橋梁支座維修加固施工技術(shù)探討

張勇

（慶陽遠(yuǎn)通公路工程有限公司，甘肅 慶陽 745000）

1 項(xiàng)目背景

某特大橋主線長(zhǎng)1020m，上部采用34×30m 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制箱梁先簡(jiǎn)直后連續(xù)構(gòu)成，分離式結(jié)構(gòu)，橋面凈寬2×15.5m，支座均勻布置在預(yù)制箱梁兩側(cè)，每片梁2 個(gè)支座，每一跨共5 片預(yù)制箱梁共10 個(gè)板式橡膠支座。由于橋梁在修建時(shí)，部分支座安裝質(zhì)量較差，加上通車多年且交通繁忙，部分橋梁支座出現(xiàn)剪切破壞、局部脫空等病害，對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)安全造成了一定影響。為解決該問題，需對(duì)出現(xiàn)病害的122 個(gè)板式橡膠支座進(jìn)行更換處理。

2 橋梁支座損壞的原因

橋梁支座的損壞，既有支座本身的原因，也有施工方面方面的原因，支座加固維修應(yīng)根據(jù)具體情況制定相應(yīng)的處理方案。具體來說，支座本身的原因包括以下幾個(gè)方面[1]：

①由于支座使用時(shí)間較長(zhǎng)，橡膠老化，達(dá)到預(yù)期壽命，從而導(dǎo)致支座損壞；

②弧形支座的滑動(dòng)、滾動(dòng)面發(fā)生銹蝕，導(dǎo)致其不能按要求進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；

③支座長(zhǎng)期受到車輛及其他荷載導(dǎo)致發(fā)生偏移，局部脫空；

④支座在長(zhǎng)期使用過程中，逐漸發(fā)生扭曲，導(dǎo)致其偏心受力。

另一方面，橋梁在修建時(shí)，選擇的支座種類及空間布置出現(xiàn)錯(cuò)誤、沒有按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行施工、支座安裝位置不準(zhǔn)確、支座墊石的強(qiáng)度不足、支座安裝時(shí)已發(fā)生脫空、扭曲現(xiàn)象等都為后期支座的損壞留下了隱患[2]。（圖1）

圖1 支座脫空與剪切變形

3 支座判定

由于支座的失效具有一定的隨機(jī)性，如果未經(jīng)判定，無法準(zhǔn)確的知道支座失效的形式及位置，只有通過經(jīng)常檢查，才能準(zhǔn)確把控橋梁的整體狀況。當(dāng)橋梁支座發(fā)生病害時(shí)，應(yīng)根據(jù)支座失效的條件對(duì)該座橋梁的支座進(jìn)行整體評(píng)估[3]，具體評(píng)估方法如表1 所示。經(jīng)評(píng)估，該橋支座脫空指數(shù)m 為0.26，剪切破壞指數(shù)n 為0.72，屬于嚴(yán)重破壞，必須對(duì)失效的支座進(jìn)行更換。

表1 支座失效判定條件表

4 支座更換施工技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備

4.1.1 方法選擇與支架搭設(shè)

梁支座在長(zhǎng)期行車荷載、自然環(huán)境等荷載效應(yīng)下，造成橋梁上部結(jié)構(gòu)受力不均，從而導(dǎo)致橋梁支座發(fā)生脫空現(xiàn)象，致使支座工作狀態(tài)異常。發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)平或更換。對(duì)于更換支座，目前的主流方法有枕木滿布式支架法、端部整體頂升法、扁形千斤頂法、鞍型支架法、橋面鋼導(dǎo)梁法等。每種方法適用范圍不同，本文僅以枕木滿布式支架法加固維修板式橡膠支座為例對(duì)橋梁支座加固維修施工進(jìn)行探討。枕木滿布式支架法作業(yè)布置如圖2 所示。

圖2 枕木滿布式支架法頂升施工示意圖

4.1.2 千斤頂選擇與布置

千斤頂按每片梁（板）每端2 臺(tái)對(duì)稱布置。為考慮預(yù)留一定的安全系數(shù)，全部按邊梁考慮。30m 預(yù)制箱梁邊梁重約97 噸，按100 墩計(jì)算，再加上橋面鋪裝等，按邊梁重量的20%考慮，總總量約為120 噸。則每臺(tái)千斤頂受力可按下式計(jì)算：

式中，N總代表千斤頂頂升每片預(yù)制小箱梁的總重量（kN）；λ 代表安全系數(shù)，取1.1。經(jīng)計(jì)算，每臺(tái)千斤頂受力N 約為330kN。從前期調(diào)查中得知，梁底與蓋梁頂?shù)淖钚「卟顬?80 mm，支撐面最窄處寬35cm。參考頂力以及蓋梁與支座相關(guān)尺寸，最終選擇2 臺(tái)DYG200 型千斤頂作為頂升工具，最大頂升高度200mm，高度360mm，最大頂力200kN，千斤頂外徑24.5cm，內(nèi)徑20cm。

4.1.3 蓋梁承壓計(jì)算

蓋梁混凝土標(biāo)號(hào)為C35，[σc]=9.4MPa，則混凝土局部承壓提高系數(shù)可按下式計(jì)算[4]：

式中，A 代表千斤頂?shù)酌娣e，經(jīng)計(jì)算為0.0471m2；Ac代表局部承壓計(jì)算底面積，經(jīng)計(jì)算為0.1625m2，故k 為1.86。局部承受的壓應(yīng)力可按下式進(jìn)行檢驗(yàn)：

故千斤頂與蓋梁組合滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 頂升施工

枕木滿布式支架法頂升施工工藝流程：其施工工藝流程如下：搭設(shè)或安裝作業(yè)平臺(tái)→安裝千斤頂→安裝百分表→千斤頂試頂→梁板頂升→更換或調(diào)平支座→落梁→下一墩頂支座處理。施工工藝流程圖如圖3 所示。

圖3 枕木滿布式支架法頂升工作流程圖

施工步驟如下：

①頂升工作開始前，應(yīng)做好相關(guān)準(zhǔn)備，首先對(duì)橋梁的上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施等情況進(jìn)行檢查，及時(shí)處理相關(guān)部位的缺陷；

②搭設(shè)滿布式支架及作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)平臺(tái)距離梁（板）底的高度適宜，應(yīng)保證作業(yè)人員作業(yè)方便；

③支架搭設(shè)完成后，應(yīng)對(duì)該墩的支座進(jìn)行檢查。為便于更換支座，應(yīng)選擇厚度及形狀適中的鋼板，以確保更換支座后，支座與梁底貼合緊密；

④選擇適當(dāng)區(qū)域作為安裝千斤頂?shù)牡鬃膮^(qū)域，將該區(qū)域打磨平整，其平整度滿足相關(guān)規(guī)范的要求，安裝千斤頂及百分表；

⑤正式頂升前，應(yīng)先進(jìn)行試頂，以檢驗(yàn)各千斤頂之間是否同步、是否穩(wěn)定，梁（板）是否完好。頂升的總高度以該墩所有的支座能輕微松動(dòng)為宜。每次頂升約0.2cm并穩(wěn)定10min，然后用百分表測(cè)量梁（板）的位移量，以各梁（板）的位移差不超過0.1cm 為宜，超過該值時(shí)，應(yīng)停止頂升作業(yè)，并仔細(xì)檢查千斤頂及各連接部位，確認(rèn)無誤后方可繼續(xù)作業(yè)；

⑥試頂結(jié)束后，將該墩處所有的千斤頂全部并聯(lián)，使用同一臺(tái)油泵增加壓力，以確保每一臺(tái)千斤頂頂升力保持一致。頂升過程中，必須嚴(yán)格控制千斤頂油壓以及頂升高程，頂升速度不得超過0.1cm/min。在達(dá)到設(shè)計(jì)頂升總高度后，保持頂升力不變；

⑦達(dá)到設(shè)計(jì)頂升總高度后，拆除舊支座，更換鋼板或?qū)υ袖摪宄P，然后再將鋼板放置在支座墊石上，更換或重新安裝原有支座。落梁時(shí)，應(yīng)確保支座受力均勻；

⑧拆除千斤頂及支架系統(tǒng)，拆除過程中，應(yīng)注意對(duì)稱、均衡拆除，不得直接從支架上方向下拋擲支架構(gòu)件。

4.3 質(zhì)量檢驗(yàn)及驗(yàn)收

加固完成后橋梁支座應(yīng)滿足下述規(guī)定。新安裝的支座質(zhì)量必須滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)進(jìn)行檢查驗(yàn)收。支座橫向、縱向安裝位置應(yīng)準(zhǔn)確，若安裝溫度與設(shè)計(jì)不符時(shí)，應(yīng)通過計(jì)算設(shè)置支座順橋向預(yù)偏量，其值可由下式計(jì)算[5]。支座處理完成后不得有偏斜、受力不均及脫空現(xiàn)象。

式中，α 代表梁（板）混凝土線膨脹系數(shù)（一般取10-5mm/℃）；Δt 代表實(shí)際施工時(shí)的溫度與設(shè)計(jì)溫度的溫差；L 代表梁（板）長(zhǎng)度（mm）。

更換支座后，支座的各項(xiàng)參數(shù)應(yīng)滿足表1 的要求。

表1 支座失效判定條件表

5 結(jié)論

橋梁支座系統(tǒng)雖然僅作為橋梁的附屬設(shè)施，但是其在橋梁工程中發(fā)揮了巨大的作用。如何保證施工安全及橋梁結(jié)構(gòu)安全是橋梁加固維修中極其重要的一環(huán)。在更換支座系統(tǒng)以后，應(yīng)對(duì)橋面鋪裝層進(jìn)行仔細(xì)的檢查，若無裂縫以及其他異常時(shí)，則表明支座更換效果比較理想。在頂升時(shí)，使用采用鋼板來代替副頂，可以減少施工用具，節(jié)省費(fèi)用，節(jié)省工期，且便于施工，也可以很直觀的了解梁（板）之間的高差，然后再對(duì)部分頂升高度不足的梁（板）重新補(bǔ)頂，以達(dá)到所有梁（板）頂升高度一致的目的。