蘇通大橋主橋支座整治工程關(guān)鍵技術(shù)及施工組織

劉 勇

江蘇蘇通大橋有限責(zé)任公司 江蘇 南通 226000

國(guó)內(nèi)已有很多使用年限超過(guò)10年的大跨徑斜拉橋，其采用的支座大都面臨病害整治的問(wèn)題。以往這種大型特制支座在不頂升上部結(jié)構(gòu)的情況下，只能進(jìn)行外觀(guān)整治養(yǎng)護(hù)作業(yè)；如采用頂升后再整治的方式，往往存在一些安全隱患[1-4]。本文以蘇通大橋主橋輔助墩支座整治工程為例，闡述了大跨徑鋼箱梁斜拉橋同步頂升及支座維修整治等關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，并介紹了實(shí)施過(guò)程中的施工組織安排。

1 工程概述

1.1 橋梁概況

蘇通大橋位于江蘇省東部的南通市和蘇州常熟市之間，是國(guó)家高速公路沈陽(yáng)至?？谕ǖ篮徒K省公路主骨架的重要組成部分，于2008年5月底建成通車(chē)。大橋主橋?yàn)橹骺? 088 m的雙塔雙索面斜拉橋，南北邊跨均設(shè)置3個(gè)橋墩，跨徑布置為（100＋100＋300＋1 088＋300＋100＋100） m；主梁為扁平流線(xiàn)型封閉鋼箱梁（圖1）。

圖1 蘇通大橋主橋橫斷面布置

主橋主1#墩、8#墩（過(guò)渡段伸縮縫）處豎向支座為QZ6500ZX單向滑動(dòng)的球形拉壓鋼支座；主2#墩、7#墩（遠(yuǎn)塔側(cè)輔助墩）處豎向支座為QZ11500ZX單向滑動(dòng)的球形拉壓鋼支座；主3#墩、6#墩（近塔側(cè)輔助墩）處豎向支座為QZ17000ZX單向滑動(dòng)的球形拉壓鋼支座。

支座專(zhuān)項(xiàng)檢查結(jié)論如下：

1）聚四氟乙烯板普遍存在磨損嚴(yán)重、剩余磨耗空間小的現(xiàn)象，部分支座已經(jīng)出現(xiàn)了鋼對(duì)鋼摩擦的現(xiàn)象。

2）不銹鋼板滑動(dòng)面臟污嚴(yán)重，影響支座正常工作。

3）支座防塵罩破損。

4）部分支座鋼構(gòu)件、連接錨栓銹蝕。

1.2 支座整治內(nèi)容

本次施工的主要工作內(nèi)容為：對(duì)邊跨逐墩進(jìn)行橫向同步頂升，逐一將舊支座取下后，對(duì)12個(gè)舊支座的36個(gè)摩擦副進(jìn)行更換（圖2）；對(duì)拆下的12個(gè)舊支座進(jìn)行維修保養(yǎng)，包括鋼結(jié)構(gòu)除銹、防腐等，然后將保養(yǎng)后的支座安裝至原處；進(jìn)行全過(guò)程的施工監(jiān)控。

圖2 蘇通大橋主橋支座維養(yǎng)總體布置

2 工程關(guān)鍵技術(shù)

2.1 頂升總體方案

本工程的目的是將主橋舊支座取出進(jìn)行整治維修，故須將鋼箱梁整體頂升以便于取出舊支座。經(jīng)設(shè)計(jì)單位驗(yàn)算復(fù)核，可采取單次單墩左右兩側(cè)同步頂升的方式，頂升高度不超過(guò)20 mm。針對(duì)過(guò)渡墩位置，為避免主、引橋之間的伸縮縫發(fā)生錯(cuò)位破壞，需將該橋墩上的主、引橋上部結(jié)構(gòu)同步進(jìn)行頂升。此外，由于是在橋面通行的情況下實(shí)施頂升及支座維修的，故需在支座維修期間于原支座位置安裝通用支座作為臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，確保橋梁結(jié)構(gòu)體系運(yùn)行的安全。

2.2 頂升裝置布設(shè)

頂升裝置是指頂升相關(guān)的構(gòu)件及設(shè)備等。本工程頂升裝置包括頂升鋼結(jié)構(gòu)縱梁、頂升千斤頂和其他輔助設(shè)施。

頂升鋼結(jié)構(gòu)縱梁分布在主橋鋼箱梁支座的橫橋向兩側(cè)，其作用是增大頂升點(diǎn)面積，分散頂升力，提高頂升部位的剛度，避免鋼箱梁局部受力不滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)承載力要求。鋼梁采用鋼板焊接拼裝而成。經(jīng)復(fù)核驗(yàn)算，鋼梁及上部鋼箱梁的應(yīng)力大小均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。具體布置如圖3、圖4所示。

頂升千斤頂選用200 t千斤頂，千斤頂直徑為300 mm，高度為400 mm，最大行程為140 mm。千斤頂均配有液壓鎖，可防止任何形式的系統(tǒng)及管路失壓?jiǎn)栴}；同時(shí)還配有機(jī)械螺旋鎖，從而保證頂升后有效的機(jī)械支撐。

每個(gè)主橋輔助墩支座處布設(shè)42臺(tái)200 t千斤頂，每個(gè)過(guò)渡墩主橋側(cè)支座處布設(shè)42臺(tái)千斤頂，引橋側(cè)單個(gè)支座處布設(shè)6臺(tái)200 t千斤頂，千斤頂使用效率見(jiàn)表1。千斤頂安裝時(shí)保證軸線(xiàn)垂直，以免因千斤頂安裝傾斜導(dǎo)致在頂升過(guò)程中產(chǎn)生水平分力。

圖3 過(guò)渡墩頂升裝置布置

圖4 輔助墩頂升裝置布置

輔助裝置包括鋼梁抗傾覆水平鋼板和滑動(dòng)四氟乙烯板。為將支座單側(cè)的頂升縱梁連接成整體，防止鋼梁頂升時(shí)傾覆，在鋼梁下表面千斤頂位置通長(zhǎng)布置抗傾覆鋼板；為適應(yīng)在頂升后橋梁上部結(jié)構(gòu)順橋向伸縮變化，在每根頂升縱梁與上部鋼箱梁之間滿(mǎn)鋪雙層厚4 mm的四氟乙烯板。

表1 千斤頂使用效率

2.3 頂升控制系統(tǒng)

在采用傳統(tǒng)的頂升工藝時(shí)，往往由于荷載的差異和設(shè)備的局限，無(wú)法從根本上消除油缸不同步對(duì)頂升構(gòu)件造成的附加應(yīng)力，從而引起構(gòu)件失效，具有極大的安全隱患。為此，本工程采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的PLC液壓同步頂升控制系統(tǒng)。PLC液壓同步頂升控制系統(tǒng)建立在力和位移雙閉環(huán)的控制基礎(chǔ)上，是一種力和位移綜合控制的頂升方法。該方法由液壓千斤頂精確地按照橋梁的實(shí)際荷重，平穩(wěn)地頂舉橋梁，使頂升過(guò)程中橋梁受到的附加應(yīng)力下降至最低，同時(shí)液壓千斤頂根據(jù)分布位置分組，與相應(yīng)的位移傳感器組成位置閉環(huán)，以便控制橋梁頂升的位移，同步精度為±1.0 mm，從而很好地保證頂升過(guò)程的同步性，確保頂升時(shí)板梁結(jié)構(gòu)安全。

本工程頂升時(shí)以橋墩為單位，同一個(gè)墩頂左右兩側(cè)同步頂升。壓力傳感器安裝在每個(gè)千斤頂上，通過(guò)傳輸線(xiàn)傳至PLC系統(tǒng)內(nèi)實(shí)時(shí)顯示。在輔助墩的橫橋向兩側(cè)設(shè)置2個(gè)位移監(jiān)控點(diǎn)，在有伸縮縫的過(guò)渡墩處，伸縮縫順橋向兩側(cè)各設(shè)置2個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。位移監(jiān)控點(diǎn)采用精度為0.01 mm的拉線(xiàn)式位移傳感器，可將位移數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至PLC液壓控制系統(tǒng)中。

2.4 支座維修整治

本工程支座維修整治的主要內(nèi)容有：通用支座加工、滑板更換、除銹與涂裝以及支座防塵。

2.4.1 通用支座加工

1）通用支座加工所用原材料的物理機(jī)械性能須滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)圖紙的相關(guān)規(guī)定，且達(dá)到原永久支座的技術(shù)性能要求。

2）通用支座橡膠體制造滿(mǎn)足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料和硫化工藝要求。

3）通用支座各通用件和專(zhuān)用件在工廠(chǎng)內(nèi)試裝，以保證現(xiàn)場(chǎng)快速拼裝和拆卸的施工要求，試裝后支座總高度偏差值為±2 mm。

4）通用支座組裝后進(jìn)行成品豎向承載力試驗(yàn)，在設(shè)計(jì)豎向荷載作用下，鋼板無(wú)肉眼可見(jiàn)的變形，卸載后支座復(fù)位高度值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.4.2 滑板更換

1）滑板更換前先剝離舊滑板，并用角磨機(jī)、銼刀、鏟刀等工具清理舊滑板凹坑內(nèi)的膠黏劑殘留物或其他污物。

2）用清潔劑或化學(xué)溶劑進(jìn)行清潔處理，并用高壓空氣清理后，保持晾干狀態(tài)。

3）裝配新滑板，檢查裝配間隙和磨耗高度，磨耗高度控制在4.0～4.5 mm。

4）用浸漬酒精或丙酮的潔凈棉紗擦凈滑板滑動(dòng)面，并均勻、飽滿(mǎn)地涂抹硅脂（零部件全部維修工作完成后、組裝前）。

5）用浸漬酒精或丙酮的潔凈棉紗擦凈上座板不銹鋼板滑動(dòng)面，支座落梁后再檢查一次，保證無(wú)任何臟污現(xiàn)象。

2.4.3 除銹與涂裝

1）采用手工除銹的方式，用角磨機(jī)打磨所有舊漆面。打磨時(shí)不得損傷不銹鋼板焊縫、不銹鋼板滑動(dòng)面和改性聚四氟乙烯滑動(dòng)面。

2）涂裝前對(duì)雙組分進(jìn)口涂料進(jìn)行加熱保溫處理，溫度保持在20～25 ℃，并按使用手冊(cè)規(guī)定的質(zhì)量配比進(jìn)行攪拌，混合攪拌時(shí)間約3 min，而后進(jìn)行涂刷。涂刷時(shí)從左到右，從上至下，按順序進(jìn)行，保證涂層厚度和色澤一致，涂裝厚度不低于300 μm，不得出現(xiàn)不飽和、流掛和褶皺現(xiàn)象。

2.4.4 支座防塵

1）支座防塵主體材料采用透明工程塑料和不銹鋼組合結(jié)構(gòu)，與支座采用不銹鋼螺釘和螺栓連接，并設(shè)置調(diào)整軟墊片和金屬墊片。

2）防塵裝置組裝后全封閉，并適應(yīng)支座位移和轉(zhuǎn)動(dòng)變位要求，防塵可靠，拆裝快捷方便（圖5）。

圖5 防塵裝置照片

2.5 施工監(jiān)控

為確保橋梁頂升過(guò)程安全，頂升內(nèi)力與原結(jié)構(gòu)狀態(tài)相比不發(fā)生較大改變且滿(mǎn)足規(guī)范要求，在頂升過(guò)程中由第三方專(zhuān)業(yè)單位實(shí)施有效的監(jiān)控。

本工程監(jiān)控的主要內(nèi)容為頂升豎向位移及梁體變形。現(xiàn)場(chǎng)采用激光位移計(jì)監(jiān)測(cè)頂升豎向位移，采用機(jī)器視覺(jué)位移監(jiān)測(cè)梁體變形。

豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置與頂升系統(tǒng)采用的位移監(jiān)控點(diǎn)一致：在輔助墩的橫橋向兩側(cè)設(shè)置2個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)；在有伸縮縫的過(guò)渡墩處，伸縮縫順橋向兩側(cè)各設(shè)置2個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

梁體變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在梁體下表面，每個(gè)橋墩橫橋向左、右、中共3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

頂升監(jiān)控采取“頂升量測(cè)—判別—修正—頂升”的循環(huán)過(guò)程，并跟頂升系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，確保頂升過(guò)程的安全性。

3 施工組織

3.1 交通組織

本工程采取逐墩分段封閉第三車(chē)道及應(yīng)急車(chē)道的交通組織方案，單次封閉時(shí)間4 h，支座整治相關(guān)設(shè)備及材料吊裝完成后，交通封閉結(jié)束；封閉區(qū)域?yàn)橹鳂蜻^(guò)渡墩、輔助墩位置橋面，單墩施工區(qū)域計(jì)劃長(zhǎng)度50 m，用以停放隨車(chē)吊、材料設(shè)備運(yùn)輸車(chē)及其他輔助設(shè)施。在封閉區(qū)域按規(guī)定設(shè)置路障及相應(yīng)的指示標(biāo)牌。

本工程為高速公路，橋上設(shè)計(jì)速度100 km/h，最終限速值為60 km/h，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG H30—2015《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》的相關(guān)要求，警告區(qū)長(zhǎng)度不小于1.8 km，上游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度不小于120 m，縱向緩沖區(qū)長(zhǎng)度不小于80 m，下游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度不小于80 m，終止區(qū)長(zhǎng)度不小于30 m。

3.2 施工運(yùn)輸及操作平臺(tái)

1）順橋向設(shè)置2個(gè)支座維修平臺(tái)，分布在橋墩順橋向兩側(cè)。維修平臺(tái)構(gòu)件均從檢修行車(chē)通道通過(guò)人工運(yùn)至墩頂。安裝人員利用原檢修平臺(tái)作為安裝作業(yè)平臺(tái)。

2）大構(gòu)件施工運(yùn)輸平臺(tái)采用由輕型桿件懸拼安裝的桁架形式。施工運(yùn)輸平臺(tái)整體錨固在橋墩側(cè)面，總長(zhǎng)9 m，超出橋面邊緣2 m，每節(jié)長(zhǎng)1 m。1節(jié)含左右2片，片與片之間通過(guò)角鋼采用螺栓連接固定。

每片上下弦桿擬采用工字鋼，其他斜桿和腹桿均采用角鋼。懸拼時(shí)按節(jié)向前拼裝，第1節(jié)起點(diǎn)有4個(gè)支點(diǎn)與墩側(cè)新安裝支座牛腿采用螺栓連接。為保證安全，在運(yùn)輸構(gòu)件期間，第7節(jié)末端采用2個(gè)3 t導(dǎo)鏈懸掛在橋面防撞護(hù)欄鋼結(jié)構(gòu)柱上，然后在頂升期間拆除；此外，在水平面上兩側(cè)增設(shè)纜風(fēng)繩（圖6）。

圖6 運(yùn)輸平臺(tái)及操作平臺(tái)布置

3）橫橋向墩側(cè)施工運(yùn)輸平臺(tái)只安裝在橋墩單側(cè)，橋面吊裝在橋面單側(cè)進(jìn)行，同墩2個(gè)墩柱通過(guò)在原兩柱之間的檢修過(guò)道上架設(shè)型鋼倒運(yùn)通道實(shí)現(xiàn)連通。

3.3 施工工期

全橋總體按主橋單側(cè)3個(gè)橋墩配備3套頂升縱梁結(jié)構(gòu)，再配備2套頂升設(shè)備和2套通用支座。整體采取流水施工，每個(gè)橋墩主要分成頂升裝置及設(shè)備安裝、上游支座頂升及維修、下游支座頂升及維修以及設(shè)備與裝置拆除四大工序，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工進(jìn)度，平均每個(gè)工序在7 d內(nèi)完成，全橋6個(gè)橋墩總工期在100 d內(nèi)完成。

4 結(jié)語(yǔ)

1）本工程總體施工方案安全可靠，既滿(mǎn)足了鋼箱梁整體及局部受力的要求，又滿(mǎn)足了橋面通行情況下的頂升及支座維修要求。

2）PLC液壓同步頂升控制系統(tǒng)滿(mǎn)足同步精度1 mm的要求，同時(shí)在第三方監(jiān)控單位的監(jiān)督下，確保頂升及降落過(guò)程中鋼箱梁的結(jié)構(gòu)安全。

3）支座維修完善到位，在使四氟滑板的使用年限延長(zhǎng)15 a的同時(shí)，提高了支座的防塵標(biāo)準(zhǔn)。

4）有效的方案優(yōu)化及施工組織能在保證安全的前提下盡快完成頂升支座整治的全部工作，大大降低了對(duì)交通的影響。