淺議橋梁頂升支撐墊塊

李明亮

（上海同盛內(nèi)河航道建設發(fā)展有限公司，上海200092）

0 引言

橋梁頂升技術作為一種新型的橋梁改造技術，以其施工周期短，經(jīng)濟效果好，對環(huán)境影響小等優(yōu)點，越來越多地應用于國內(nèi)外橋梁改造工程中。而橋梁頂升支撐墊塊，作為橋梁頂升工程中保證橋梁支撐安全性極其重要的組成部分，對其進行分析和研究是非常有價值的。

1 常用的橋梁頂升支撐墊塊

1.1 木楔墊塊

其優(yōu)點是易于制作，壓縮性好，墊塊間易吻合，重量輕，便于搬運和安裝，一次性投入費用較鋼墊塊低。

其缺點是強度低，使用后再利用率低，浪費森林資源，墊塊間的連接不便，需加設鋼外框。由于強性模量較低，如全部采用木墊塊，則較大的彈性變形浪費了頂升的有效行程，影響頂升進度。

可利用木墊塊的優(yōu)點制作少量的調(diào)節(jié)墊塊（見圖 1）。

圖1 木楔墊塊實景

1.2 預制鋼筋混凝土墊塊

預制鋼筋混凝土墊塊在預制廠加工生產(chǎn)，墊塊內(nèi)設置鋼筋網(wǎng)片，墊塊外設置螺栓孔進行連接（見圖 2）。

圖2 預制鋼筋混凝土墊塊實景

預制鋼筋混凝土墊塊的優(yōu)點是制作成本較低，強度較高,不易變形，制作速度較快，可根據(jù)現(xiàn)場條件確定墊塊的形狀。

缺點是墊塊的制作精度不易控制，重量較重，制作時需采取措施消除或降低其不利影響。

1.3 鋼管混凝土墊塊

鋼管混凝土是在經(jīng)加工的鋼管內(nèi)部澆注混凝土，然后在鋼管外焊接連接肋板，以便上、下墊塊進行連接，增強整體穩(wěn)定性。

其優(yōu)點是，加工較方便，抗壓強度高，不易變形，制作速度快，加工精度較高。

其缺點是，重量重，混凝土找平的精度不易控制，加工造價相對高，再利用不方便。

1.4 精加工鋼管墊塊（工具式墊塊）

精加工鋼管墊塊采用精加工Φ600×12 mm鋼管，鋼管上下兩端焊接厚為12 mm的法蘭，側面焊有連接用構件。為適應千斤頂?shù)捻斏谐蹋搲|塊的高度分別為 100 mm、200 mm、500 mm和1000 mm，鋼墊塊間通過法蘭連接（見圖3）。

圖3 精加工鋼管墊塊實景

其優(yōu)點是，加工較方便，制作速度快，加工精度較高。

此墊塊的缺點是：承載力相對較低，平面密排布置要求施工空間較大。

2 橫潦涇大橋頂升采用的支撐墊塊

2.1 鋼箱混凝土組合墊塊

橫潦涇大橋主橋為三跨預應力混凝土連續(xù)箱梁結構，最大跨度126 m，主橋單幅上部結構總重104 080 kN。由于上部荷載重，所需頂升力大，同時橫潦涇大橋結構的自身特點是在主墩頂升位置處的平面空間較小，采用傳統(tǒng)的液壓千斤頂加工具式法蘭鋼墊塊很難實現(xiàn)。經(jīng)過綜合比選，該工程采用了整塊鋼箱混凝土組合式墊塊，為了保證該鋼箱混凝土組合式墊塊強度、耐久性和施工方便性，確保工程安全，需對其通過深入研究，得出這種組合式墊塊的相關技術參數(shù)。

2.1.1 鋼箱混凝土墊塊初選

鋼箱混凝土墊塊初步選用外形為長方體的鋼箱，平面尺寸為 1.85 m×1.85 m，墊塊高度為100 mm，以適應千斤頂行程的需要。考慮到平整度要求，在內(nèi)部設置加勁肋將鋼箱分隔成小格箱，格箱內(nèi)放置鋼筋網(wǎng)片，并澆注混凝土。

2.1.2 MIDAS軟件模擬吊點起吊

通過MIDAS結構分析軟件對該墊塊進行多吊點起吊模擬，模擬后發(fā)現(xiàn)，高度為100 mm的鋼箱墊塊起吊后，墊塊變形較大，與實際起吊觀察情況相符（見圖4）。

圖4 MIDAS模擬吊點起吊位移云圖

考慮上面因素，將鋼箱墊塊下蓋板及周邊封板的鋼板厚度增加至12 m，中間肋板改為10 mm厚，并將墊塊標準高度增加至200 mm，混凝土采用C50普通混凝土。

2.1.3 對修正后的鋼箱混凝土墊塊承載力進行有限元模擬

采用有限元分析軟件ansys對墊塊加載工況進行模擬，其中鋼筋混凝土部分采用solid65單元，用整體式模型建模，將鋼筋連續(xù)均勻分布于整個單元中，鋼板部分采用solid45單元，兩種單元都為八節(jié)點單元，可以較好地結合。單元劃分如圖5所示。

圖5 鋼箱混凝土墊塊單元劃分圖（對稱取1/4）

在墊塊左部分上部施加均勻荷載，當加載到600 t（混凝土應力約60 MPa）時開始出現(xiàn)微裂縫。此時混凝土開裂如圖6所示。

圖7 ansys模擬混凝土開裂圖（600t時）

觀察混凝土開裂圖可知，主橋主墩加載到600 t時，出現(xiàn)較少量微裂縫，加載到700 t出現(xiàn)少量壓碎，因此可以取600 t作為安全加載荷載。

2.1.4 現(xiàn)場模擬加載試驗

2.1.4.1 試驗機具

（1）2000 t壓機；

（2）1 850 mm×1 850 mm×200 mm鋼箱混凝土墊塊一塊；

（3）500 mm×160 mm×20 mm鋼板一塊。

2.1.4.2 試驗步驟

（1）墊塊安放在壓機上，在墊塊上放置500 mm×160 mm×20 mm鋼板；

（2）啟動2 000 t的壓機,按2 000 kN荷載加載到墊塊上的鋼板處；

（3）持續(xù)加載10 min；

（4）卸載，壓機收缸；

（5）觀察鋼箱墊塊混凝土表面及四周鋼板焊縫裂縫及變形情況。

2.1.4.3 試驗結果

（1）加載到 5 250 kN（約 65.5 MPa）時，開始出現(xiàn)微裂縫；

（2）加載到 9 000 kN（約 112.5 MPa）時，開始出現(xiàn)失穩(wěn)變形，壓力迅速降至8 000kN。

由以上可知現(xiàn)場進行的模擬加載試驗與有限元模擬結果相符。

因此最終確定墊塊的最終加工結構形式為：200 mm高，平面尺寸為1.85 m×1.85 m的鋼箱混凝土墊塊，鋼箱下部設置12 mm厚鋼墊板，四周為12 mm厚封板，中間設置10 mm厚肋板形成方格網(wǎng)，箱內(nèi)澆注C50普通混凝土。

2.2 隨動抄墊體系（見圖7）。

圖7 隨動體系實景

橫潦涇大橋引橋為簡支板梁，兩側各11孔，跨徑為22 m，每側長度11×22=242（m）。由于引橋跨數(shù)多，跨度較大，為了保證頂升安全性，對引橋頂升采用了一種全新的橋梁頂升支撐墊塊體系——隨動支撐墊塊體系。

該支撐墊塊體系由工具式墊塊和隨動支撐體系構成。隨動支撐體系是由隨動千斤頂、平衡油缸、油管等組成，幾個隨動千斤頂下格放置一個平衡油缸，通過油管聯(lián)通，以保證每個隨動頂受力均勻。

隨動支撐墊塊體系的工作原理：頂升時頂升千斤頂按指令位移頂升上部結構，隨動千斤頂自動跟進，等頂升千斤頂達到指令位移后，頂升千斤頂停止頂升，隨動千斤頂也停止跟進；頂升千斤頂收缸，此時隨動千斤頂受力；頂升千斤頂下放置工具式鋼箱墊塊，頂升千斤頂伸缸頂緊，隨動千斤頂收縮回歸原位，在隨動千斤頂下放置工具式鋼箱墊塊，然后頂升千斤頂設定壓力，頂緊上部結構。重復以上步驟，直到把橋梁頂升到位。

采用隨動支撐體系目的是為克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種在主動頂升千斤頂油缸的油壓在意外情況下突然卸壓時仍能有效支撐上部結構、避免上部橋梁滑落的機械式隨動支撐機構。經(jīng)過現(xiàn)場工程實踐，證明橋梁頂升隨動支撐墊塊體系效果良好。

3 結語

橋梁頂升支撐墊塊本身的承載力、穩(wěn)定性直接影響橋梁頂升工程的安全，一旦墊塊出現(xiàn)問題，后果不堪設想，因此對墊塊本身的研究顯得格外重要。本文通過對橫潦涇大橋主橋頂升墊塊的研究，以及采用一種新型的橋梁頂升墊塊體系，極大地提高了橋梁頂升工程的安全性，為以后的橋梁頂升工程起到一定的借鑒作用。

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