同步頂升技術在橋梁支座更換中的應用

趙 威

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西晉中 030600)

在橋梁運行中，由于支座質量、施工及使用不當、地震等原因的影響下，橋梁支座出現了損壞、異常移位等問題。以無錫市為例，2011年和2012年，無錫市市政和園林局對所轄橋梁的34 540個支座進行一次全面檢查。檢查盆式橡膠支座3 723個，發現剪切變形2個，支座局部脫空11個，支座錯放5個;板式橡膠支座30 817個，發現剪切變形327個，支座脫空或局部脫空573個，支座缺失3個。橋梁支座病害對橋梁的安全運行有著重要影響。

支座是連接橋梁上部結構和下部結構的重要結構部件，是承受作用在上部結構的各種力，并將其傳遞給墩臺，同時，在荷載、溫度、混凝土收縮和徐變作用下，適應上部結構的轉角和位移。支座作為橋梁最重要的傳力裝置，其正常運行直接決定著橋梁上下部結構的使用壽命，對橋梁結構及行車安全有著重要影響。

橋梁是交通樞紐的重要組成部分，為保證橋梁的行車安全和交通通暢，如何在不阻斷交通且不能破壞橋梁結構的情況下進行支座更換成為了我國公路建設者必須解決的問題。與傳統的支座更換方法相比，同步頂升技術具有無可比擬的技術優勢。

1 橋梁支座主要病害及影響

橋梁支座病害的原因主要包括:支座質量、設計施工及其他(如地震、超載等)原因。其主要病害有:

1)支座脫空(見圖1)，原因:支座墊石和梁底鋼板不水平。

圖1 支座脫空

2)支座異常變形(見圖2)，原因:大多因為落梁時不夠平穩，支座存在較大的初始剪切變形。

圖2 支座異常變形

3)支座不能正常滑動(見圖3)，原因:墩頂落有大量的混凝土垃圾，不銹鋼板銹蝕，摩阻力變大。

4)支座開裂(見圖4)，原因:有施工因素、支座質量問題、超載車輛的影響、支座墊石的影響以及其他因素。

圖3 支座不能正常滑動

圖4 支座豎向開裂

橋梁在長期的使用過程中，由于環境影響、大交通量、超載、結構本身等的缺陷，以及維護不當或不及時等多種因素的影響下，橋梁構件會產生一定的損傷和病害。支座是橋梁的核心構件之一，支座的減震、滑移等作用衰減，嚴重的甚至影響橋梁的使用壽命。為防止支座病害影響到橋梁主體結構的受力，必須及時處理和更換。

2 同步頂升系統的原理

在橋梁結構中，各主梁的橫向聯系將上部承重結構連成了整體，要想不破壞橋面及橫向聯系就實現梁頂起，就必須進行整體同步頂升，梁體才能不會出現扭轉、結構開裂等，從而保證橋梁結構的安全。同時，不中斷或盡量縮短中斷交通時間則對支座更換提出了更高的要求。

同步頂升系統由電動機、高壓液壓泵、油箱及操作控制系統、千斤頂和油管、分流器等組成(見圖5)。

圖5 十六點同步頂升系統

同步頂升的技術原理(見圖6，圖7):泵站的流量通過分流器提供給執行油缸，位移控制系統根據不同測點回饋的信號，控制執行油缸的帶載頂升，從而實現整個梁體的同步頂升。

3 同步頂升技術的施工工藝

隨著我國基礎設施的快速發展，同步頂升技術在新建橋梁施工和舊橋梁維修改造中得到了廣泛應用。其的基本原理是使用千斤頂將梁頂起，安放在臨時支座上，等新支座安裝復位后，再使梁徹底復位。可以看出，同步頂升作業是一項復雜的系統工程。

3．1 同步頂升技術要點

圖6 同步頂升的技術原理

圖7 沃納液壓動力武漢有限公司研制的PLC同步頂升系統

1)在支座更換方案設計中，必須通過嚴格計算，明確更換支座的批次，頂升和回落梁的次位移量及工序。

2)更換支座時，要保證新支座的承載力不低于原支座的承載力。如采用的是與舊支座規格不同的新支座，則必須測量原支座和新支座的高度差，調整施工確保梁體、橋面高程符合加固設計要求。

3)頂升及回落的安全性是施工中最重要的要求，包括梁體的整體安全及施工作業中的安全。

4)臨時支架必須滿足強度、剛度及穩定性要求，并選擇適宜有利的氣溫條件下施工。

3．2 施工工藝

首先，施工準備，包括搭設支架、施工平臺等。主要包括:

1)支座更換時，一般利用橋臺作為施工平臺，對空間不夠的部位采用支架措施，以確保施工的安全實施;對于橋墩支座的更換，采用特制鋼掛架固定于墩身或蓋梁上作為施工平臺。還要進行支座檢查、主梁調查并加固等。

2)對要更換的支座部位進行確認和檢查，現場記錄支座位置、編號、病害情況，并拍照記錄，妥善保存檢查記錄。

3)測量梁底標高，并對設計圖紙提供的梁底標高進行核對，詳細記錄并妥善保存。

再者，頂升作業階段，包括:

1)臺帽、蓋梁面清理。

a．清理臺帽或蓋梁頂面的雜物，必要時可采用鋼絲刷等對混凝土垃圾進行清理，以保證支座更換時的作業面干凈整潔。b．清理伸縮縫內沉積的垃圾和雜物，以防止頂升時梁體間互相擠壓。

2)支座調查與復檢。

a．復核原支座與新支座型號、承載力等指標是否一致，并根據設計的承載力確定頂升重量及千斤頂的型號和數量。b．確定支座墊石頂面標高的調整高度。對于新更換支座與原支座不一致，應根據新支座的型號、高度確定墊石改造后的頂面標高，以保證支座更換后橋面標高符合設計要求。

3)千斤頂、百分表安放與設置(見圖8)。

a．千斤頂數量應與每個橋臺下的支座數量相同。b．布設百分表。為精確測量頂升高度并在梁體頂升過程中控制梁體姿態，需在梁臺兩側布設百分表，頂升過程中應有專人負責記錄百分表讀數。

4)頂升系統調試，保證施工機械等正常運行，作業順暢。

5)試頂。

a．試頂前的檢查，包括:千斤頂安裝是否垂直牢固;影響頂升的設施是否已全部拆除;頂升部分結構與其他結構的連接是否已全部去除等。b．現場各組人員各就各位，觀察試頂過程中是否有異常情況，儀器儀表是否正常，顯示讀數是否合理等。c．頂升速度不得超過1 mm/min，最大頂升高度不超過5 mm。d．頂升就位后，持荷10 min，密切觀察梁體及設備狀況。如有異常情況，應立即回油、落梁，問題解決后再進行試頂，直至梁體受力及設備運行正常。e．頂升就位后，根據控制系統顯示的頂升重量復核支座型號及各支座承受的壓力。如有異常，則應考慮調整支座型號。f．試頂正常后，應平穩落梁。

6)梁體同步頂升(見圖9)。

圖8 千斤頂布設

圖9 頂升及觀測

a．頂升作業中，以每頂升2 mm為一步，分級頂升，各頂高差嚴格控制在0．5 mm范圍內。采用位移傳感器監測梁體頂升位移情況，實時監測整個千斤頂間位移傳感器升量高差。若高差超過控制值，則必須適時調整后才進入下一個頂升周期，以達到同步頂升的目的。b．在箱梁兩側布設的百分表監測箱梁轉動的情況，也可作為位移傳感器的對比驗證數據，箱梁每頂升一級，百分表讀數一次。觀測人員隨時將監測值反饋至控制室，指導操作人員進行操作。c．頂升作業時，梁每升高5 mm～6 mm，臨時支撐加墊一塊鋼板。d．同步頂升高度盡量降低，為可拆除原支座和安裝新支座所需的空間即可，約為10 mm～15 mm。e．頂升到位后將梁體由千斤頂轉落至臨時支撐上。

再者，支座更換，包括:

1)取出舊支座(見圖10)。先取出舊支座后，認真清除梁底上的不銹鋼板銹跡及污垢，再檢查支座下墊石表面是否平整，能否滿足新支座安裝要求。

2)安裝新支座(見圖11)。將墊石表面的油污及浮漿表面打磨清除干凈后，在原支座位置及新支座表面進行十字定位后安放新支座，以確保支座更換后位置準確。

圖10 拆除舊支座

圖11 安裝新支座

最后，落梁，包括:

1)落梁前在梁體兩側的橋臺或橋墩擋塊與梁體間加塞木板，防止落梁時梁體發生水平位移。

2)開啟同步頂升系統，平穩降落梁體。

3)梁體就位后檢查支座上下鋼板與墊石、梁底之間的密貼情況，應保證支座上下面全部密貼。如出現支座偏心受壓、不均勻支承或脫空等，則應重新頂升梁體，加設抄墊鋼板進行微調至支座上下面全部密貼為止。

4)拆除千斤頂、臨時支承鋼板等頂升設備。

5)取出梁體與擋板間木板，清理施工廢物及垃圾。

4 結語

在我國，同步頂升技術是目前最先進的支座更換技術，其有安全可控、自動化程度高、自動排障、動態調控等特點，具有中斷交通時間短、工期短、造價低等突出的技術優勢，在我國具有廣闊的應用前景。

［1］張大偉．橋梁支座更換設計［J］．北方交通，2012(5):21-22．

［2］吳俊明．同步頂升技術在支座更換工程中的應用［Z］．武漢二航路橋特種工程有限責任公司，2009．

［3］支座更換技術與管理，質量控制，http://wenku．baidu．com/view/9459ac7c31b765ce05081448．html，2013-10-12．

［4］橋梁同步頂升施工工藝，http://www．zhongao-tool．com/jishu201301210．htm，2013-10-12．