南京長(zhǎng)江大橋T梁橋鑄鋼單輥軸活動(dòng)支座糾偏復(fù)位施工關(guān)鍵技術(shù)

吳中鑫，陳進(jìn)，吳俊明

(武漢二航路橋特種工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430063)

1 引言

橋梁支座是橋梁的重要組成構(gòu)件之一，起到將上部結(jié)構(gòu)反力和變形傳遞給下部結(jié)構(gòu)的作用。鑄鋼支座承載能力強(qiáng)，能適應(yīng)橋梁位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的需要。20世紀(jì)60年代，橡膠、聚四氟乙烯板等橡膠支座出現(xiàn)之前，鑄鋼支座廣泛應(yīng)用于公路和鐵路橋梁。鑄鋼單輥軸支座是鑄鋼支座的一種，由輥軸、上座板、下座板、上限位齒板、下限位齒板、限位加勁板、墊板、錨固螺栓、墊石和錨固鋼筋組成，見(jiàn)圖1。

圖1 單輥軸支座結(jié)構(gòu)圖(單位：mm)

隨著橋梁服役期的增長(zhǎng)，鑄鋼單輥軸支座出現(xiàn)輥軸傾斜較嚴(yán)重的病害，需要對(duì)其進(jìn)行糾偏修復(fù)。目前，尚未有人對(duì)橋梁鑄鋼單輥軸支座糾偏修復(fù)進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)全面的研究，該文以南京長(zhǎng)江大橋公路橋T梁橋支座糾偏修復(fù)為工程背景，分析支座的主要病害及產(chǎn)生原因，提出橋梁鑄鋼單輥軸活動(dòng)支座傾斜糾偏修復(fù)方法。

2 背景工程

2.1 工程概況

南京長(zhǎng)江大橋是長(zhǎng)江上第一座由中國(guó)自行設(shè)計(jì)和建造的雙層式公鐵兩用特大橋梁，公路橋部分由正橋、南引橋、北引橋及回龍橋組成。其中南引橋和北引橋分別有35跨和34跨預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋，跨徑為22.9～32.7 m。橋梁寬度22 m，每跨由9片T梁構(gòu)成。每片T梁下兩端分別設(shè)置有鑄鋼單輥軸支座，一端為固定端；另一端為活動(dòng)端。

2.2 活動(dòng)支座傾斜病害及原因分析

2.2.1 活動(dòng)支座傾斜狀況

全橋活動(dòng)支座均存在傾斜現(xiàn)象，其中有7個(gè)支座傾斜角度超過(guò)限值(7°)，最大傾斜角度為9.3°，T梁支撐不穩(wěn)定，易引起T梁傾覆落梁。其中南引橋支座傾角大于4°的有23跨。

2.2.2 支座病害原因分析

鑄鋼單輥軸支座產(chǎn)生傾斜病害的主要原因：

(1)早期施工測(cè)量精度差導(dǎo)致支座輥軸安裝時(shí)即傾斜，是導(dǎo)致活動(dòng)支座縱向傾斜嚴(yán)重的主要原因。

(2)隨著運(yùn)營(yíng)期的超載、預(yù)應(yīng)力變化、混凝土收縮徐變以及溫度作用，引起跨中下?lián)匣蛏瞎埃腔顒?dòng)支座縱向傾斜的次要原因。

(3)隨著溫度變化，橋梁上部結(jié)構(gòu)材料收縮或膨脹，加劇支座傾斜程度。

2.3 支座糾偏復(fù)位設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)支座病害復(fù)查了解到，該鑄鋼單輥軸活動(dòng)支座構(gòu)件未損壞，僅出現(xiàn)縱橋向傾角過(guò)大。若將其更換為橡膠支座，會(huì)造成材料浪費(fèi)，且鑄鋼單輥軸支座高度高，需降低橋面標(biāo)高或加高支座墊石，工序繁雜。

由于支座傾斜的主要原因是支座上下槽口中線不在一個(gè)垂直位置，不是支座伸縮量不足引起的，所以該糾偏方式不改變支座的活動(dòng)量。

基于上述考慮，對(duì)傾角大于4°的活動(dòng)支座(折算至16 ℃環(huán)境)進(jìn)行復(fù)位修復(fù)處理，這樣既節(jié)約材料、降低成本，又簡(jiǎn)化了施工工序。

3 支座糾偏復(fù)位關(guān)鍵技術(shù)

3.1 總體施工工藝流程

支座糾偏復(fù)位施工總體流程見(jiàn)圖2。

圖2 支座糾偏復(fù)位施工總體流程

3.2 支座頂升施工

3.2.1 頂升設(shè)備選擇及布設(shè)

根據(jù)橋梁上部結(jié)構(gòu)自重估算每個(gè)支座最大支反力，經(jīng)計(jì)算支座處對(duì)應(yīng)支反力最大值為871/2=436 kN，T梁與橋墩間凈空為50～55 cm，選擇200 t螺旋機(jī)械自鎖式千斤頂(不需體系轉(zhuǎn)換)，高度為26 cm，最大頂升高度5 cm。

在每個(gè)支座附近布設(shè)1個(gè)千斤頂，采用四點(diǎn)同步PLC(在第1、3、7、9片梁的腹板安裝位移傳感器控制T梁同步頂升，千斤頂布置示意見(jiàn)圖3)頂升泵站控制9個(gè)千斤頂，泵站安放在需頂升橋墩處的橋面上，并且在油泵下鋪設(shè)彩條布防止由于油泵故障出現(xiàn)漏油污染橋面鋪裝。

圖3 千斤頂布置示意圖

3.2.2 頂升

(1)試頂。分5級(jí)進(jìn)行試頂，當(dāng)頂升荷載超出估算最大頂升荷載時(shí)停止頂升，檢查機(jī)械設(shè)備是否有故障，檢查各支座是否有約束未解除，問(wèn)題解決后方可繼續(xù)試頂；當(dāng)頂升位移逐漸變大，而頂升荷載趨于平衡，此時(shí)的頂升荷載即為準(zhǔn)確的最大頂升荷載Fmax。

(2)正式頂升。正式頂升分5級(jí)進(jìn)行，當(dāng)頂升位移逐漸變大而頂升荷載趨于平衡，然后逐級(jí)同步頂升橋梁上部結(jié)構(gòu)4～6 mm，此時(shí)支座輥軸可以左右晃動(dòng)，即可停止頂升。

(3)機(jī)械自鎖。通過(guò)人力將千斤頂機(jī)械自鎖，使千斤頂自身承受T梁荷載，油泵回油。

3.3 原支座取出及傾斜位移值測(cè)量

待支座頂升到位，用氧割設(shè)備先把一側(cè)的限位加勁板和上下限位齒板從輥軸上切割拆除后從另外一側(cè)取出輥軸。

實(shí)測(cè)上、下座板槽口水平距離，即支座傾斜位移值Δ。

3.4 支座糾偏復(fù)位施工

根據(jù)支座傾斜位移值Δ大小分3種情況進(jìn)行支座糾偏復(fù)位施工。

3.4.1 調(diào)整上齒板位置糾偏復(fù)位施工

當(dāng)Δ

圖4 調(diào)整上齒板位置糾偏復(fù)位施工示意圖(ΔL/2)

具體步驟如下：

(1)用氧割設(shè)備將另一側(cè)的限位加勁板和上限位齒板切割拆除掉，用碳弧氣刨將輥軸上殘留的限位加勁板和上、下限位齒板處理平整，再用手持角磨機(jī)將輥軸側(cè)面打磨平整、光滑。

(2)將一個(gè)上限位齒板焊接在輥軸有下限位齒板同側(cè)的頂部，位置向傾斜方向水平移動(dòng)Δ，將限位加勁板、上下齒板和輥軸焊成整體。

3.4.2 調(diào)整上槽口位置糾偏復(fù)位法

當(dāng)L/2<Δ

(1)用氧割設(shè)備將上座板槽口向支座傾斜反方向擴(kuò)寬Δ，長(zhǎng)度和深度同原槽口，用碳弧氣刨和手持角磨機(jī)將槽口處理平整光滑。

(2)用焊接設(shè)備將厚Δ的鋼板焊接在支座傾斜方向的槽口內(nèi)，使上座板槽口向支座傾斜反方向偏移Δ。

圖5 橋梁鑄鋼單輥軸支座糾偏修復(fù)示意圖(L/2ΔL)

3.4.3 加大上蓋板糾偏復(fù)位

當(dāng)Δ>L，輥軸中線偏離上槽口較多，甚至偏離上座板，為不改變橋墩的支座支撐中心線，僅調(diào)整上槽口位置并加寬上座板縱橋向?qū)挾?，?duì)下座板不作任何改變(由于下座板錨固螺栓的干擾也不具備調(diào)整下座板槽口位置條件)，調(diào)整后輥軸中心線與橋墩支座中心線重合。支座糾偏復(fù)位示意見(jiàn)圖6，具體步驟如下：

圖6 橋梁鑄鋼單輥軸支座糾偏修復(fù)示意圖(Δ>L)

(1)用氧割設(shè)備將上座板向支座傾斜反方向開(kāi)新槽口，新槽口距原槽口Δ，新槽口尺寸同原槽口，用碳弧氣刨和手持角磨機(jī)將新槽口處理平整光滑。

(2)用焊接設(shè)備將鋼塊焊接在原槽口內(nèi)(鋼塊尺寸比原槽口尺寸小1～2 mm)，在上座板靠近支座傾斜反方向焊接鋼板，鋼板寬度Δ，長(zhǎng)度和厚度同上座板。

3.5 支座安裝施工

用碳弧氣刨和手持角磨機(jī)將輥軸上已拆除限位加勁板和上、下限位齒板的側(cè)面處理平整、光滑。將輥軸垂直安放在上座板和下座板的槽口內(nèi)，檢查輥軸中心線垂直度是否滿足要求，滿足后依次焊接安裝另一側(cè)的上、下限位齒板和限位加勁板。

3.6 頂升落梁施工

待支座糾偏復(fù)位施工結(jié)束，且驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行頂升落梁。

啟動(dòng)油泵使千斤頂持力荷載達(dá)原頂升時(shí)的力值，通過(guò)人力解除千斤頂機(jī)械自鎖。

分5級(jí)逐級(jí)同步減小千斤頂頂升荷載，直至千斤頂荷載值為零，油泵回油。

4 支座糾偏復(fù)位施工監(jiān)控

4.1 監(jiān)控目的

通過(guò)支座糾偏復(fù)位施工監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)如下目的：

(1)避免頂升不同步導(dǎo)致T梁濕接縫處開(kāi)裂，確保T梁結(jié)構(gòu)安全。

(2)避免出現(xiàn)設(shè)備故障或支座約束未解除的情況下野蠻施工，確保施工安全。

(3)精確控制頂升位移，提高施工效率。

4.2 監(jiān)控內(nèi)容及方法

監(jiān)控主要內(nèi)容為T(mén)梁頂升高度和千斤頂荷載值，儀器設(shè)備、測(cè)量精度、布設(shè)和監(jiān)測(cè)頻率見(jiàn)表1。拉線式位移傳感器布置見(jiàn)圖7。

4.3 監(jiān)控結(jié)果

以南引橋第21號(hào)橋墩為例，監(jiān)控結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知：

表1 監(jiān)控內(nèi)容及方法

圖7 拉線式位移傳感器布置示意圖

(1)T梁頂升高度同步性較好，最大差值為0.02 mm，施工過(guò)程中T梁濕接縫處不會(huì)造成損傷。

(2)頂升和落梁過(guò)程中千斤頂持力比較穩(wěn)定，最大波動(dòng)力值為1.1 kN。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)鑄鋼單輥軸活動(dòng)支座糾偏復(fù)位施工工藝的研究，得到如下結(jié)論：

表2 T梁同步頂升與卸載值測(cè)試數(shù)據(jù)

注：SC1為頂升力穩(wěn)定工況；SC2為支座松動(dòng)工況；SC3為落梁頂升力穩(wěn)定工況：SC4為落梁結(jié)束工況；A1、A2、A3、A4分別為同跨橫向4個(gè)位移傳感器的位移值。

(1)頂升系統(tǒng)采用PLC同步控制系統(tǒng)，在頂升過(guò)程中嚴(yán)格控制T梁頂升高度同步性和千斤頂力值變化。

(2)當(dāng)支座傾斜位移ΔL時(shí)，調(diào)整上槽口位置并加寬上座板縱橋向?qū)挾燃纯赏瓿芍ёm偏復(fù)位。

該文提出的鑄鋼單輥軸活動(dòng)支座糾偏復(fù)位施工方法成功應(yīng)用于南京長(zhǎng)江大橋南引橋23跨123個(gè)活動(dòng)支座的糾偏復(fù)位施工中，在保證原結(jié)構(gòu)和施工安全前提下，不改變橋墩支座中心線，施工效率高(每天完成一跨)、精度高(修復(fù)后支座最大傾角不足1°)，糾偏復(fù)位施工方法和支座同步頂升控制技術(shù)值得推廣。