PLC液压控制系统在房屋整层顶升中的应用

标签：PLC同步顶升限位装置加固    浏览次数：     时间：2021-02-24 10:38:35

PLC液压控制系统在房屋整层顶升中的应用

陈文

(承建工程公司，成都610031)

[摘  要]  随着社会经济的高速发展，混凝土越来越多的应用于社会经济的基础建设中。但是在建设过程中也存在着一些不足，这就形成了对已建工程的改造加固。在这过程中需要对构件的更换和顶升等，那么可以用PLC同步顶升系统，提高施工质量。

[关键词] PLC同步顶升；限位装置；加固

1.          引言

随着我国经济建设的高速发展，房屋等基础设施的工程量剧增，这些工程在实施过程中经常会遇到两类问题：一类是进行大的工程建造，需要能够对重量大、占地广的工程建造局部体进行精确整体抬升，比如桥梁建设中的桥面路段建造等；另一类是工程规划与原有建筑物（楼房、桥梁）发生冲突矛盾。按一般的传统做法就是拆除重建，然而无论是拆除还是重建都会产生很大的财务支出。不仅如此，这些建筑中有些会是名胜古迹，或具有一定象征意义的人文景观。因此，建筑物的抬升及平移、桥梁的抬升等就成了极有必要解决的问题。为了解决工程施工中所遇到的这类问题，现代大型建筑物顶升平移技术就应运而生。

PLC液压控制系统在实际运作过程中，其使用到的原理，就是先对构件的实际重量进行精确称重，在此基础上使用合适的高压液压千斤顶，平稳的举升构件，这种方法可以有效地降低构件受到的附加内应力作用，并且液压千斤顶根据位置的分布分成组与构建两侧的位移传感器形成位置闭环。这样就可以更好的控制构件顶升的位移姿态，同步精度达到±2mm。在这方面，我国的施工工艺已达到国际先进水平。

2.          工程概况

本工程为框架结构房屋，使用功变化，甲方要求将顶层层高升1.5米，经过研究采用整体顶升法实现增加层高。屋面层面积808平方米（图1）。该项目房屋为框架结构，甲方要求改变使用功能，需要将顶层升高，经过设计计算采用断开屋面层柱，通过托换、断柱、PLC同步顶升、加固、实现顶层增加层高1.5米。

本工程顶升前需将屋面层整体断开，难点和特点主要包括结构、装饰、墙体、水电等的干扰。工程外围梁柱为镂空层，该部分区域搭设钢管脚手架时需要从一层搭设到顶。顶升过程中需要严格控制水平位移和竖向不均匀位移。顶升高度较高，支撑需要充分考虑稳定性。梁柱节点多，布置顶升点位较多。

 图 1 顶升层柱网图

3.    方案设计

该大楼建成后结构中除正常的内力外可能还积累了一定的变形所产生的应力，在顶升断柱时，这些应力的释放，对托换体系、支撑体系及原结构都有影响，故所设计的体系必须能承受此种影响，平缓地将应力释放。顶升过程中应考虑并尽量消除顶升力的不平衡或基础沉降对结构和顶升的不利影响。由于上部结构质量不均匀，为防止在顶升中可能出现的平移、扭转、倾斜，必须考虑房屋重心与所有顶升力合力的作用点要重合。在顶升运动中，房屋重心升高，解决支撑体系的稳定，也是方案设计的核心问题。

4.    观测布点

在房屋顶升之前，先在每一个柱顶位置设置位移观测点，在顶升之前测量基础数据，以便于顶升中的监测数据进行对比分析。

5.    支撑体系

托换支撑采用扣件式钢管架，搭设方式根据安全计算后确定，必须满足竖向荷载承载力同时能抵抗水平荷载。卸载过程中严格观测结构变形，发现异常及时调整。

图 2 柱钢支撑

图 3 顶升钢支撑与千斤顶

顶升支撑采用钢结构支撑（图2、3），截面形式尺寸及布置方式需要通过pkpm建模计算确定，必须保证被顶升建筑的协调变形，使原结构与支撑钢结构形成整体，保证稳定性，且与原结构共同形成刚性顶升框架。钢结构支撑在预定柱子截断处断开，预留一个千斤顶厚度的距离，断口处上下做限位连接节点，并制作若干标准钢垫块，竖向垫块之间采用有效的限位连接。

型钢支撑分为上下两端安装，上下端之间预留330mm的千斤顶间隙，在切柱之前预留间隙用标准垫块填塞，标准垫块与上下端支撑采用螺杆连接（图4）。

为保证施工安全，柱子切断顶升后，柱中也设置钢垫块。

图 4钢支撑安装示意图 

6.          限位装置

为限制顶升过程中上部结构的水平位移，需要在顶升范围内的四角设置限位装置。限位采用原结构柱外包角钢的方式，将柱子断口的下半部分角钢采用灌注式粘钢的方法粘贴固定于原结构，上半部分的角钢作为限位滑槽，同步顶升施工时将上部分结构柱限制在角钢滑槽内，只能进行垂直方向的移动。

限位角钢施工工艺与柱外包钢加固一致，需要先将原结构柱表面的抹灰和装饰层剔除并打磨平整，将角钢和连接缀板焊接安装完毕后，将粘贴区段的角钢缀板与原框架柱之间的缝隙采用封口胶封闭，只留高压灌浆口，然后将调配好的环氧树脂灌注式粘钢胶用高压灌胶机注入钢板与混凝土之间的缝隙。灌钢施工完毕后应静置养护，固化7日后可以承载。

顶升过程中密切观测外包角钢的变形情况。若有异常则说明结构发生水平位移应当立即停止顶升查找原因。

随顶升高度的增加，断口上方的外包角钢有效长度相应减少，当有效长度减少到一半时需对外包角钢进行接长，接长采用对焊或者搭接焊连接。

顶升完毕后，限位角钢作为柱加固措施，将角钢包裹于新浇筑的混凝土内。

7.          顶升施工

断柱的位置预定为本层柱底以上1米处位置，在断柱前要进行试顶，以检查托换承台的质量，在确定顶升支撑、卸载支撑及千斤顶都满足设计要求后，将柱断开，并马上垫上钢管垫块。切割柱子时确保屋面荷载已经全部转移至满堂架上，同时持续观测结构变形。

断柱时现将预定断开处的混凝土保护层剔除，剥出主筋长度约1米，将主筋按长短间隔500mm切断断开。将钢筋剥离后安装绳锯切割核心混凝土，将柱子断开。

顶升工艺流程：安装千斤顶→试顶柱中→顶升支撑→安装垫块→柱中安装垫块→柱中顶升→支撑安装垫块→..... →顶升至设计标高→固定支撑垫块

采用PLC同步顶升系统，顶升时每级顶升量根据现场情况可定为5～30㎜，每2个千斤顶的行程即可将钢板垫块换成标准型钢垫块，并进行竖向的垫块连接。在顶升过程中不断重复以上程序，直到顶升至设计标高，垫紧、连接所有垫块，并进行接柱。

在顶升至新设计标高后，确保满堂架支撑效果和顶升支撑同时作用下对原柱进行接柱施工，首先将原结构柱主筋调直除锈，接长连接采用单面焊接连接，焊接长度不小于10D。接头率不得大于50%，且接头之间的距离大于500mm。重新浇筑的区段均为加密区，箍筋采用直径12mm的钢筋制作，间距100mm。

接柱混凝土采用高强无收缩灌浆料，关模时采用上部斜面敞口，确保浇筑混凝土的密实（图5）。

图 5 顶升补浇柱混凝土完成

8.    顶升监测

在楼房的顶升中，必须注意楼房，是否发生平移、扭转、倾斜，承台支撑系统的情况，是否发生沉降，如不控制和及时纠正这些问题，则可导致灾难性后果的出现，故采用了人工、仪器、电脑相结合的做法，在每柱设1贴尺，由各柱施工人员对每级顶升量、支撑垂直度和形态、整个顶升体系、托换承台情况进行监测，在大楼四周及大楼内部设置足够的水准仪，对每条柱的升降情况和基础情况进行监测，在大楼四周设置经纬仪，对大楼的位移、倾斜情况进行监测，并将所有仪器的监测输入电脑，通过电脑的汇总、分析与人工观测结果进行比较，作为继续顶升的决策依据，及时发现问题，采取相应措施进行纠正，确保安全和工程的顺利进行，并随时进行被顶升楼层裂缝情况的监测。

9.    顶升量和顶升压力的控制

为使被顶升屋面层能作为一个平面一起升高，每柱顶升量必须相同，相邻两柱的顶升量差值不能大于1‰。采取顶升量和顶升压力双控制的措施（每级顶升量和千斤顶最大、最小压力值的限制），将每柱顶升量差距减至最小，从而确保了上部结构不产生过大的次应力，结构不受破坏。

10.    工程效果

在顶升过程中，严格控制顶升速率和顶升量，人工与计算机系统有力的配合，保证了整个顶升过程的完整性。达到了预期目标，完成了顶升。完工后质量达到设计要求，与原结构连接良好。

11.    结束语

在屋顶顶升过程中必须实事监测顶升量与各柱的偏差量，发现问题及时处理。采用贴尺监测有效的补偿了监测数据，保证了整个顶升过程的完整性。PLC同步顶升系统在顶升过程中表现的安全性与可靠度也为日后的类似工程打下了一定的基础。

参考文献

1.  《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367-2013）；

2.  《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）；

3.  卫龙武，《某6层砖混房屋顶升纠偏Ⅱ新工法》，《建筑结构》，2002-11，P6-7；

4.   戴占彪，《某筏板基础房屋顶升纠倾加固技术研究》，《工程质量》，2017-07，P26-34；

作者简介

陈文：工程师，承建工程公司经理，电话：13308191911，E-mail：345735872@qq.com