橋梁支座維修加固施工技術(shù)探討

張勇

（慶陽遠通公路工程有限公司，甘肅 慶陽 745000）

1 項目背景

某特大橋主線長1020m，上部采用34×30m 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制箱梁先簡直后連續(xù)構(gòu)成，分離式結(jié)構(gòu)，橋面凈寬2×15.5m，支座均勻布置在預(yù)制箱梁兩側(cè)，每片梁2 個支座，每一跨共5 片預(yù)制箱梁共10 個板式橡膠支座。由于橋梁在修建時，部分支座安裝質(zhì)量較差，加上通車多年且交通繁忙，部分橋梁支座出現(xiàn)剪切破壞、局部脫空等病害，對橋梁運營安全造成了一定影響。為解決該問題，需對出現(xiàn)病害的122 個板式橡膠支座進行更換處理。

2 橋梁支座損壞的原因

橋梁支座的損壞，既有支座本身的原因，也有施工方面方面的原因，支座加固維修應(yīng)根據(jù)具體情況制定相應(yīng)的處理方案。具體來說，支座本身的原因包括以下幾個方面[1]：

①由于支座使用時間較長，橡膠老化，達到預(yù)期壽命，從而導(dǎo)致支座損壞；

②弧形支座的滑動、滾動面發(fā)生銹蝕，導(dǎo)致其不能按要求進行轉(zhuǎn)動；

③支座長期受到車輛及其他荷載導(dǎo)致發(fā)生偏移，局部脫空；

④支座在長期使用過程中，逐漸發(fā)生扭曲，導(dǎo)致其偏心受力。

另一方面，橋梁在修建時，選擇的支座種類及空間布置出現(xiàn)錯誤、沒有按設(shè)計及規(guī)范要求進行施工、支座安裝位置不準(zhǔn)確、支座墊石的強度不足、支座安裝時已發(fā)生脫空、扭曲現(xiàn)象等都為后期支座的損壞留下了隱患[2]。（圖1）

圖1 支座脫空與剪切變形

3 支座判定

由于支座的失效具有一定的隨機性，如果未經(jīng)判定，無法準(zhǔn)確的知道支座失效的形式及位置，只有通過經(jīng)常檢查，才能準(zhǔn)確把控橋梁的整體狀況。當(dāng)橋梁支座發(fā)生病害時，應(yīng)根據(jù)支座失效的條件對該座橋梁的支座進行整體評估[3]，具體評估方法如表1 所示。經(jīng)評估，該橋支座脫空指數(shù)m 為0.26，剪切破壞指數(shù)n 為0.72，屬于嚴(yán)重破壞，必須對失效的支座進行更換。

表1 支座失效判定條件表

4 支座更換施工技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備

4.1.1 方法選擇與支架搭設(shè)

梁支座在長期行車荷載、自然環(huán)境等荷載效應(yīng)下，造成橋梁上部結(jié)構(gòu)受力不均，從而導(dǎo)致橋梁支座發(fā)生脫空現(xiàn)象，致使支座工作狀態(tài)異常。發(fā)生這種現(xiàn)象時，應(yīng)及時進行調(diào)平或更換。對于更換支座，目前的主流方法有枕木滿布式支架法、端部整體頂升法、扁形千斤頂法、鞍型支架法、橋面鋼導(dǎo)梁法等。每種方法適用范圍不同，本文僅以枕木滿布式支架法加固維修板式橡膠支座為例對橋梁支座加固維修施工進行探討。枕木滿布式支架法作業(yè)布置如圖2 所示。

圖2 枕木滿布式支架法頂升施工示意圖

4.1.2 千斤頂選擇與布置

千斤頂按每片梁（板）每端2 臺對稱布置。為考慮預(yù)留一定的安全系數(shù)，全部按邊梁考慮。30m 預(yù)制箱梁邊梁重約97 噸，按100 墩計算，再加上橋面鋪裝等，按邊梁重量的20%考慮，總總量約為120 噸。則每臺千斤頂受力可按下式計算：

式中，N總代表千斤頂頂升每片預(yù)制小箱梁的總重量（kN）；λ 代表安全系數(shù)，取1.1。經(jīng)計算，每臺千斤頂受力N 約為330kN。從前期調(diào)查中得知，梁底與蓋梁頂?shù)淖钚「卟顬?80 mm，支撐面最窄處寬35cm。參考頂力以及蓋梁與支座相關(guān)尺寸，最終選擇2 臺DYG200 型千斤頂作為頂升工具，最大頂升高度200mm，高度360mm，最大頂力200kN，千斤頂外徑24.5cm，內(nèi)徑20cm。

4.1.3 蓋梁承壓計算

蓋梁混凝土標(biāo)號為C35，[σc]=9.4MPa，則混凝土局部承壓提高系數(shù)可按下式計算[4]：

式中，A 代表千斤頂?shù)酌娣e，經(jīng)計算為0.0471m2；Ac代表局部承壓計算底面積，經(jīng)計算為0.1625m2，故k 為1.86。局部承受的壓應(yīng)力可按下式進行檢驗：

故千斤頂與蓋梁組合滿足設(shè)計要求。

4.2 頂升施工

枕木滿布式支架法頂升施工工藝流程：其施工工藝流程如下：搭設(shè)或安裝作業(yè)平臺→安裝千斤頂→安裝百分表→千斤頂試頂→梁板頂升→更換或調(diào)平支座→落梁→下一墩頂支座處理。施工工藝流程圖如圖3 所示。

圖3 枕木滿布式支架法頂升工作流程圖

施工步驟如下：

①頂升工作開始前，應(yīng)做好相關(guān)準(zhǔn)備，首先對橋梁的上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施等情況進行檢查，及時處理相關(guān)部位的缺陷；

②搭設(shè)滿布式支架及作業(yè)平臺，作業(yè)平臺距離梁（板）底的高度適宜，應(yīng)保證作業(yè)人員作業(yè)方便；

③支架搭設(shè)完成后，應(yīng)對該墩的支座進行檢查。為便于更換支座，應(yīng)選擇厚度及形狀適中的鋼板，以確保更換支座后，支座與梁底貼合緊密；

④選擇適當(dāng)區(qū)域作為安裝千斤頂?shù)牡鬃膮^(qū)域，將該區(qū)域打磨平整，其平整度滿足相關(guān)規(guī)范的要求，安裝千斤頂及百分表；

⑤正式頂升前，應(yīng)先進行試頂，以檢驗各千斤頂之間是否同步、是否穩(wěn)定，梁（板）是否完好。頂升的總高度以該墩所有的支座能輕微松動為宜。每次頂升約0.2cm并穩(wěn)定10min，然后用百分表測量梁（板）的位移量，以各梁（板）的位移差不超過0.1cm 為宜，超過該值時，應(yīng)停止頂升作業(yè)，并仔細檢查千斤頂及各連接部位，確認(rèn)無誤后方可繼續(xù)作業(yè)；

⑥試頂結(jié)束后，將該墩處所有的千斤頂全部并聯(lián)，使用同一臺油泵增加壓力，以確保每一臺千斤頂頂升力保持一致。頂升過程中，必須嚴(yán)格控制千斤頂油壓以及頂升高程，頂升速度不得超過0.1cm/min。在達到設(shè)計頂升總高度后，保持頂升力不變；

⑦達到設(shè)計頂升總高度后，拆除舊支座，更換鋼板或?qū)υ袖摪宄P，然后再將鋼板放置在支座墊石上，更換或重新安裝原有支座。落梁時，應(yīng)確保支座受力均勻；

⑧拆除千斤頂及支架系統(tǒng)，拆除過程中，應(yīng)注意對稱、均衡拆除，不得直接從支架上方向下拋擲支架構(gòu)件。

4.3 質(zhì)量檢驗及驗收

加固完成后橋梁支座應(yīng)滿足下述規(guī)定。新安裝的支座質(zhì)量必須滿足設(shè)計及規(guī)范要求，進場后應(yīng)進行檢查驗收。支座橫向、縱向安裝位置應(yīng)準(zhǔn)確，若安裝溫度與設(shè)計不符時，應(yīng)通過計算設(shè)置支座順橋向預(yù)偏量，其值可由下式計算[5]。支座處理完成后不得有偏斜、受力不均及脫空現(xiàn)象。

式中，α 代表梁（板）混凝土線膨脹系數(shù)（一般取10-5mm/℃）；Δt 代表實際施工時的溫度與設(shè)計溫度的溫差；L 代表梁（板）長度（mm）。

更換支座后，支座的各項參數(shù)應(yīng)滿足表1 的要求。

表1 支座失效判定條件表

5 結(jié)論

橋梁支座系統(tǒng)雖然僅作為橋梁的附屬設(shè)施，但是其在橋梁工程中發(fā)揮了巨大的作用。如何保證施工安全及橋梁結(jié)構(gòu)安全是橋梁加固維修中極其重要的一環(huán)。在更換支座系統(tǒng)以后，應(yīng)對橋面鋪裝層進行仔細的檢查，若無裂縫以及其他異常時，則表明支座更換效果比較理想。在頂升時，使用采用鋼板來代替副頂，可以減少施工用具，節(jié)省費用，節(jié)省工期，且便于施工，也可以很直觀的了解梁（板）之間的高差，然后再對部分頂升高度不足的梁（板）重新補頂，以達到所有梁（板）頂升高度一致的目的。