拉壓支座更換關鍵技術研究

韋積分，毛振方

（1.招商局公路網絡科技控股股份有限公司桂林公司，廣西 桂林 541200；2.招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400000）

在設有輔助墩拉壓力支座的斜拉橋中，拉壓支座起到了改善結構受力狀態的關鍵性作用，一旦輔助墩拉壓力支座失效，橋梁結構的邊界條件發生改變，將導致斜拉索的索力重分配，使得結構的實際受力狀況與設計意圖嚴重不符，影響橋梁的正常使用。鑒于此，文章以某斜拉橋作為工程背景，結合該橋實測的數據及施工方案，對其在運營期間拉壓支座拉力螺桿失效原因進行分析，并創新性地采用車載加重的方式抬升梁體，更換拉壓支座，以供借鑒。

1 支座更換方法

一般采取千斤頂直接頂升梁體更換拉壓支座。支架、工作平臺和千斤頂安裝完畢，待臨時承重基礎滿足要求后，即開始試頂，消除支撐本身的非彈性變形或沉降；試頂完畢后，正式頂升梁體，使梁體抬高去除原有支座，清理好支座墊塊，支座下方用高標號環氧樹脂砂漿找平，精確計算高度，利用鋼板進行調節；調節完畢后重新安裝檢驗合格的新支座，然后撤出臨時支撐，主梁回落之后，將支座鎖定。

2 實際工程的應用

2.1 工程概況

某橋位于重慶境內的高速公路上，全長1001m，其中主橋長632m。主橋上部結構為雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，全橋跨徑組合為2×（4×40）m（預應力混凝土連續T 梁）+（50+108+316+108+50）m（斜拉橋）+1×40m（預應力混凝土簡支T 梁）。主橋上部結構為塔梁分離的漂浮體系結構，單邊采用4×25+2=102根索扇形布置。主梁采用預應力混凝土分離式倒梯形斷面。索塔采用“H”形索塔、空心薄壁箱型截面。上塔柱高45.671m，中塔柱高43.379m，下塔柱高25.15m。索塔底部主墩墩身采用單箱4 室空心薄壁截面，交接墩和輔助墩均采用順橋向長5.00m、橫橋向寬為3.00m 的雙柱式空心薄壁墩；樁基礎采用2 排共8 根樁徑2.00m的挖孔灌注樁。主橋輔助墩墩頂和交接墩頂上均設置拉壓支座。該橋設計荷載為汽車-超20 級，掛車-120，于2008 年12 月建成通車。

2.2 拉壓支座病害

該橋經過多年的運營，由于重載交通量不斷增加，在2019 年全橋的定期檢查中，發現輔助墩拉壓支座上鋼板部分螺栓剪斷，部分松動，支座抗拉功能嚴重下降，現場可見拍擊現象，如圖1 ～3 所示。

圖1 拉壓支座病害

圖2 主梁拍擊

圖3 輔助墩頂拉壓支座錨栓錨固情況檢查示意圖

2.3 拉壓支座失效原因分析

經分析，筆者認為支座被破壞的原因可能為以下幾個方面：（1）由于拉壓支座產品自身質量較差，或構造存在缺陷，造成錨桿應力較大從而造成支座破壞。（2）施工支座上、下鋼盆預埋件時位置存在偏差，在安裝支座時將上、下鋼盆強行合攏，導致支座錨栓存在較大的初始應力。（3）大橋施工期間或施工完成后，橋梁線形和索力未達到設計預期的目標狀態，造成輔助墩處的支座拉力或水平剪力超出原設計值，最終導致拉壓支座破壞。（4）大橋在運營期間，如果輔助墩發生沉降或者偏位，則有可能引起支座拉力或水平剪力大于設計值，造成拉壓支座破壞。

2.4 傳統更換拉壓支座方法

在傳統斜拉橋輔助墩拉壓支座更換中，一般采取千斤頂直接頂升梁體，使梁體抬高將舊支座取出更換新支座，然后撤出臨時支撐，主梁回落之后，將支座鎖定，更換后的支座依舊是受拉力和壓力的作用。傳統頂升采用千斤頂直接頂升梁體，機具設備少，成本低廉；工序簡單，施工快速，中斷交通時間很短；對橋下場所無要求，適用于多種橋梁類型。但對輔助墩墩頂主梁施加強制位移后，會使得主梁在恒載作用下的彎矩圖發生永久變化，主梁內力與未更換支座時相比有所增加，因為此工況在正常運營期間不會發生，對主梁的內力狀態造成較大改變。

2.5 創新性更換拉壓支座方法

（1）車輛加載頂升方案。車載加重方案是創新性地利用荷載試驗的理念，采用在跨中對稱布置加載車加載的方式，使輔助墩墩頂處的主梁抬高，通過改變加載車的數量和位置，進行分級加載，可以實現墩頂處主梁抬高至合適的高度，從而達到抬升梁體的作用，以滿足支座更換施工空間的需求。車輛的布載方案與荷載試驗采用的布載方案類似，根據輔助墩處主梁位移影響線，在跨中采用三級加載方式，加載車輛軸距及軸重可根據實際情況進行一定調整，但軸距相差不應超過20cm，軸重偏差不應大于5%。車輛一級加載4 輛330kN 重車，按橋面縱向線對稱布置于跨中，輔助墩支座處主梁抬高3.78cm；車輛二級加載2 輛330kN 重車，輔助墩支座處主梁進一步上抬2.97cm，總升高量6.75cm；車輛三級加載2 輛330kN 重車，輔助墩支座處主梁進一步上抬2.54cm，總升高量9.29cm。共加載8 輛330kN 重車，梁體升高后，更換拉壓支座。

（2）車輛加載頂升優越性。采用千斤頂直接頂升梁體，造成主梁在恒載作用下的彎矩圖發生永久變化，為減小更換支座對主梁內力的影響，提出在跨中布置加載車加載的方式，使輔助墩墩頂處的主梁抬高，進而更換拉壓支座。車輛加載方案是橋梁實際運行期間可能出現的荷載工況，故此方案可能對主梁內力狀態影響較小，具體對比如表1 所示。

表1 加載方式對比表

由以上結果可以看出，采用車輛加載模式，在加載過程中，主梁最大彎矩為89680.5kN·m，較更換支座前恒載彎矩增加18.9%；車輛撤下后，主梁在恒載作用下最大彎矩為89962kN·m,相對于未更換支座前增大19.3%。而采用直接頂升的方式，加載過程中，主梁最大彎矩達到95278.0kN·m，較更換支座前恒載彎矩增加26.4%；更換支座后，主梁在恒載作用下最大彎矩為91361kN·m,相對增大21.7%。由此可看出，采用車輛加載的方式對于主梁內力的影響相對較小。

2.6 車輛加載方案重難點

（1）輔助墩支座豎向設計抗壓承載力500t，抗拉承載力300t，頂升重量大，起頂設備需求量多。由于在某種荷載組合下支座會出現拉力，因此還需要設置臨時抗拉措施。（2）橋梁跨徑大，受晝夜溫差影響，主梁的縱向變形大，施工過程中需考慮臨時支撐結構的滑移。

3 結束語

文章根據荷載試驗影響線加載的思想，創新性的提出了采用車輛在跨中加載的方式抬高梁體，并計算對比了直接頂升施加強制位移和通過加載車使梁體上翹兩種方式在更換支座后的恒載內力情況。結果表明，采用車輛加載的方式，對于主梁內力的影響，無論是在加載期間或是卸載后均較直接頂升主梁的方式小，故采用車輛加載的方法更換拉壓支座。