淺談橋梁盆式支座更換的質(zhì)量與安全控制要點

曹茂華（南通市交通建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司，江蘇 南通 226007）

1 項目背景

江蘇省南通市如東縣蠙城大橋跨越掘苴河（四級航道），為拱組合結(jié)構(gòu)，主橋采用 35 m＋70 m＋35 m 跨徑連續(xù)梁，兩側(cè)引橋均采用 4×30 m 跨徑等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)；橋面橫向呈左右兩幅布置，單幅寬度為 18 m，為單箱四室形式；引橋采用 GPZ（II）型、GPZ（III）型盆式支座。

該橋梁在正常使用過程中，其東側(cè)引橋（4×30 m）2 號墩、3 號墩支座曾發(fā)生火損現(xiàn)象，致使 2-1 號、2-2 號支座橡膠板變形、開裂，3-1 號、3-2 號支座橡膠板燒焦、火損嚴(yán)重，按設(shè)計要求，必須更換火損支座。對該橋梁盆式支座更換工程實施監(jiān)理控制前，必須重點審核箱梁頂升施工方案，檢驗箱梁頂升施工工藝及設(shè)備，檢查箱梁頂升施工前的各項準(zhǔn)備工作，確保在安全、可控的狀態(tài)下高質(zhì)量完成箱梁試頂升和正式頂升施工任務(wù)。

2 箱梁頂升施工方案

根據(jù)原箱梁構(gòu)造，審核箱梁頂升施工時頂升點數(shù)量、頂升點位置布設(shè)、千斤頂最大頂力選型和臨時頂升支架設(shè)計是否滿足施工要求。

（1）根據(jù)原箱梁構(gòu)造，采用“整聯(lián)（0 號臺～4 號墩）、全幅、同步頂升”工藝更換病害支座。

（2）0 號臺（4 號墩）處箱體頂升點數(shù)為全幅 4 個，利用原有構(gòu)造物臺帽（蓋梁＋墩柱）作為頂升支架，頂升位置布設(shè)在 0 號臺（4 號墩）支座墊石處。

（3）1 號臺～3 號墩每墩身箱體頂升點數(shù)為全幅 8 個，即每墩身前后方向各 4 個，每墩身左右半幅各 4 個。由于該墩身無蓋梁構(gòu)造，箱體頂升點處須建立臨時頂升支架。每座臨時頂升支架主體構(gòu)件采用 2×Φ609 mm 鋼管柱（壁厚 12 mm），其縱向距橋墩中心線前后各 1.8 m，橫向與箱梁腹板中心位置對應(yīng)，下端與原承臺固結(jié)（與承臺主筋焊接），上端焊接鋼蓋板（厚 20 mm）封閉。每墩身臨時頂升支架合計 8 座，其縱向、橫向均采用 20 號槽鋼焊接成剪刀撐相連接。

（4）0 號臺～4 號墩整聯(lián)支座以上構(gòu)造總重量約為 15 000 t，整聯(lián)頂升時共布設(shè) 32 處頂升點，每處頂升點布置 3 臺 250 t 千斤頂，每臺千斤頂實際承載約為 15 000 t ÷（32 處×3 臺/處）＝156 t/臺。

3 箱梁頂升施工工藝及設(shè)備

施工前，除了審核承包人施工資質(zhì)是否滿足要求以外，還須檢驗施工工藝是否成熟，擬用施工設(shè)備是否先進(jìn)、合理，以及施工單位是否具有同類工程的施工經(jīng)驗。

（1）TPower-2 控制液壓同步系統(tǒng)。由于采用傳統(tǒng)頂升工藝會存在荷載施加步調(diào)差異、油缸進(jìn)油快慢、設(shè)備自身局限性等弊端，構(gòu)件內(nèi)部往往會產(chǎn)生附加應(yīng)力，極易造成構(gòu)件損傷，具有較大的安全隱患。為此，本工程運用 TPower-2 控制液壓同步系統(tǒng)（見圖 1），可消除該安全隱患。TPower-2 控制液壓同步系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)三大部分組成。控制系統(tǒng)包括電腦（PC）端、集成電路、電氣控制柜和可編程邏輯控制器（PLC），監(jiān)控系統(tǒng)包括位移傳感器、油溫傳感器、油壓傳感器和應(yīng)變采集儀等，執(zhí)行系統(tǒng)包括千斤頂、液壓站和液壓控制閥等。

圖1 TPower-2 控制液壓同步系統(tǒng)

（2）自鎖式千斤頂。該千斤頂本體高度為 160 mm，本體直徑為 280 mm。每臺千斤頂均配有液壓鎖，帶自鎖功能，如遇供電驟停、電路故障、油管老化、接頭損壞、頂升完畢等情況時即刻鎖死自身，限制位移變化，可防止任何形式的系統(tǒng)或管路失壓。

（3）專用鋼鍥塊臨時支撐。在頂升過程中，同步采用專用鋼鍥塊作為頂升過程的臨時支撐。鋼鍥塊厚度與千斤頂?shù)男谐滔噙m應(yīng)，當(dāng)頂升高度達(dá)到設(shè)計要求時，即刻契緊臨時支撐，以防梁體和千斤頂回落。

（4）經(jīng)審查，承包人施工方案中擬用的頂升工藝、頂升設(shè)備和控制系統(tǒng)，已在連云港東疏港高速公路橋梁支座更換工程、宿淮鹽高速公路成子河特大橋支座更換工程、臨連高速宋莊互通 C 匝道橋橋梁頂升工程中得到成功運用。

4 箱梁頂升施工前的各項準(zhǔn)備工作

頂升前，應(yīng)檢查梁體各項準(zhǔn)備工作是否合理、充分并注意以下事項。

（1）解除 0 號臺伸縮縫。由于該引橋存在較大縱坡（3%），為防止梁體頂升后發(fā)生縱向滑移，頂升前須臨時拆除 0 號臺處的梳齒板伸縮縫，并在橋臺與背墻間鍥入鋼鍥塊限位裝置（方便后期取出），頂升施工完成后再予以恢復(fù)；頂升施工期間，梁體的縱向伸縮可通過 4 號墩伸縮縫自由調(diào)節(jié)。

（2）封閉交通。由于采用“整聯(lián)、全幅、同步頂升”工藝，必須臨時拆除 0 號臺處梳齒板伸縮縫。為確保頂升安全，頂升前必須做好與建設(shè)單位、公安、交警、路政管理部門的溝通工作，實施交通封閉。

（3）解除各類約束設(shè)施。檢查病害支座處影響梁體頂升的各類約束設(shè)施是否已經(jīng)解除。在解除病害支座及其各類約束設(shè)施時，務(wù)必確保原梁底混凝土墊石及預(yù)留的上鋼板（若無病害）、原錨栓孔型及孔位（須利用）、原錨栓螺紋（若無病害）等均完好無損。

（4）臨時支座。取完病害支座后，必須及時安裝臨時支座。

5 箱梁試頂升

對箱梁進(jìn)行試頂升，旨在驗證施工方案和施工工藝等的可行性。為了檢驗整個頂升系統(tǒng)的工作狀態(tài)、驗證鋼管柱頂升支架安全穩(wěn)定性能、驗證擬用千斤頂頂升力是否滿足要求，要求承包人在正式頂升之前進(jìn)行試頂升。試頂升前應(yīng)檢查千斤頂及頂升設(shè)備接線是否正確，檢查影響梁體頂升的約束設(shè)施是否已經(jīng)拆除。試頂升過程執(zhí)行頂升力和位移雙控的原則，試頂升高度遵循 1 mm～2 mm 的設(shè)計要求，具體步驟如下。

（1）頂至支座反力理論值的 50% 左右，持荷 5 min～ 10 min，檢查頂升設(shè)備的安全性。若無任何異常，則將千斤頂回落至歸零位置；若發(fā)現(xiàn)異常情況，須及時處理。

（2）將梁體頂升至脫離原支座 1 mm～2 mm，檢查所有支座與梁體脫開情況，同時測定各支座反力及梁體總重；測定完畢后，再將千斤頂回落至歸零位置。

（3）試頂升結(jié)束后，必須對箱梁頂升系統(tǒng)進(jìn)行周密檢查，為其正式頂升提供依據(jù)，例如：鋼管柱頂升支架是否變形，各加強(qiáng)桿件焊縫是否開裂，千斤頂及頂升設(shè)備接線、油路是否出現(xiàn)故障，千斤頂及頂升設(shè)備自我鎖定性能是否正常，箱梁結(jié)構(gòu)是否受損，等等。

6 箱梁正式頂升

6.1 正式頂升原則

頂升過程中，遵循頂升力、位移雙控原則和同步、分級施加頂升力原則，頂升力不宜超過設(shè)計允許值；當(dāng)總頂升力接近梁體自重噸位時，應(yīng)放慢頂升速度，緩慢頂升至預(yù)定高度。頂升總高度以方便支座換取且符合設(shè)計要求為宜。梁體縱向相鄰墩之間最大頂升量差值應(yīng)控制在 5 mm 之內(nèi)；梁體橫向應(yīng)保持無高差同步頂升，高差應(yīng)控制在 0.3 mm 以內(nèi)，以防梁體內(nèi)產(chǎn)生附加應(yīng)力，致使梁體發(fā)生翹曲甚至損壞。頂升速度以不超過 1 mm/3 min 為宜。頂升到位后，應(yīng)鎖死千斤頂，保持千斤頂油壓不變，同時鍥入臨時鋼支撐。

6.2 重要工序的監(jiān)理控制要點

梁體頂升到位后，進(jìn)行相關(guān)修復(fù)及支座更換工作，主要內(nèi)容包括：原支座的取出、原上下墊石的鑿除（若有）、新下墊石澆筑、新支座安裝、支座底板與下墊石預(yù)埋鋼板焊接、新上墊石澆筑（若有）、支座頂板與上墊石預(yù)埋鋼板焊接。此類工序均采用常規(guī)施工工藝，但要求施工迅速、銜接緊湊、平整度精確、實體密實、接合面密貼，盡可能縮短臨時支座的使用時間。該橋梁自竣工（2012 年底）到此次支座火損更換（2018 年 7 月）前已正常運營 6 年，為確保支座更換后梁體受力工況、橋面標(biāo)高等保持原有態(tài)勢，要求承包人在施工過程中對原有錨栓孔孔位、原有盆式支座型號、原有上下墊石中心位置及標(biāo)高、原有上下預(yù)留鋼板中心位置及標(biāo)高、鋼板厚度等技術(shù)參數(shù)均不作調(diào)整，僅對火損支座進(jìn)行更換，對火損墊石進(jìn)行鑿除并重新澆筑。

6.2.1 新下墊石澆筑

由于上下墊石漿體強(qiáng)度和密實性直接影響該橋梁的使用壽命，監(jiān)理方要求承包人在上下墊石施工時采用高強(qiáng)灌漿料（盆式支座錨栓定位專用）和自下而上的壓漿工藝，具體操作如下。

（1）上墊石模板的四周必須封閉良好；在模板最低處設(shè) 1 個壓漿孔，孔徑為 30 mm；在模板最高處設(shè) 1 個孔徑為 20 mm 的出漿孔，用 1 根 20 mm 聚氯乙烯（PVC）管穿入該出漿孔并引出，使 PVC 管上端口高于模板最高處。

（2）將壓漿管與壓漿孔接通，啟動空壓機(jī)，利用壓縮空氣檢查壓漿系統(tǒng)和上墊石模板周邊密封是否完好，若漏氣，應(yīng)及時修補(bǔ)。

（3）將配制好的漿料裝入壓漿筒內(nèi)，啟動空壓機(jī)和壓漿裝置，向上墊石模板內(nèi)壓漿，待 PVC 管上端口出漿溢膠后暫停壓漿，約 5 min 后進(jìn)行二次補(bǔ)漿。

6.2.2 支座更換

在整個頂升過程中，必須仔細(xì)檢查所用新支座的型號、規(guī)格是否與原火損支座相同，仔細(xì)檢查支座安裝完成后其自身限位措施是否已解除。

6.2.3 落 梁

落梁時須遵循頂升力與位移雙控、分級、同步原則，由計算機(jī)控制液壓系統(tǒng)使橋梁同步下降。在此期間，要求同一墩位的千斤頂同步回油，每分級下落 1 mm 且下落速度以不超過 1 mm/ 3 min 為宜，相鄰墩位之間千斤頂下落高差控制在 5 mm 以內(nèi)。

落梁后，嚴(yán)格按照安全操作規(guī)程從上到下依次拆除臨時頂升支架，按照原設(shè)計要求復(fù)核梁體和橋面標(biāo)高，對施工過程中造成的剮蹭、磕碰、磨損現(xiàn)象（如果有的話）進(jìn)行修補(bǔ)恢復(fù)。待一切修復(fù)工作完成后，取出 0 號臺處臨時限位鋼鍥塊并予以恢復(fù)伸縮縫。

7 監(jiān)測控制

本項目監(jiān)測，主要是指在頂升過程中為確保橋梁梁體處于原有工況而進(jìn)行的各種監(jiān)測，包括結(jié)構(gòu)的整體平移、箱梁頂升點處的豎向位移、關(guān)鍵截面（支點、跨中截面）的應(yīng)變應(yīng)力、關(guān)鍵截面（支點、跨中截面）處有無裂縫監(jiān)測。監(jiān)測控制貫穿于頂升全過程，重點監(jiān)控位移、應(yīng)力和裂縫。

（1）位移監(jiān)測。各頂升點處的頂升量應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求設(shè)定，要求承包人在箱梁底面每個頂升點的兩側(cè)設(shè)置位移傳感器，頂升時通過位移傳感器的讀數(shù)控制頂升量；頂升過程中，必須確保同一墩頂位移傳感器的讀數(shù)變化一致，同時運用鋼直尺進(jìn)行人工測量校核。

（2）應(yīng)力監(jiān)控。在頂升、持荷、梁體回落過程中，對關(guān)鍵截面（支點、跨中截面）進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控，將實測應(yīng)力數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)相比較，若施工中實測值與理論值相差較大，應(yīng)立即停止施工，查找原因并及時調(diào)整。

（3）裂縫監(jiān)測。受力關(guān)鍵截面（支點、跨中截面）需要進(jìn)行裂縫監(jiān)測。在頂升過程中，若發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵截面（支點、跨中截面）存在裂縫，應(yīng)立即停止施工，查找原因并及時向設(shè)計單位匯報。