改擴(kuò)建高速公路橋梁支座更換施工技術(shù)分析

中鐵十二局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000

隨著時(shí)間的推移，鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)顯示出不同程度的病害。在高速公路橋梁的定期檢查中，橋梁支座會(huì)受到周期性荷載的損害，不可避免地會(huì)加速老化、變形和位移，直接影響了橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命和交通安全。同時(shí)高速公路改擴(kuò)建工程越來(lái)越多，需要對(duì)原有的舊橋梁進(jìn)行加固維修，比如更換支座、處理梁體裂縫病害等。對(duì)橋梁支座，尤其是具有較大反作用力和對(duì)控制精度的要求更高的橋梁支座的維護(hù)需求越來(lái)越多。如果支座更換施工質(zhì)量控制不嚴(yán)格，將對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施加的荷載產(chǎn)生較大影響，這種情況甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞，應(yīng)引起廣泛重視。

1 工程概況

連霍高速公路是國(guó)家重點(diǎn)高速公路建設(shè)項(xiàng)目，建成于2001年。隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的不斷發(fā)展，經(jīng)過近20年的使用，其基礎(chǔ)使用參數(shù)已經(jīng)不能滿足目前的運(yùn)力要求，原有橋梁、涵洞設(shè)計(jì)荷載為汽超-20級(jí)，驗(yàn)算荷載為掛車-120級(jí)。經(jīng)過對(duì)橋涵結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)與試驗(yàn)，得出結(jié)論：目前橋涵結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能保證大部分運(yùn)輸工具的正常運(yùn)行，支座錯(cuò)位、剪切變形、支座墊石開裂、支座脫空等問題都給橋梁的安全埋下了極大的隱患。設(shè)計(jì)單位經(jīng)過詳細(xì)的論證，決定對(duì)養(yǎng)護(hù)時(shí)未更新的所有支座及破損或脫空位置支座墊石進(jìn)行更換，使支座完全參與受力并處于水平受力狀態(tài)。

2 支座更換施工技術(shù)要點(diǎn)分析

2.1 支座滑板與鑲板設(shè)計(jì)

為了避免因溫度上升而導(dǎo)致的滑板的線性尺寸的增加，應(yīng)該在允許的應(yīng)力范圍內(nèi)盡可能增加滑板的保持能力。約束能力按照以下公式計(jì)算：

式中：i取1、2、3，分別表示整板、分片、整板+分片分布方式。

計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 不同分布方式下滑板承壓應(yīng)力及約束能力比

經(jīng)過計(jì)算分析，負(fù)載能力得到了進(jìn)一步改善，可達(dá)到相同尺寸支座的設(shè)計(jì)荷載容量的150%～200%，具優(yōu)良的承載能力和滑動(dòng)性能，并可以補(bǔ)充潤(rùn)滑油，具有安裝簡(jiǎn)便、維護(hù)方便、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，可以有效減少支座的病害。

2.2 擴(kuò)展伸縮縫

（1）用氣鎬去除伸縮縫兩端的混凝土。（2）拆下橫梁末端的伸縮縫和鋼筋之間的連接。應(yīng)當(dāng)注意的是，在切割連接鋼筋時(shí)，應(yīng)保留將梁端連接至伸縮縫時(shí)所使用的鋼筋，以與新的伸縮縫連接。（3）卸下伸縮縫。

2.3 更換施工

（1）對(duì)加強(qiáng)梁進(jìn)行部分提升。先將加強(qiáng)梁的一端升起。更換支座后，將角撐板放下，另一端升高，并更換所有剩余的支座。如果必須同時(shí)在兩端進(jìn)行頂升，則要在橋中心線的水平方向臨時(shí)抬高周邊支座。

（2）提升機(jī)是計(jì)算機(jī)控制的同步提升液壓系統(tǒng)，并且在每個(gè)支座的兩側(cè)對(duì)稱安裝千斤頂。

（3）在抬起橫梁之前，應(yīng)建立良好的溝通，并應(yīng)指派專人負(fù)責(zé)。吊裝過程中應(yīng)進(jìn)行指揮和調(diào)度、信息傳遞和反饋，以確保整個(gè)過程受到嚴(yán)格控制。起吊時(shí)，應(yīng)同步傳送信息，并應(yīng)明確各人員的職責(zé)和分工。編制針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)急控制和處理措施，并制訂完整的應(yīng)急計(jì)劃，避免發(fā)生事故。

（4）更換后新梁的厚度小于原始梁的厚度，因此應(yīng)相應(yīng)地調(diào)整原始梁的實(shí)際高度。在開始施工之前，首先測(cè)量加強(qiáng)梁下部和支撐墊塊頂部的實(shí)際高度，然后根據(jù)相應(yīng)的施工要求更換支座枕墊，并結(jié)合新枕墊混凝土澆筑施工的施工要求執(zhí)行。

2.4 技術(shù)要點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)概述。橋梁的支座具有過大的剪切變形，無(wú)法滿足剪切變形規(guī)范的要求，并影響結(jié)構(gòu)的正常使用性能。因此，頂升梁體完成支座的更換，滿足橋梁的使用要求。

（2）施工工藝流程。施工過程如下：搭設(shè)平臺(tái)→安裝千斤頂→頂升梁體→放置鋼支架→更換支座→放置梁體→驗(yàn)收→卸下頂升設(shè)備。

（3）施工準(zhǔn)備。①安裝千斤頂之前，先清潔放置千斤頂?shù)闹魉喉敳?，使其達(dá)到水平位置。同時(shí)，清潔加固梁的底部，最后安裝安全墊。②讓SPLC計(jì)算機(jī)控制同步液壓提升系統(tǒng)。為了使頂升同步，液壓系統(tǒng)必須具有自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓缸壓力的功能。千斤頂必須對(duì)稱地安裝在每個(gè)支座的兩側(cè)。將千斤頂連接到控制系統(tǒng)后，檢查設(shè)備以確保操作正常。

（4）搭設(shè)平臺(tái)。根據(jù)存在病害的橋梁，工作平臺(tái)應(yīng)采用鋼結(jié)構(gòu)建造。在條件允許的情況下，可以將千斤頂直接放置在頂梁上以頂升梁體。

（5）安裝千斤頂。根據(jù)梁體頂升施工方案，在靠近梁支座的位置布置千斤頂和百分表。

（6）頂升梁。通過與千斤頂一起使用的手動(dòng)壓力油泵逐漸向千斤頂注油，并平穩(wěn)緩慢地抬起梁體。更換梁體的支座是一項(xiàng)技術(shù)性工作，特別是要求不能妨礙橋面車輛正常通行，這就對(duì)支座更換過程提出了更高的要求。在支座處理過程中，必須確保梁體和橋面結(jié)構(gòu)不被損壞，且橋面處于安全狀態(tài)。根據(jù)幾種方案的比選，在該維修項(xiàng)目中，整體上采用了同步頂升梁體的方法。為了工作的順利進(jìn)行，必須監(jiān)控整個(gè)頂升過程。需要注意以下幾點(diǎn)：①頂升力的控制。在頂升過程中，為了確保整個(gè)橋體的同步頂升，要對(duì)頂升荷載進(jìn)行分級(jí)。②頂升位移控制。在頂升和加工過程中監(jiān)控各梁的位移，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂升力和位移的“雙重控制”，確保每個(gè)梁體位移的協(xié)調(diào)性和一致性，并且與相鄰梁體的百分表的值之差不超過0.2mm。③路面結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)控。在頂升期間對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控，以確保在更換支座時(shí)不會(huì)損壞橋面板結(jié)構(gòu)。頂升示意如圖1所示。

圖1 頂升示意圖（單位：cm）

（7）放置鋼支架。頂起梁體后，鎖定千斤頂并插入臨時(shí)鋼制支架。

（8）安裝新的支座。①根據(jù)新梁的尺寸，在加強(qiáng)梁上鉆孔。②在鉆孔后，將特殊的植物膠注入孔中，插入錨桿并在強(qiáng)度達(dá)到要求后安裝新的支座。③在安裝過程中，注意支座的對(duì)中要求，安裝新支座時(shí)，需要嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行。在開始替換構(gòu)造之前，將其放置在原始位置并標(biāo)記原始支座位置。將新支座的上鋼板焊接到鋼梁板上，下鋼板焊接到墊石的嵌入鋼板上。間歇焊接以避免連續(xù)焊接的過熱、變形和鋼板損壞。放下橫梁后，必須對(duì)裸露的鋼板和焊縫進(jìn)行防銹處理。④支座安裝期間的環(huán)境溫度應(yīng)為20℃。為了防止梁受到預(yù)緊力或過度的初始剪切變形，安裝完成后，梁必須與上下結(jié)構(gòu)緊密接觸，避免出現(xiàn)空隙。⑤新支座的型號(hào)應(yīng)與設(shè)計(jì)支座的型號(hào)相符，并檢查支座是否泄漏、支座的安裝方向以及支座型號(hào)是否錯(cuò)誤。

（9）落梁。①更換橫梁后，用千斤頂提起加固橫梁，然后拉出鋼制的橫梁，將加固橫梁緩慢地放到更換后的橫梁的表面上。仔細(xì)檢查橫梁和鋼板之間的間隙，檢查是否已用力按壓并確定位置正確，最后卸下提升系統(tǒng)。②當(dāng)梁落回到支座上后，檢查連接主體與支座之間的連接，看連接是否良好、支座是否損壞以及在滿足設(shè)計(jì)要求之前能否正常工作。③為確保在落梁后均勻地加載在同一橋墩的支座上，應(yīng)在落梁之前測(cè)量同一墩上的每個(gè)支座的距離，以確定下落的高度。落梁之前，應(yīng)將千斤頂稍微抬起約0.5mm，以卸下千斤頂?shù)淖枣i裝置，然后千斤頂應(yīng)回油并同時(shí)落梁，嚴(yán)格控制各個(gè)千斤頂?shù)耐叫?，保證施工質(zhì)量與安全。它以每步1mm的數(shù)量級(jí)完成，并且實(shí)現(xiàn)了提升力和位移雙重控制的效果。

（10）驗(yàn)收。落梁完成后，檢查支座和相鄰部分是否脫空。同時(shí)，在橋面車輛的負(fù)載下，監(jiān)視新支座的受力狀態(tài)。更換支座存在不受力的情況時(shí)，需要再次頂升并進(jìn)一步調(diào)整。

（11）卸下頂升設(shè)備。驗(yàn)收合格后，拆下頂升設(shè)備以完成支座處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，橋梁經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用，其支座會(huì)發(fā)生病害，影響公路橋梁的正常和安全使用，因此，在橋梁加固工作中，應(yīng)充分注意檢查和更換支座，以確保橋梁安全。此外，所使用的梁和面板的提升必須滿足橋梁提升結(jié)構(gòu)的安全要求，在確保提升效果不斷優(yōu)化的同時(shí)不會(huì)造成有害后果。對(duì)于支座，支座的平面布置會(huì)影響橋梁承載能力，這對(duì)于結(jié)構(gòu)力學(xué)的整個(gè)傳輸模式和橋梁的計(jì)算至關(guān)重要。這些都需要工程各方進(jìn)行合理的驗(yàn)算，從而保證施工質(zhì)量。