高速鐵路簡支梁橋支座轉角超限維修調整

馮 浩

（中國鐵路蘭州局集團有限公司蘭州西工務段，甘肅 蘭州730050）

為確保高速鐵路高平順性和高穩定性，我國高速鐵路橋梁大量采用了常用跨度預應力混凝土簡支箱梁結構。受施工安裝誤差、橋梁上部結構彎曲變形等因素的影響[1]，運營后的橋梁支座出現轉角超限等局部病害，嚴重影響橋梁的安全使用。根據《高速鐵路橋隧建筑物修理規則》[2]（TG/GW114-2011）關于支座劣化等級評定的規定，支座實際轉角超出設計值20%以上評定為A1級，即：構件的結構性能嚴重劣化，進一步發展會危及行車安全，需大修或及時進行更新改造整治。

1 概述

蘭新高鐵某特大橋設計最高時速250km/h,橋梁全長1001m,孔跨布置為7×24m+25×32m預應力混凝土簡支箱支座板四角高差超出安裝允許偏差、轉角超限病害，其中5號墩ZX支座上下支座板水平高差25mm、實測轉角0.031rad，超出設計值55%；23號墩ZX支座上下支座板水平高差31mm、實測轉角0.039rad，超出設計值95%。5號、23號墩上部結構為32m預應力混凝土雙線簡支箱梁，支座采用CKPZ-III-5000客運專線盆式橡膠支座，設計地震動峰值加速度≤0.2g，轉角0.02rad。支座病害情況如圖1所示。

圖1 5號墩ZX支座病害圖

2 整治方案及施工參數分析

2.1 整治方案

因該線路為運營線路，為確保施工過程中橋梁結構的安全，綜合考慮線路運行條件、維修天窗時間及作業空間等因素，采用液壓千斤頂同步頂升箱梁的方法進行超限支座調整施工。

2.2 施工技術參數分析

1)頂升安全性分析。由于橋梁結構為簡支箱梁，兩端受力，梁的頂升只是支點的位置發生了變化，并不改變其結構狀態；每孔梁上的軌道板為6.5m單元板結構，兩個單元板間設置寬100mm的伸縮縫，橋梁欄桿、電纜槽等均在梁端處斷開，頂升過程中僅鋼軌伸縮變形產生較小的附加力，可以忽略不計。因此，對橋墩基礎來說，頂升過程中沒有增加附加荷載，橋梁結構安全。

2)頂升設備選用及布設。根據設計資料可知32m跨度箱梁平均自重約830T、二期橫載512T，每孔梁設支座4個、每端2個，則豎向支座反力約為335T。

頂升設備選用應綜合考慮各種不利因素的影響，原則上取計算頂升重量的1.2倍以上作為選取的依據[3]。根據支座反力以及墩臺的作業空間，選用6臺型號為QFB-200的千斤頂，油缸外徑245mm、內徑200mm，單臺頂力2000kN。在每個支座緊靠支承墊石處布置3臺千斤頂，并在梁端底部采用300×300×20mm的分布鋼板，防止局部應力過大，破壞梁體混凝土。千斤頂布置如圖2所示。則梁端單側頂升能力為200T/臺×6=1200T，頂升安全系數為 1200T÷（335T×2）≈1.8 倍，滿足頂升要求。

圖2 千斤頂布置示意圖(cm)

3)混凝土局部承壓強度檢算。根據設計資料，梁體為C50預應力鋼筋混凝土，橋墩頂帽為C35鋼筋混凝土，為保證結構安全，檢算過程中混凝土強度取值按C35混凝土計算。

每個千斤頂的受力為N=3350kN÷3≈1120kN；既有橋墩頂帽為 C35混凝土[4]，[σc]=9.3MPa。千斤頂油缸外徑為245mm，布設如圖2所示，根據《鐵路橋涵混凝土結構設計規范》[4]（TB10092-2017）計算面積，則有

計算底面半徑為：300+245/2=422.5mm

計算底面積為：A=3.14×0.42252=0.561m2

局部承壓計算底面積：

AC=πr=3.14×（0.245÷2）2=0.0471m2

混凝土局部承壓提高系數：

混凝土局部承壓應力為：

滿足局部承壓強度要求。

(4)頂升高度控制

橋梁設計規范要求，簡支梁相鄰兩支點基礎不均勻沉降不大于10mm；文獻[3]研究表明，簡支箱梁的梁體的最大頂升量是由混凝土軌道結構的拉應力控制的。根據實際作業需要，設定最大頂升量為6mm。

3 施工流程及關鍵工序

主要施工工藝流程為：施工準備→搭設施工平臺→安裝調試千斤頂→松開無砟軌道扣件、支座錨固螺栓→預頂升→頂梁→安裝臨時支撐→拆除傾支座→鑿除墊石自流平砂漿、調整地腳螺栓→重新安裝調平支座→拆除臨時支撐、落梁→安裝模板、支座灌漿→恢復無砟軌道扣件→拆除頂升設備→軌道精調。

3.1 施工準備

1)施工前詳細測量支座各項參數及超限數據，確保預制的異型板技術參數滿足現場實際需要。

2)施工前一日提前清理墩頂及支座墊石表面雜物，封鎖前1h對支座上下板臨時連接，并將頂升設備安裝調試到位，節省天窗作業時間。

3)在每孔梁靠近頂升端底部設置橫向和縱向位移觀測點各2個，監控梁體縱橫向位移。

3.2 梁體頂升

1)解除約束，頂升前以調整支座處的梁端縫為中心，松開前后各20m范圍內的線路扣件，并撤出軌下6mm橡膠墊板；采用專用管鉗將超限支座上下座板錨固螺栓全部拆除。

2)試頂升，頂升之前必須進行試頂升，檢查千斤頂、油管是否有漏油，梁體、墩臺是否有壓裂等異常情況。

3)梁體頂升采用計算機控制多點同步液壓頂升系統，確保控制多點同步頂升，各千斤頂同步位移差≤±0.5mm，并準確控制梁體頂升高度[5]。頂升過程應采用分級頂升，每一級行程的最大位移控制在2mm以內，發現異常情況立即停止頂升并分析原因，排除問題后方可繼續頂升。

4)在頂升達到設定高度6mm后，停止加載，進行千斤頂保壓，及時增設臨時支撐墊實梁體，并采集液壓表各項數據。

5)頂升過程中設置專人對梁體的橫向、縱向位移進行監測，一旦超出限定值，立及通知負責人停止頂升。

3.3 支座調整

1)拆除支座。臨時支撐安裝穩定后，根據既有支座位置在墊石上標出支座十字交又中心線，用電鎬鑿除支座四周的灌漿層，將支座沿預設軌道移出梁底，并及時清理支座位置及周圍雜物。

2)鑿除灌漿層。支座移出后，沿支座底面以下12mm劃線刻槽，確保鋼筋保護層，然后用電鎬快速鑿除混凝土墊石表面的灌漿層。

3)割除預埋套筒。根據實測數據，用切割機將下底座板地腳螺栓預埋套筒打磨平整，并清洗混凝土表面。

4)支座調整。對支座上底板傾斜的調整，采用預制的異型上支座板更換原有支座板進行調整，預制異型上支座板需提前對問題支座進行準確測量并提供數據。在專業技術人員的指導下，將預制的異型上支座板與下支座板進行組裝調平，使得支座球體完全吻合。同時根據安裝時的溫度設置好偏移量[6]，用鋼筋將上下支座板臨時焊接固定，再將組裝好的支座移至原設計位置，安裝錨固螺栓。

對支座下底板傾斜的調整，首先鑿除灌漿層，待支座移出后快速鑿除墊石表面的灌漿層，采用切割機將下底座板地腳螺栓預埋套筒打磨平整，同時在支座板底部加墊不同厚度規格的鋼板進行調平，安裝新的地腳螺栓，確保支座平整度控制在1mm之內。

3.4 落梁

1)落梁時，先頂升梁體1mm左右，拆除臨時支撐，開始緩慢落梁（速度控制在1mm/min左右），落梁過程要保持梁體整體平穩，直到梁體落實為止。可在防落梁與墊石間加塞硬木，防止梁體發生橫向位移。

2)梁體就位后，對支座上鋼板與梁底的密貼情況、支座下鋼板與墊石的密貼情況進行檢查，確保支座與梁底、墊石密貼。

3)落梁過程中專人對梁體的橫向、縱向位移進行監測記錄，一旦超出限定值，立刻通知負責人停止落梁作業。若梁體產生橫向位移，可采用10T千斤頂利用防落梁進行糾偏。

3.5 支座灌漿

落梁到位后，安裝支座灌漿層模板，進行支座灌漿。灌漿采用重力式灌漿法，材料嚴格按照配合比進行拌制，并留好試塊，強度達到20MPa以上時，方可回油退頂。

3.6 拆除頂升設備、恢復線路

拆除頂升系統，清理施工作業現場。及時恢復無砟軌道軌道扣件，并組織對調整支座前后200m范圍內線路進行檢查，對超限處所及時組織進行精調，確保軌道幾何尺寸符合列車放行標準。支座調整施工全部結束后，對線路進行測量精調，逐級恢復線路允許速度。

4 結束語

該橋梁支座病害經過維修整治后，經過近半年的運營實踐，無砟軌道底座板、軌道板沒有出現離縫，軌道恢復后幾何尺寸狀態良好，線路條件安全可控，達到了預期的效果。從實踐效果表明，采取大噸位千斤頂多點同步頂升方法進行支座的維修調整，能有效解決高速鐵路簡支梁橋支座轉角超限病害，同時為運營高速鐵路無砟軌道橋梁支座維修整治積累更多的經驗。