摩擦阻荷原理在杨岳互通E匝道桥梁复位工程中的应用

蒋方河

摘 要：本文以摩擦阻荷工作原理在随岳高速公路杨岳互通E匝道桥梁不中断交通同步顶升平移复位运用为例，介绍了摩擦阻荷工作原理和依据该原理设计的竖向和横向顶推联动装置及施工要点。通过杨岳互通E匝道桥梁复位工程实践，评价依据摩擦阻原理荷设计的联动装置运用效果：具有较大的经济性和可靠性，值得在各类建筑和构筑物平移中进一步推广与应用。

关键词：摩擦阻荷；顶推联动装置；整体顶升平移；新技术；新材料；不中断交通

中图分类号：U44 文献标识码：A

1.摩擦阻荷原理简介

摩擦阻荷，是指两个相互接触的物体在有相对运动趋势或出现相对运动的情况下，在接触面上产生的阻碍相对运动趋势或相对运动的荷载。由于桥梁在平移时，一般需要先顶升施工，依据上述原理，可考虑利用竖向顶升千斤顶的摩擦阻荷平衡水平千斤顶的顶推反力，从而避免施工反力装置。

联动装置系统构成：设计依靠摩擦阻荷平衡反力的竖向和横向千斤顶（1号和2号）和一个水平放置千斤顶（3号）构成。联动装置工作原理如图1所示。

系统由两个竖向放置千斤顶顶升使箱梁与盖梁或桥墩脱离，水平放置千斤顶两端顶住竖向千斤顶。每个竖向千斤顶包含一个滑动面和一个伪固定面，滑动面上允许出现滑动，伪固定面与支承台面无可靠连接，但不允许出现相对位移。

利用摩擦阻荷原理对桥梁进行整体平移，这是一项新型技术，在国内已经成功应用过，本桥就是根据摩擦阻荷原理，利用竖向和横向千斤顶组成的联动装置系统对箱梁进行整体顶升平移复位。

2.摩擦阻荷联动装置在杨岳互通E匝道桥梁整体顶升平移中的应用

2.1 项目工程概况

杨岳互通E匝道位于随岳高速公路京山至仙桃段，起止桩号为EK0+066～ EK0+312。EK0+066～EK0+125平曲线位于缓和曲线上，曲线要素A=75，其余段位于圆曲线上，曲线半径R=300m全桥纵向经凸曲线，交点及曲线半径分别为：JD（EK0+189.046，39.0451），R=1700m。桥梁横坡EK0+ 066～EK0+125超高值由7.15%渐变至4.0%，其余段超高均为4.0%，坡度段由桥墩、台柱及桥面调整高度。全桥纵坡：EK0+066～EK0+189为+3.8%，EK0+189～EK0+321为-3.501%。上部构造采用4×20+4×20+4×20m三联等截面钢筋砼连续箱梁桥，下部构造为柱式台、桩柱式墩、钻孔灌注桩基础。

上部结构各联总重量均约为3200t（根据设计文件计算3000t，预估临时通行车辆等临时荷载200t），边墩的支座反力约为4000kN，中墩的支座反力约为8000kN。

通过桥检车对全桥梁体滑移进行监测，第二联梁体滑移距离为2cm～12cm，最大为第5跨4#墩处梁端，最小为第8跨8#墩处梁端。

根据监测情况，按照《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）采用桥梁各部件权重的综合评定，杨越互通E匝道总体状况评价，Dr=59.8，为三类桥。可用但必须纠偏，防止病害进步加重，消除对桥梁正常营运造成的安全隐患。本文介绍第二联施工。

2.2 杨岳互通E匝道桥梁整体顶升平移复位施工

2.2.1 多点同步顶升控制系统工作原理

采用PLC计算机控制多点同步顶升系统，该系统主要由液系统（油泵、油缸等）计算机控制系统等几个部分组成。液压系统由计算机控制，可以自动完成同步位移，实现力和位移的控制、位移误差的控制、行程的控制、负载压力的控制；误操作自动保护、过程显示、故障报警、紧急停止功能；油缸液控单向阀及机械自锁装置可防止任何形式的系统及管路失压，从而保证负载有效支撑等多种功能。

2.2.2 千斤顶选用

由于施工的情况比较复杂，选用3种以上型号的不同千斤顶：5～7号墩（垂直向）QFB-10010，15台；4～8号墩（垂直向）QFB-10016，45台；4～8号墩（水平向）YD-20，22台。

千斤顶功能：具有液压锁定功能；具有机械螺旋锁定功能；顶部有球面弧形设计，能接受桥梁15%的坡度。有效保证千斤顶与桥梁底部的一个密贴状态，保证了桥梁底部混凝土的均布受力。

2.2.3 顶升、平移加载制度

根据第二联的实际偏位合理制定平移加载制度，可以使梁体均匀、同步、安全平移到位并且使梁体内部的施工荷载达到最小，对第二联的整体平移加载制度（见表1）：每个独立控制单元从4号墩开始，每个墩台通过竖向传感器进行监测，同步提升2mm，锁定千斤顶，然后施加水平力，根据如下的数据，分5级进行线性平移。

解除竖向荷载，然后解除水平荷载。同时监测水平向位移传感器。

2.2.4 位移监控系统

整个提升过程用位移传感器进行实时动态监控。监测设备所示。型号为MPZ-S-P-500-ABZ，行程为500mm。NS-WY06型，行程为300mm的拉线式位移传感器及数据采集系统。

平移过程中，各个平移阶段完成后，均根据水平和竖向位移计的数据密切监控梁体的侧向位移和倾斜，并利用平移机构中的限位条对千斤顶的滑移做限位，在4#和8#墩加垫钢板，防止梁体滑落，确保施工过程的安全。

通过对各平移工况位移量的变化进行观测（如图2所示），预测桥梁平移受到的摩擦力阻力，支座阻力以及其他因素引起的阻力，并对所有阻力作用对桥梁平移的影响进行观测可以较准确地确定平移位移量，使得桥梁位移最终与目标位移最接近一致。最终桥梁的平移量与桥面上设置的标尺指示完全一致，105.5mm的平移位移，非常准确地达到了预定的平移目标，同时梁体也回归到了盖梁的中心位置，并通过对平移后梁体及支座的检查，均完好无损，第二联的桥梁平移工程很好地达到了预期目的（如图3、图4所示，纠偏前后对比照片）。

结语

这项新技术几个优点：

第一，顶升、平移都无须施工反力台和反力架，避免了施工完成后拆除反力台和反力架；这点对6号墩尤为重要，6号墩位于高速公路中央分隔带，不能设反力台。要设反力台只有破高速公路超车道，成本高，要中断交通，社会负面影响大。

第二，通过在无反力装置中使用新材料，减小了平移施工对原结构的损伤，增强了结构平移的安全性。

第三，施工在无交通管制的情况下进行，桥梁平移对路面交通和周围环境的影响降到了最低。

第四，在杨岳互通E匝道桥梁整体顶升平移中，摩擦阻荷联动装置的应用体现了较大的经济性和可靠性。据工程经验，与传统施工方法相比，利用该装置可节省35%左右的造价，并较大地缩短工期。

参考文献

[1]梁志成.某立交连续箱梁匝道桥变位修复的顶梁施工[J].公路，2003（7）：126-131.

[2]姜福香，侯瑞林，王玉田，等.多跨混凝土连续梁桥整体转动提升技术[J].公路，2003（12）：38-40.

[3]马宏辉.某桥梁侧偏病害的纠偏方案比选[J].城市道桥与防洪，2009（7）：179-182.

[4] GB 50017-2003.钢结构设计规范[S].

[5]孙远，徐栋.天津赤峰桥体系转换施工监控[J].结构工程师，2009，5（25）：130-136.

[6]江洪.大跨度系杆拱桥施工[J].结构工程师，2005，5（21）：76-79.