浅议桥梁顶升支撑垫块

李明亮

（上海同盛内河航道建设发展有限公司，上海200092）

0 引言

桥梁顶升技术作为一种新型的桥梁改造技术，以其施工周期短，经济效果好，对环境影响小等优点，越来越多地应用于国内外桥梁改造工程中。而桥梁顶升支撑垫块，作为桥梁顶升工程中保证桥梁支撑安全性极其重要的组成部分，对其进行分析和研究是非常有价值的。

1 常用的桥梁顶升支撑垫块

1.1 木楔垫块

其优点是易于制作，压缩性好，垫块间易吻合，重量轻，便于搬运和安装，一次性投入费用较钢垫块低。

其缺点是强度低，使用后再利用率低，浪费森林资源，垫块间的连接不便，需加设钢外框。由于强性模量较低，如全部采用木垫块，则较大的弹性变形浪费了顶升的有效行程，影响顶升进度。

可利用木垫块的优点制作少量的调节垫块（见图 1）。

图1 木楔垫块实景

1.2 预制钢筋混凝土垫块

预制钢筋混凝土垫块在预制厂加工生产，垫块内设置钢筋网片，垫块外设置螺栓孔进行连接（见图 2）。

图2 预制钢筋混凝土垫块实景

预制钢筋混凝土垫块的优点是制作成本较低，强度较高,不易变形，制作速度较快，可根据现场条件确定垫块的形状。

缺点是垫块的制作精度不易控制，重量较重，制作时需采取措施消除或降低其不利影响。

1.3 钢管混凝土垫块

钢管混凝土是在经加工的钢管内部浇注混凝土，然后在钢管外焊接连接肋板，以便上、下垫块进行连接，增强整体稳定性。

其优点是，加工较方便，抗压强度高，不易变形，制作速度快，加工精度较高。

其缺点是，重量重，混凝土找平的精度不易控制，加工造价相对高，再利用不方便。

1.4 精加工钢管垫块（工具式垫块）

精加工钢管垫块采用精加工Φ600×12 mm钢管，钢管上下两端焊接厚为12 mm的法兰，侧面焊有连接用构件。为适应千斤顶的顶升行程，钢垫块的高度分别为 100 mm、200 mm、500 mm和1000 mm，钢垫块间通过法兰连接（见图3）。

图3 精加工钢管垫块实景

其优点是，加工较方便，制作速度快，加工精度较高。

此垫块的缺点是：承载力相对较低，平面密排布置要求施工空间较大。

2 横潦泾大桥顶升采用的支撑垫块

2.1 钢箱混凝土组合垫块

横潦泾大桥主桥为三跨预应力混凝土连续箱梁结构，最大跨度126 m，主桥单幅上部结构总重104 080 kN。由于上部荷载重，所需顶升力大，同时横潦泾大桥结构的自身特点是在主墩顶升位置处的平面空间较小，采用传统的液压千斤顶加工具式法兰钢垫块很难实现。经过综合比选，该工程采用了整块钢箱混凝土组合式垫块，为了保证该钢箱混凝土组合式垫块强度、耐久性和施工方便性，确保工程安全，需对其通过深入研究，得出这种组合式垫块的相关技术参数。

2.1.1 钢箱混凝土垫块初选

钢箱混凝土垫块初步选用外形为长方体的钢箱，平面尺寸为 1.85 m×1.85 m，垫块高度为100 mm，以适应千斤顶行程的需要。考虑到平整度要求，在内部设置加劲肋将钢箱分隔成小格箱，格箱内放置钢筋网片，并浇注混凝土。

2.1.2 MIDAS软件模拟吊点起吊

通过MIDAS结构分析软件对该垫块进行多吊点起吊模拟，模拟后发现，高度为100 mm的钢箱垫块起吊后，垫块变形较大，与实际起吊观察情况相符（见图4）。

图4 MIDAS模拟吊点起吊位移云图

考虑上面因素，将钢箱垫块下盖板及周边封板的钢板厚度增加至12 m，中间肋板改为10 mm厚，并将垫块标准高度增加至200 mm，混凝土采用C50普通混凝土。

2.1.3 对修正后的钢箱混凝土垫块承载力进行有限元模拟

采用有限元分析软件ansys对垫块加载工况进行模拟，其中钢筋混凝土部分采用solid65单元，用整体式模型建模，将钢筋连续均匀分布于整个单元中，钢板部分采用solid45单元，两种单元都为八节点单元，可以较好地结合。单元划分如图5所示。

图5 钢箱混凝土垫块单元划分图（对称取1/4）

在垫块左部分上部施加均匀荷载，当加载到600 t（混凝土应力约60 MPa）时开始出现微裂缝。此时混凝土开裂如图6所示。

图7 ansys模拟混凝土开裂图（600t时）

观察混凝土开裂图可知，主桥主墩加载到600 t时，出现较少量微裂缝，加载到700 t出现少量压碎，因此可以取600 t作为安全加载荷载。

2.1.4 现场模拟加载试验

2.1.4.1 试验机具

（1）2000 t压机；

（2）1 850 mm×1 850 mm×200 mm钢箱混凝土垫块一块；

（3）500 mm×160 mm×20 mm钢板一块。

2.1.4.2 试验步骤

（1）垫块安放在压机上，在垫块上放置500 mm×160 mm×20 mm钢板；

（2）启动2 000 t的压机,按2 000 kN荷载加载到垫块上的钢板处；

（3）持续加载10 min；

（4）卸载，压机收缸；

（5）观察钢箱垫块混凝土表面及四周钢板焊缝裂缝及变形情况。

2.1.4.3 试验结果

（1）加载到 5 250 kN（约 65.5 MPa）时，开始出现微裂缝；

（2）加载到 9 000 kN（约 112.5 MPa）时，开始出现失稳变形，压力迅速降至8 000kN。

由以上可知现场进行的模拟加载试验与有限元模拟结果相符。

因此最终确定垫块的最终加工结构形式为：200 mm高，平面尺寸为1.85 m×1.85 m的钢箱混凝土垫块，钢箱下部设置12 mm厚钢垫板，四周为12 mm厚封板，中间设置10 mm厚肋板形成方格网，箱内浇注C50普通混凝土。

2.2 随动抄垫体系（见图7）。

图7 随动体系实景

横潦泾大桥引桥为简支板梁，两侧各11孔，跨径为22 m，每侧长度11×22=242（m）。由于引桥跨数多，跨度较大，为了保证顶升安全性，对引桥顶升采用了一种全新的桥梁顶升支撑垫块体系——随动支撑垫块体系。

该支撑垫块体系由工具式垫块和随动支撑体系构成。随动支撑体系是由随动千斤顶、平衡油缸、油管等组成，几个随动千斤顶下格放置一个平衡油缸，通过油管联通，以保证每个随动顶受力均匀。

随动支撑垫块体系的工作原理：顶升时顶升千斤顶按指令位移顶升上部结构，随动千斤顶自动跟进，等顶升千斤顶达到指令位移后，顶升千斤顶停止顶升，随动千斤顶也停止跟进；顶升千斤顶收缸，此时随动千斤顶受力；顶升千斤顶下放置工具式钢箱垫块，顶升千斤顶伸缸顶紧，随动千斤顶收缩回归原位，在随动千斤顶下放置工具式钢箱垫块，然后顶升千斤顶设定压力，顶紧上部结构。重复以上步骤，直到把桥梁顶升到位。

采用随动支撑体系目的是为克服现有技术中存在的不足，提供一种在主动顶升千斤顶油缸的油压在意外情况下突然卸压时仍能有效支撑上部结构、避免上部桥梁滑落的机械式随动支撑机构。经过现场工程实践，证明桥梁顶升随动支撑垫块体系效果良好。

3 结语

桥梁顶升支撑垫块本身的承载力、稳定性直接影响桥梁顶升工程的安全，一旦垫块出现问题，后果不堪设想，因此对垫块本身的研究显得格外重要。本文通过对横潦泾大桥主桥顶升垫块的研究，以及采用一种新型的桥梁顶升垫块体系，极大地提高了桥梁顶升工程的安全性，为以后的桥梁顶升工程起到一定的借鉴作用。

[1]赵阳，项贻强.湖州岂风桥整体顶升施工及监测[J].公路，2008，（10）.

[2]蓝戊己，顾远生，束学智，彭勇平.大型桥梁整体顶升平移关键技术[J].建筑结构，2010，（6）.

[3]尹天军.高速公路上跨桥整体顶升技术[J].世界桥梁，2009，(1).

[4]桂学.桥梁顶升技术研究[D].西安:长安大学，2005.