工作的指令，系统才恢复工作。

2　系杆拱桥PLC同步张拉更换吊杆施工工艺

2.1施工工艺流程图

系杆拱桥PLC同步张拉更换吊杆施工工艺流程如图1所示。

图1　系杆拱桥PLC同步张拉更换吊杆施工工艺流程图

2.2施工工艺操作要点

2.2.1支架工程

吊杆更换的施工现场均在拱肋顶，且拱顶离桥面比较高，故需要搭设支架，建立空中施工通道和平台来进行吊杆更换和监控。支架搭设参见图2。

（1）通过对支架的强度和稳定性验算确定支架的立杆间距。

（2）严格按照规范要求和经受力计算分析确定的立杆间距搭设支架，设置剪刀撑和水平加固杆。

（3）根据吊杆位置和施工操作空间确定支架平台的位置、高度和平面尺寸。

图2　支架工程示意图

（4）当桥下为陆地时按陆地段进行支架搭设，原地面必须经过地基处理以满足支架承载力的要求。

（5）当桥下为河道时则按船上支架搭设，在施工过程中要将船体抛锚稳固，并用钢丝绳或麻绳与岸上锚固栓绑紧。

（6）在支架四周设置栏杆和密目网以确保操作人员的安全。

2.2.2临时吊杆施工

每更换一根旧吊杆需要4根临时吊杆、4根临时横梁和2个三角垫块，临时吊杆的具体布置如图3所示。

临时吊杆在施工过程中的具体要求有以下几点：

（1）在浇筑混凝土三角垫块前必须对拱肋顶面进行凿毛、清洗处理，以提高三角垫块与拱肋间的抗滑能力。

（2）图3中A、B值必须按照设计要求取值。（3）三角垫块内钢筋网加工制作及安装要严格按照设计施工图纸要求的尺寸下料加工。

（4）三角垫块模板采用定制钢模或木模，且用膨胀螺丝、钢管、方木组合体系稳固。

（5）三角垫块的混凝土采用快硬高强混凝土，必须按照快硬水泥的说明书要求的比例进行拌和，拌和时间应满足规范要求，并且要在说明书中要求的时间内完成浇筑。

（6）三角混凝土垫块采用插入式振捣器进行振捣，振岛必须充分密实，垫块厚度满足设计要求，同时制作混凝土试块。当混凝土强度达到一定强度时就可以拆模并做好养护工作。

（7）穿过桥面的临时吊杆孔采用取芯机成孔，孔径为4 cm。

（8）临时横梁的加工制作要严格按照设计施工图纸要求进行，焊接工艺必须满足焊接规范要求。

图3　临时吊杆布置示意图

（10）临时吊杆、横梁的安装采用吊机配合人工安装就位，就位后的位置要进行复核以确保临时吊杆位置正确且在张拉时竖直受力。

（11）在安装千斤顶前先用配套螺母进行临时固定。

2.2.3拆除原吊杆

拆除原吊杆的关键过程是原吊杆与临时吊杆之间的力转换，临时吊杆采用千斤顶分阶段张拉加载，原吊杆则是按阶段比例数量割断钢丝束内的钢丝卸载。

在拆除原吊杆过程中具体要求有以下几点：

（1）原吊杆与临时吊杆之间的力转换过程必须是在桥梁仅受恒载作用下进行，即桥梁段必须断交通。

（2）原吊杆与临时吊杆之间的力转换过程应全程监控各监控点的高程变化，原吊杆、拱肋、系梁构件的应力变化，确保施工安全。

（3）由人工持切割机具设备将原吊杆的外露段护管割除，割除过程中要注意对钢丝束的保护，避免将钢丝割断。

（4）为防止钢丝突然蹦断导致事故的发生，采用软质材料绑紧原吊杆以起到阻尼作用。

（5）在同根吊杆处用4台千斤顶同步张拉4根临时吊杆，每根临时吊杆的受力相等且总和等于设计索力的20%，以使临时吊杆先承担部分恒载，并使上下临时横梁与拱肋和系梁贴紧，然后割断钢丝束总数的1/5，依此类推共分5个阶段，最终使原吊杆的设计索力全部由4根临时吊杆来承受。

（6）原吊杆内的钢丝全部割断之后，分成了拱肋部分和系梁部分，首先将原钢丝束两头的墩头部分磨光，再采用手拉葫芦、墩头器等机具进行逐根拔除。

（7）钢丝拔除顺序为先抽出中央的钢丝，再由内向外依次抽出。

（8）当拱肋部分在拔除过程中发生断丝无法进行钢丝拔除时，则用乙炔气割钢丝束，然后用洞敲进行孔道混凝土清理。

（9）当系梁部分在拔除过程中发生断丝无法进行钢丝拔除时，则先用岩芯钻机进行套钻，待其钻至原钢垫板位置时则采用乙炔气割钢丝束，然后用洞敲进行孔道混凝土清理。

（10）钢丝束拆除完毕后，对保留使用的下锚垫板（系梁端）和护管进行除锈。先用钢刷刷去原有锚垫板和护管内侧表面的铁锈，直至去除附着污物，然后再用丙酮清洗除锈。

（11）将拆除下来的旧吊杆钢丝、墩头锚等进行编号标识后封存。

2.2.4新吊杆安装

新吊杆安装的关键过程是临时吊杆与新吊杆之间的力转换，新吊杆采用千斤顶分阶段张拉加载，临时吊杆则用千斤顶分阶段张拉卸载。

在更换新吊杆过程中具体要求有以下几点：

（1）临时吊杆与新吊杆之间的力转换过程必须是在桥梁仅受恒载作用下进行，即桥梁段必须断交通。

（2）临时吊杆与新吊杆之间的力转换过程应全程监控各监控点的高程变化、新吊杆、拱肋、系梁构件的应力变化，确保施工安全。

（3）对保留使用的旧吊杆的护管和下锚垫板除锈后，将护管接长至设计标高。

（4）将拱肋内原先割断的钢筋重新焊接，并布置钢筋网，设置模板灌入锚下快硬混凝土。待混凝土达到设计强度之后，安装新的上锚垫板（拱肋端）。

（5）新吊杆采用卷扬机、吊机配合人工进行安装，吊杆的下料长度应该按照设计要求进行，在安装过程中要注意保护新吊杆。

吊杆的安装按以下6个步骤进行：

a.拧出吊杆上端螺母，装到待穿吊杆的预留孔道槽内。

b.启动卷扬机，将牵引钢丝绳由待穿吊杆的拱上预留孔道放下。

c.将牵引绳的连接头与吊杆上端的锚杯连接起来。

d.再启动卷扬机，缓慢将吊杆牵引向上，穿出拱肋预留孔道，拧上上端螺母。

e.卸下牵引连接头。

f.在系梁下面拧上下端螺母。

（6）采用1台千斤顶先对新吊杆加载20%的设计索力，不使其松弛并具备一定的初应力，然后4台千斤顶同步卸载20%临时吊杆力，并使卸载的临时吊杆总力等于加载的新吊杆力，依此类推共分5个阶段，最终使新吊杆张拉至100%设计索力，持续2 min后锚固。

2.2.5张拉工程

（1）临时吊杆、新吊杆张拉过程中必须进行“双控”，即对张拉控制力和伸长值的控制。

（2）张拉前必须对千斤顶与压力表进行配套校验标定，以确定张拉力与压力表之间的关系曲线。

（3）采用PLC液压同步控制系统同步张拉。

（4）新吊杆、临时吊杆等材料进场时除按出厂合格证和质量证明书核查类别、型号、规格和数量外，还应按照规范及设计要求进行检验。

（5）新吊杆、临时吊杆等材料设专人保管，存放、搬运过程中加强保护，避免锈蚀、沾污、遭受机械损伤或散失。

（6）实施张拉时，千斤顶的张拉力作用线必须与临时吊杆、新吊杆的轴线重合一致。

（7）张拉过程中设专人指挥，配备步话机，以确保临时吊杆张拉同步。

2.2.6监控要求

（1）拱肋、系梁应变监控

测试断面为每根吊杆相应位置的拱肋、系梁、拱脚。测试方法采用弦式应变计。吊杆更换的每个施工阶段都进行应变测试。

（2）拱肋标高监控

对每根吊杆相应位置的拱肋部位进行标高监控，测试方法采用全站仪。吊杆更换的每个施工阶段都进行拱肋标高测试。

（3）吊杆张力监控

为了保证吊杆张拉数据的准确，在每根吊杆的系梁、拱肋部位埋设应变计、压力环，随时监控吊杆的张力。吊杆更换的每个施工阶段都进行吊杆张力的监控。

（4）拱座位移监控

在拱座上埋设了位移测试点，主要观测拱座的纵桥向位移和沉降。在每根吊杆的更换过程中对两岸拱座的纵向位移和沉降都进行监控。

（5）监控警戒值

每个监控项目的警戒值以及频率要求必须满足设计要求。

2.2.7后续工作

（1）新吊杆张拉到位之后，拆除上下临时横梁、临时吊杆。

（2）对露出拱肋外的吊杆锚内部用注浆泵对下预埋管内灌注防腐油脂，以防渗水和腐蚀，外部加装防水罩和锚头罩。

（3）对外露的锚头罩、防水罩和锚垫板应进行喷砂除锈防腐处理。

（4）对于锚头罩、防水罩和锚垫板的防腐的质量要求及施工工艺要求应符合相关规范。

（5）对凿穿的车行道板内的钢筋在施工后应用新的钢筋焊接补强，新吊杆更换完毕之后，立即填上封锚混凝土。

3　结语

系杆拱桥吊杆更换工程在桥梁加固与维修工程范畴之内，通过吊杆的更换必定能大大延长桥梁使用寿命。如果原吊杆不进行更换，原吊杆或许在经过几年就会因锈蚀等原因发生断裂，导致桥梁不能继续使用。经过更换后，系杆拱桥的受力体系得到了保证，延长了老桥的使用寿命。

采用PLC控制液压系统能确保各个千斤顶的同步性、一致性、连续性，并且能精确达到张拉目标值。同时，采用本技术在实施过程中能保证原桥结构的安全性和稳定性，在施工过程中噪声小，污染少，不会对周围居民的生产生活产生影响。

U445.7+4

B

1009-7716（2016）06-0221-04

2016-03-16

陈军（1979-），男，浙江东阳人，高级工程师，一级注册建造师，从事道桥工程施工管理工作。