無蓋梁柱式墩支座更換施工反力平臺設計

呂 船

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

隨著橋梁設計水平和施工水平的不斷提高，橋梁的形式也隨之豐富起來。在公路橋梁中，現澆整體箱梁橋的橋墩經常采用無蓋梁柱式墩這一形式。此類型的橋墩因缺少蓋梁，在后期養護工作中給支座病害的處理，特別是支座更換時梁體的頂升帶來了一定的難度。梁體頂升施工時，需對安放頂升千斤頂的反力平臺進行專門設計。

本文對筆者工作中遇到的此類型橋梁支座更換施工中反力平臺的設計進行詳細的敘述，以供同行參考。

1 橋梁概況

所述橋梁為某高速公路匝道橋梁，上部結構采用12 m×22 m鋼筋混凝土現澆箱梁，下部結構采用柱式墩、柱式臺、肋板臺，樁基礎。該橋橋墩采用的支座型號為GPZ（Ⅱ）3.5DX和GPZ（Ⅱ）3.5SX。

在運營過程中發現，該橋部分橋墩支座出現了轉角超限、位移超限以及偏位的病害，需要及時對相應的支座病害進行處治，并對無法正常使用的支座進行更換處理。

2 頂升系統設計

本次需進行處治的支座均位于無蓋梁的柱式墩上，橋梁墩柱形式見圖1。

因橋墩形式較為特殊，支座更換施工中的梁體頂升需進行專門設計。設計內容包括千斤頂的數量、布置形式以及頂升反力平臺設置。

2.1 千斤頂數量計算

在梁體頂升過程中，千斤頂需頂起的重量主要為主梁、防撞墻、橋面鋪裝和車輛荷載。參考原橋的設計圖紙，并按照公路—Ⅰ級布置單車道荷載，最終確定的頂升力為3 705 kN。具體構成情況見表1。

圖1 橋墩墩柱形式

表1 頂升力計算表

本次施工采用最大頂升重量為80 t的專用超薄千斤頂。在保證橋梁結構不受到損傷的情況下，為獲得更高的頂升高度，本次采用整聯主梁同步頂升的施工方案。頂升時的輔助墩（不進行支座處治的橋墩）按照8個千斤頂考慮，每個千斤頂的頂升重量為46.3 t；病害支座處治墩需考慮支座取出的通道，只能布置6個千斤頂，每個千斤頂的頂升重量為61.75 t。

2.2 反力平臺的選擇

因該橋橋墩的特殊性，頂升用千斤頂安放位置受到了較大的限制。因此梁體頂升的反力平臺成為本工程的難點。通過對現場情況的考察并查閱相關資料，確定了3種反力平臺的設置方式：

a）方案1 在墩身周圍搭設滿堂碗扣支架作為反力平臺，千斤頂布置于支架頂部。

b）方案2 在墩柱上設置鋼抱箍，利用鋼抱箍形成反力平臺，千斤頂布置于鋼抱箍頂部。

c）方案3 對既有墩頂進行相應的驗算和加固處理作為反力平臺，千斤頂布置于原墩柱頂部。

方案比選：

方案1的反力平臺空間較大，可以更為合理地布置頂升千斤頂，但需要對支架基礎進行處理，搭設碗扣架的工期和費用也較高。方案2采用的鋼抱箍一般用于橋墩蓋梁的澆筑施工，一般單個鋼抱箍的承載力在700 kN左右，而本工程1 700 kN左右的承載力對鋼抱箍的要求更高，鋼抱箍尺寸偏大，加工、安裝和拆除的工期和成本較高。而且采用鋼抱箍作為反力平臺，可能會出現個別墩柱抱箍滑移后導致另一側千斤頂受力增大，甚至可能引發的主梁傾斜。方案3的平臺空間受到較大的限制，但本工程橋墩頂部墊石外側空間基本可以滿足要求。因為需采用大噸位千斤頂，考慮到墩頂局部混凝土承壓較大，需進行相應的分析計算和局部加固處理。而方案3的工期和成本較前兩個方案均有所節省。

因此，本次將方案3，即對既有墩頂進行相應的驗算和加固處理作為梁體頂升的反力平臺，確定推薦方案。

2.3 千斤頂的布置

本次采用的超薄千斤頂底面為直徑13 cm的圓形截面，可布置于墩柱頂部支座墊石的外側。考慮到墊石尺寸誤差和千斤頂安放誤差等因素，千斤頂布置設計時按照15 cm直徑的圓形區域考慮。因墩頂支座更換時需同時起頂同聯內其他橋墩，橋墩頂部千斤頂的布置可分為輔助墩和支座病害處治墩兩種情況。此次需進行頂升后病害處治的支座均為雙向支座，支座抽取通道沒有限制。如果更換單向支座時，支座的抽取通道則只能順橋向設置。

圖2 輔助墩千斤頂布置圖

圖3 支座病害處理橋墩千斤頂布置圖

3 墩頂局部混凝土應力計算及加固計算

本次計算采用midas FEA有限元軟件進行梁體頂升時墩柱混凝土局部應力的分析。混凝土的彈性模量取3.0×104N/mm2，泊松比取0.167。模型選取2 m高墩柱進行考慮，墩柱底部按照固結考慮。計算中僅考慮箍筋的約束作用，不考慮主筋的抗壓貢獻。墩柱螺旋箍筋為間距10 cm，直徑10 mm的R235鋼筋。加固方案為對墩頂受影響較大的范圍圍箍20 mm厚鋼管的方案，該措施可對加固墩柱提供加大的環向約束。另外，原橋墩頂設置的鋼筋網片的應力分散作用作為安全系數未在計算中考慮。

計算按照最不利的支座病害處治橋墩千斤頂布置情況進行模擬，千斤頂壓力取650 kN，形成的局部混凝土壓強為49 MPa。

3.1 工況1 考慮箍筋約束作用

圖4 工況1

根據分析可知，局部混凝土單元的主拉應力達到了4.26 MPa，超出了1.39 MPa的C30混凝土抗拉強度設計值。超出C30混凝土抗拉強度設計值的單元分布在相鄰千斤頂之間的區域，高度為0.4 m。

3.2 工況2 考慮20 mm厚鋼管圍箍的約束作用

圖5 工況2

在考慮圍箍鋼管補強后，所有混凝土單元的主拉應力均未超過C30混凝土抗拉強度設計值（模型底部單元混凝土主拉應力偏大與輸入的邊界條件有關，對本次分析無意義，可忽略）。

通過計算分析可知，補強后的橋墩在頂升千斤頂的作用下局部混凝土不會出現破壞。

4 具體實施方案

4.1 補強鋼管安裝

在墩頂圍箍高度為0.5 m、厚度20 mm的Q235鋼管進行補強。

圍箍鋼管內徑直徑略大于墩柱直徑，按平均0.6 mm的空隙考慮。圍箍鋼管采用兩個半圓，在現場拼裝后焊接成整體。固定封底后由下至上灌注高強灌注膠填充密實。施工時，必須保證膠體填充的密實程度以確保可向墩柱提供足夠的環向約束力。檢查膠體是否填充密實可采用敲擊鋼管的方法。

4.2 千斤頂上下承壓面的處理

因墩頂安放千斤頂的位置混凝土表面一般較為粗糙，且平整度較差。為確保千斤頂底部的均勻受力，應對相應位置的混凝土面進行打磨處理，不平整的地方可采用環氧樹脂混凝土或環氧樹脂砂漿進行修補。

而千斤頂頂面位置靠近支座位置受到梁底坡墊的影響，承壓面不平整，也應采用加墊鋼板并填充混凝土樹脂砂漿的方式進行找平。

除了對千斤頂上下承壓面進行處理以外，在梁體頂升時還需在千斤頂的上下面加墊盡可能大的厚鋼板以分散應力。

5 結語

目前，該橋的支座更換施工已經完成。采用補強后的墩柱作為梁體頂升的反力平臺大大節約了施工時間、降低了施工成本，取得很好的效果。

但在此想對新建橋梁的設計者提出建議，希望在今后的橋梁設計中多考慮后期養護維修作業的因素，讓后期橋梁的養護維修施工更為方便、快捷。