高速公路橋梁板式支座PLC同步頂升維修施工技術(shù)
朱紹鋒

摘 　要：針對高速公路橋梁板式支座存在的病害進行介紹與初步分析，介紹先進的“PLC多點液壓同步升降控制系統(tǒng)”及基于該系統(tǒng)的支座維修更換施工技術(shù)。
關(guān)鍵詞：橋梁支座病害；PLC同步頂升；橋梁維修；

1 概述
截至2009年底中國高速公路通車總里程達6.5萬公里，通車總里程居世界第二位。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，通行于高速公路的交通量與重載交通驟增，作為高速公路重要組成部分的橋梁也承受著日益加重的交通壓力。近年來，高速公路橋梁的病害日漸趨多，并成為高速公路維修的重要部分，其中板式橡膠支座的病害和維修也日益突出，成為業(yè)內(nèi)研究的重點。高速公路日夜不停運營的特點對橋梁支座的維修或更換技術(shù)提出了較高的要求，而近年來出現(xiàn)的PLC大噸位同步液壓頂升控制系統(tǒng)的出現(xiàn)為高速公路橋梁支座在“在運”狀態(tài)下的維修或更換提供了有力的技術(shù)支持。
2.板式橡膠支座常見病害與成因分析
橋梁支座在橋梁結(jié)構(gòu)中起到連接上下部分結(jié)構(gòu)、傳遞力與變形、協(xié)調(diào)梁體上部結(jié)構(gòu)變形等功能，對橋梁的正常運營與使用起到關(guān)鍵作用。由于板式橡膠支座構(gòu)造簡單、造價低廉、安裝方便，故被廣泛應(yīng)用于各類公路橋梁中。
橋梁支座由于設(shè)計、施工及材料老化等原因，一般會出現(xiàn)（1）支座部分或全部脫空、（2）支座剪切變形過大、（3）橡膠老化、開裂等病害。
支座部分或全部脫空病害一般是由于施工時同一橫排支座的墊石標高或梁底標高不同而引起的受力不均，甚至完全脫空而引起的。支座脫空容易引起梁體局部下沉、橋面破壞，甚至?xí)�引起嚴重交通事故，因此在橋梁檢測與維修過程中應(yīng)重點防范。
支座剪切變形過大病害一般是由施工時支座頂面梁體或墊石頂面未能完全調(diào)平，或者運營時橋墩臺的不均勻沉降而產(chǎn)生的支座高度差而引起的。
橡膠老化開裂病害的原因較多，原因之一是在在施工階段，支撐墊石、梁體與支座結(jié)合部不平整或不水平，導(dǎo)致支座受力不均勻，將使得應(yīng)力集中部位過早破壞。原因之二是運營階段大量重載、超載車輛的通行使支座承受遠遠超過設(shè)計承載能力的荷載，從而引起提前老化破壞。另外，支座橡膠本身的質(zhì)量問題也是也是引起支座開裂的原因之一。
3.PLC多點液壓同步升降控制系統(tǒng)
根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的特點，對于上述高速公路橋梁板式支座病害的維修或更換一般都需要對梁體進行整體、同步頂升，但是由于高速公路“日夜運營”的特點以及橋梁結(jié)構(gòu)的整體性，傳統(tǒng)的施工工藝和施工設(shè)備無法實現(xiàn)對橋梁支座在“在運”狀態(tài)下的維修或更換。近年來，隨著集傳統(tǒng)頂升設(shè)備與計算機技術(shù)、PLC（可編程序控制器）技術(shù)于一體的“PLC多點液壓同步升降控制系統(tǒng)”的出現(xiàn)，“在運營狀態(tài)下高速公路橋梁進行支座維修或更換施工”這一施工難題便迎刃而解。
該系統(tǒng)可實現(xiàn)大重量、高精度同步頂升，單點（液壓泵站）頂升重量可達2500噸，并可多點并聯(lián)同步頂升，同步精度可達±0.5mm，完全可以滿足工程需要。
3.1. 工作原理與構(gòu)成
PLC多點液壓同步控制系統(tǒng)通過計算機指令來控制液壓千斤頂，系統(tǒng)通過力的平衡自動調(diào)整各臺千斤頂?shù)膲毫�，這樣在頂升過程中保持各頂升力的平衡性，各頂升點所需的頂力值與實際提供值能夠相符。同時，控制系統(tǒng)通過位移指令來控制液壓千斤頂行程，保證了各臺液壓千斤頂平移的同步性。
同步控制系統(tǒng)均由液壓系統(tǒng)（油泵、液壓千斤頂、平衡保護閥、比例閥、進出油管等）、計算機控制系統(tǒng)（計算機、計算機軟件、操作臺、電控箱等）、PLC（可編程序控制器）、檢測傳感器（位移傳感器、力傳感器）等幾個部分組成。

圖1. 系統(tǒng)構(gòu)成圖
3.2. 系統(tǒng)特點
1. 分散布置
液壓終端（千斤頂）可分散布置，以滿足各種橋梁跨度和總長度的要求。
2. 集中控制
操作人員可以在車載操作平臺上對液壓終端實施遠距離操控，并能通過監(jiān)視器實時觀測現(xiàn)場各液壓終端的工作狀態(tài)及各種參數(shù)。
3. 同步（等比例同步）升降
對于不等跨橋梁的頂升作業(yè)，分散布置在各跨梁端下的液壓終端受力也不相同，該系統(tǒng)可保證在此情況下實現(xiàn)各液壓終端的同步上升。
該系統(tǒng)也可以實現(xiàn)有特殊要求的頂升作業(yè)，比如保持橋梁縱坡情況下的大高度同步頂升，實現(xiàn)在升降過程中不同位置處液壓終端行程的等比例，滿足復(fù)雜情況下的升降作業(yè)。
4. 實時監(jiān)控
操作人員在車載操作平臺上不僅能夠?qū)崟r監(jiān)控各液壓缸的壓力、位移大小，而且還能夠檢測壓力、位移的變化趨勢、歷史紀錄等；對泵站各閥件的工作狀態(tài)也能夠?qū)崟r監(jiān)控，便于故障的及時發(fā)現(xiàn)與排除。
5. 智能管理
該系統(tǒng)能夠在不改變硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上滿足液壓缸的任意分組布置，分組同步，以及液壓缸和位移傳感器的任意關(guān)聯(lián)；同時，該系統(tǒng)既能滿足液壓缸的同步動作，也能滿足液壓缸的單獨動作；操作人員在車載操作平臺上只需與電腦進行人機交互便可完成所有操作。
6. Windows 操作界面
系統(tǒng)采用友好的Windows 用戶界面，操作方便，可觀性強。
7. 硬件功能
該系統(tǒng)的油缸平衡保護閥可防止任何形式的系統(tǒng)及管路失壓，從而保證負載有效支撐；頂升油缸內(nèi)置式位移、壓力傳感器、均載閥，保證了頂升系統(tǒng)在惡劣工作環(huán)境下的高度可靠性。

圖2. 車載控制平臺 圖3. 計算機控制平臺

圖4. 液壓泵站 圖5. 控制箱

圖6. 頂升控制界面

4.橋梁板式支座維修更換施工工藝
1. 搭設(shè)支架、施工平臺
橋臺支座更換利用橋臺作為施工平臺，對空間不夠部位采用支架措施，以確保施工的安全實施。對于高橋墩支座的更換，可采用特制鋼掛架固定于墩身或蓋梁上作為施工平臺。
2. 臺帽、蓋梁頂面清理
1) 清理臺帽或蓋梁頂面沉積的土石塊及砼塊，必要時可采用鋼纖對砼垃圾進行清理。
2) 用鋼絲刷或?qū)ε_帽或蓋梁頂面進行清潔，保證支座更換時作業(yè)面干凈整潔。
3) 清理伸縮縫內(nèi)沉積的垃圾和雜物，以防止頂升內(nèi)梁體間互相擠壓。
3. 千斤頂、百分表安放與設(shè)置
千斤頂數(shù)量應(yīng)與每個橋臺下的支座數(shù)量相同。為精確測量頂升高度并在梁體頂升過程中控制梁體姿態(tài)，需在梁臺兩側(cè)布設(shè)百分表，頂升過程中應(yīng)有專人負責(zé)記錄百分表讀數(shù)。
4. 頂升系統(tǒng)調(diào)試
PLC多點同步液壓頂升控制系統(tǒng)的調(diào)試主要包括以下內(nèi)容：液壓系統(tǒng)檢查；控制系統(tǒng)檢查；監(jiān)測系統(tǒng)檢查；初值的設(shè)定與讀取。
5. 試頂
1) 頂升系統(tǒng)啟動后現(xiàn)場各組人員各就各位，密切觀察橋梁是否有異常狀況出現(xiàn)，設(shè)備、儀表是否正常工作，顯示讀數(shù)是否在合理范圍內(nèi)。
2) 控制頂升速度不超過1mm/分鐘，最大頂升高度不超過5mm。
3) 頂升就位后，持荷10分鐘，觀察梁體及設(shè)備狀況。如有異常情況，應(yīng)立即回油、落梁，問題解決后再進行試頂，直至梁體受力及設(shè)備運行正常。
4) 頂升就位后，根據(jù)控制系統(tǒng)顯示的頂升重量復(fù)核支座型號及各支座承受的壓力，如有異常，則應(yīng)考慮調(diào)整支座型號。
5) 試頂正常后，應(yīng)平穩(wěn)落梁。
6. 梁體同步頂升
1) 頂升過程中以每頂升2mm為一步，分級頂升，各頂高差嚴格控制在0.5mm范圍內(nèi)，全程采用位移傳感器監(jiān)測梁體頂升位移情況。實時監(jiān)測整個千斤頂間位移傳感器升量高差，若高差超過控制值時，必須進行適時調(diào)整后才進入下一個頂升周期，達到同步頂升的目的。
2) 箱梁兩側(cè)布設(shè)百分表監(jiān)測箱梁轉(zhuǎn)動的情況，同時也作為位移傳感器的對比驗證數(shù)據(jù)，箱梁每頂升一級百分表讀數(shù)一次。觀測人員隨時根據(jù)監(jiān)測值反饋致控制室，指導(dǎo)操作人員進行操作。
3) 頂升時梁每升高5～6mm，臨時支撐加墊一塊鋼板。
4) 同步頂升高度為可拆除既有支座和安裝新支座所需的工作空間，約為10～15mm。
5) 頂升到位后將梁體由千斤頂轉(zhuǎn)落至臨時支撐。
7. 支座更換
1) 用鐵勾或人工取出舊支座，取出舊支座前應(yīng)拍照記錄其缺陷狀況。
2) 用人工配合鋼絲刷清潔支座墊石表面，如有支座下鋼板，則應(yīng)打磨去除鐵銹。
3) 測量墊石頂面標高，如頂不平整，則用環(huán)氧砂漿抹平。
4) 在支承墊石上根據(jù)設(shè)計圖紙標出支座位置中心線，使支座的中心線與墩臺的設(shè)計位置中心線重合，支座就位準確。
8. 落梁
1) 落梁前在梁體兩側(cè)的橋臺或橋墩擋塊與梁體間加塞木板，防止落梁時梁體發(fā)生水平位移。
2) 開啟同步頂升系統(tǒng)，平穩(wěn)降落梁體。
3) 梁體就位后檢查支座上下鋼板與墊石、梁底之間的密貼情況，應(yīng)盡量保證支座上下面全部密貼。
4) 支座檢查合格后拆除千斤頂、臨時支承鋼板等他頂升設(shè)備。
5) 取出梁體與擋板間木板，清理施工廢垃圾。

5. 結(jié) 論
1. 由于施工缺陷、超載車輛、運營時間等各種原因，橋梁支座的病害已日漸突出，并嚴重影響高速公路橋梁的安全和耐久性。
2. 采用“PLC多點同步液壓頂升控制系統(tǒng)”維修更換橋梁支座，不僅操作方便，節(jié)省施工成本大大縮短施工工期，而且還可以在“在運”狀態(tài)下對支座進行維修更換。該方法值得在國內(nèi)高速公路橋梁支座維修工程中推廣使用。

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