輔助墩更換拉壓支撐座工藝設計研究

朱永波

（江西省交通設計研究院有限責任公司,江西 南昌 330000）

0 引言

斜索橋是大跨度橋梁建設廣泛采用的一種橋梁形式，早期混凝土預應力斜索橋建設，因為設計規范、技術工藝以及工程經驗存在不足，橋梁結構自身存在一定技術不足，交付使用后，在交通量和軸載不斷發展的背景下，橋梁技術狀態面臨考驗，部分橋梁發生工程病害，嚴重影響了橋梁持久性和使用安全性，因此需要有針對性的工程加固技術。在斜拉橋的邊跨配置輔助墩，可以增加橋梁總體剛度。輔助墩頂部設置拉壓支撐座，能夠較好控制和改善結構的應力狀態。可一旦該支撐座狀態失效，橋梁結構就會再度面臨安全風險，因此更換支撐座也是一種常用的橋梁養護技術。案例橋12#輔助墩的拉壓支撐座水平抗剪載承能力不足，已經不符合橋梁結構和運行安全需要，為了避免病害進一步發展，確保該橋梁使用安全，相關部門對該拉壓支撐座實施了更換處理。這里結合工程應用，介紹該更換拉壓支撐座方案以及操作工藝設計，希望對同類工程應用提供技術參考。

1 工程概況

某橋梁橋梁長度1 001 m，其中主橋長度632 m，主橋上部采取雙塔雙索面混凝土預應力斜索結構，全橋跨度組合為混凝土預應力簡支T 梁1×40 m+斜索橋（50 m+108 m+316 m+108 m+50 m）+混凝土預應力連續T 梁。主梁采取掛籃懸臂澆筑，主橋輔助墩的墩頂及交接墩的墩頂均配置拉壓支撐座梁，設計單位未曾對拉壓支撐座進行特殊設計，支撐座成套向廠商訂購。橋梁設計載荷為掛-120，汽超-20 級，于2008 年末建成通車。

原橋梁結構符合規范要求，除了12#輔助墩的拉壓支撐座的螺栓松動、脫落，導致支撐座虛空外，并沒有出現其他結構性問題。病害主要源于材料、結構設計細節、施工、營運養護、外載荷等多個方面。12#輔助墩的拉壓支撐座的水平抗剪載承能力相對不足，已經出現嚴重的病害，為了避免病害進一步惡化，影響結構安全，需要制定特別加固方案，更換拉壓支撐座。

該橋在12#墩處各設置了1 個雙向活動支撐座和單向活動支撐座，采取同心圓承拉結構。當產生拉力時，轉動面時常發生鎖定，造成上下拉桿的受力不均勻，原支撐座技術指標如表1 所示。

表1 原支撐座主要技術指標

2 更換拉壓支撐座方案

拉壓支撐座發生病害，或是因為本身質量不好，或是由于施工質量隱患所致。因此針對輔助墩支撐座出現的問題，可以按照原設計形式，恢復12#墩拉壓支撐座，并適當增強其水平抗剪載承力至1 000 kN，以滿足質量要求。這不僅可以解決設計圖紙變更和缺失施工監控資料帶來的不便，還可以確保新支撐座勝任承載橋梁重量。

該次設計還考慮為新支撐座施加一個初始預壓力，以提高其抗拉安全儲備。為此確定采用抬高橋墩頂部的梁結構，利用其自重向支撐座施加預壓力。在提高主梁方法上，比較了橋面車輛加荷和直接千斤頂推頂兩種方式，以確定哪種方法更適合。考慮結構恒載內部應力影響，最終選擇橋面車輛加荷方。

由于難以完全阻斷橋面交通，拆除舊支撐座后，在車量載荷影響下，主梁會對輔助墩產生拍擊現象，這將導致橋梁發生過大振動，千斤頂或臨時支承失穩，不利于施工安全。為解決這一問題，決定采取壓重方法，只保留超車道，封閉應急車道和行車道，在輔助墩的墩頂以沙袋壓重，確定了壓重重量、高度和面積[1]。

3 更換拉壓支撐座操作方案

更換拉壓支撐座操作的難點在于下述2 點：

（1）L12#輔助墩支撐座的抗拉載承力設計為300 t，垂向抗壓載承力為500 t，頂推重量較大，需要配備更多的頂推設備。此外由于某些載荷組合下支撐座會產生拉力，所以還需要配置臨時抗拉保障措施。

（2）橋梁跨徑較大，受晝夜溫度差影響，主梁縱向形變較大。在作業過程中，需要考慮臨時支承結構的滑動問題。

3.1 操作流程

更換拉壓支撐座的工序：工前準備→定制支撐座→搭建作業平臺→支撐基面臨時選擇整理→千斤頂（含監測設備）配置→試推頂及調節→一次推頂→配置臨時支撐→推頂設備拆除→拆除舊支撐座→鑿除破舊墊石→鑿墩頂錨固孔→安裝調整新支撐座→澆筑墊石→養生→壓重形成二次推頂→灌漿調整總支撐高度→拆除臨時支撐→落梁操作→連接新支撐座及后續處理→檢核驗收。

3.2 更換支撐座操作工藝要點

在改造支撐座時，應同時更換上下游兩側的支撐座，以保證同跨同側的同時推頂。在施工作業時，應查看橋梁原始記錄，以確保千斤頂的推頂噸位高于推頂重量的2 倍。

（1）橫隔板加寬。由于箱梁底板橫向規格的限制，導致支撐座上鋼盆的錨固面積不足，因此在箱梁支撐座處的橫隔板兩側，需要澆注一塊高度5.00 cm，厚度80.00 cm 的混凝土，以增加支撐座鋼盆的錨固面積。同時根據新支撐座頂板圖紙操作對拉錨桿。對拉錨桿必須嚴格遵照設計標準，確保錨桿規格和孔位符合施工圖要求，確保錨桿操作到位，并及時進行混凝土澆筑。同時要嚴格控制混凝土配合比，確保混凝土澆筑質量和效果。

（2）液壓系統配置。墩臺清理合格后，根據施工圖配置液壓系統。

（3）壓重計算與堆載。根據工程計算，確定主梁的恒載壓重在82.50 t，方式為沙袋堆載，注意堆載不超出2.00 m 高度，并進行放坡處理，以確保堆載穩定。

（4）拆卸支撐座螺栓和推頂梁體，拆除舊支撐座。

（5）墩頂部分混凝土鑿除，插入地腳栓套筒，如圖1 所示。根據梁底至墩頂距離以及新支撐座的安裝高度，需要考慮是否須對墩頂混凝土進行鑿除。如果有鑿除的必要，那么鑿除高度需要根據實際情況進行確定。嚴格按照設計進行鑿除操作，操作平臺合理設置防護措施，包括密目網和竹條板的全封閉防護，以防止高空操作事故和掉渣傷人。根據新支撐座地腳栓平面圖，在墩臺的側面設孔，然后安裝新的套筒[2]。

圖1 地腳栓套筒裝配示意（cm）

（6）裝配新支撐座。裝配新支撐座并對其給予臨時鎖定。

（7）對主梁施加活載壓重。如圖2 所示，使用汽車載荷對主梁再次施加壓重載荷，以確保新支撐座高度與調節前保持一致。

圖2 車輛壓立面配置示意（cm）

（8）完成回油落梁并清理墩臺。

3.3 滑動平臺的設計

該次加固需要安置的拉壓支撐座總重量約在4.70 t，且現場操作空間有限，拆除舊支撐座后無法人工取出和再安置。因此在12#墩臺的外側，配置了墩頂滑動平臺，用于取出舊支撐座并安置新支撐座。左右幅配置，共兩套滑動平臺，根據鋼結構公路橋梁設計規范，對滑動平臺規格和載荷進行了如下設計：

（1）規格及用材設計：①為了進行墩臺支撐座整改，在12#墩臺的外側設計了一個墩頂滑動平臺，規格為7.50×2.60 m。②平臺下方的主梁，由2 根HM340×250×9×14 形式的分配梁組成。③錨板規格1 400×450×20 mm，墩側采取M20 化學錨栓計18 根進行錨板固定，錨板與分配梁采取角焊縫連接，焊腳規格8.00 mm，采取E50 焊條，焊縫須達到三級質量。④在分配梁間，每隔50.00 cm 配置1 道橫隔板，隔板采用厚度為10.00 mm的鋼板。吊桿位于橫隔板上方，并進行了加強處理。⑤分配梁上部，配置厚度4.00 mm 的花紋鋼板，滑道設置在花紋鋼板上。滑道由厚度為2.00 mm 的不銹鋼板和厚度4.00 mm 的PTFE 組成。⑥滑動平臺的外側，懸掛2臺2 噸級倒鏈，用于拖動支撐座。⑦滑動平臺設置防護網，采用φ8 鋼筋和5×L50 角鋼組成網骨架，并在網骨架上裝配鋼絲防護網。

（2）主要荷載設計：①恒載：考慮鋼材自身重量，自身重量系數為1.04。②支撐座載荷及施工載荷：支撐座自重為4.70 t，為了保證安全，將施工載荷和支撐座自身重量合并計算，取為10.00 t。基于參考的滑動平臺結構設計以及操作流程，基于5 種可能的不利工況，通過工程有限元分析模型開展分析計算，結果顯示，在最大拉力下，滑動平臺的最大壓應力為89.70 MPa，最大拉應力為45.90 MPa，所選鋼材強度符合設計標準。

3.4 拆除舊座及安裝新座

（1）舊支撐座拆除方案：①先臨時固定支撐座上下座板，接著拆除墊石與下座板的連接螺栓。然后在預設螺栓套筒內塞入棉布，以防止雜物進入，并用棉布覆蓋不銹鋼滑動面，保護其免受雜物和灰塵的損害。②在12#墩的兩個支撐座處，同時頂起10.00 mm，將整個支撐座抬升，使其與預設鋼板脫離。應保證同步頂推時操作，并在頂推過程中隨著高度的增加，在千斤頂上增加半環形鋼墊塊，其徑值為20.00 cm，總重量在15.77 t，這是為了避免作業中千斤頂突然失效可能帶來的操作風險。③為了確保順利拖出，在支撐座預設鋼板的表面，鋪置2道摩擦副，由厚4.00 mm 四氟滑板和厚2.00 mm 不銹鋼板組成，氟滑板和不銹鋼板的規格根據現場情況確定。④用千斤頂推頂支撐座，解除主梁與上座板的連接螺栓，使其落在四氟滑板上。然后通過在滑動平臺外端裝配的倒鏈，將其向外拖至臨時支撐座存放平臺。⑤用吊車將舊支撐座從臨時支撐座存放平臺進行吊出，完成拆除操作。

（2）新支撐座裝配方案。在安裝支撐座時，采用吊運加橫向拖拉復位的方式，將其拖回至設計位置，并按照以下步驟進行操作。

①首先需要核實設計位置的基準線，檢驗無誤后，按設計標高及位置將預設鋼板調平就位。②采取重力敞口注漿方法進行注漿操作，完成注漿后須檢驗灌漿密實度和四角平面度，確保預設鋼板底部注漿密實。安裝后四角的相對高差應≤2.00 mm，檢驗合格后，才可進入下道操作工序。③待注漿料達到設計強度的75.00%以后，將新支撐座用吊車從梁頂吊運至臨時置放平臺。④在預設鋼板表面配置滑動摩擦副，借助墩頂裝配的倒鏈，將支撐座拉回梁底裝配位置。⑤支撐座滑動就位后，使用機械千斤頂或撬杠進行位置微調，對齊主梁連接螺栓孔與支撐座上座板的螺栓孔后，將支撐座與主梁以錨件給予連接。⑥移除滑動摩擦副，選擇溫度合適的時段進行落梁操作，固定橋墩與下座板連接螺栓，解除上下座板臨時固定。⑦查驗鋼梁與上座板的連接栓，保證連接栓無松動，查驗支撐座裝配狀態符合設計標準后，裝配支撐座防塵罩，完成支撐座裝配。⑧移除抄墊梁、墩頂千斤頂等臨時支承，拆卸墩頂其他輔助設施。完成裝配后，需測量支撐座精度，允許誤差應滿足表2 規定[3]。

表2 支撐座裝配允許誤差

4 結語

基于工程養護設計案例，進行了混凝土預應力斜索橋輔助墩更換拉壓支撐座工藝設計研究。

（1）介紹了更換拉壓支撐座工藝設計方案。恢復12#墩拉壓支撐座，并適當增強其水平抗剪載承力至1 000 kN；為新支撐座施加一個初始預壓力，以提高其抗拉安全儲備；考慮結構恒載內部應力影響，最終選擇橋面車輛加荷方式；只保留超車道，封閉應急車道和行車道，在輔助墩的墩頂以沙袋壓重。

（2）介紹了更換拉壓支撐座操作設計方案。包括支撐座操作流程、更換支撐座操作工藝要點、滑動平臺的設計、拆除舊座及安裝新座等；其中更換支撐座操作工藝要點，包括橫隔板加寬、液壓系統配置、壓重計算與堆載、拆卸支撐座螺栓與推頂梁體、拆除舊支撐座、墩頂部分混凝土鑿除與插入地腳栓套筒、裝配新支撐座、主梁活載壓重、落梁及清理墩臺等一系列技術設計要點。

（3）輔助墩頂部設置拉壓支撐座，能夠較好控制和改善結構的應力狀態。案例工程采取上述工藝設計，如期完成了輔助墩更換拉壓支撐座的養護工程任務，梳理這些工藝設計要點，為同類工程應用提供技術借鑒。