无盖梁柱式墩支座更换施工反力平台设计

吕 船

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

随着桥梁设计水平和施工水平的不断提高，桥梁的形式也随之丰富起来。在公路桥梁中，现浇整体箱梁桥的桥墩经常采用无盖梁柱式墩这一形式。此类型的桥墩因缺少盖梁，在后期养护工作中给支座病害的处理，特别是支座更换时梁体的顶升带来了一定的难度。梁体顶升施工时，需对安放顶升千斤顶的反力平台进行专门设计。

本文对笔者工作中遇到的此类型桥梁支座更换施工中反力平台的设计进行详细的叙述，以供同行参考。

1 桥梁概况

所述桥梁为某高速公路匝道桥梁，上部结构采用12 m×22 m钢筋混凝土现浇箱梁，下部结构采用柱式墩、柱式台、肋板台，桩基础。该桥桥墩采用的支座型号为GPZ（Ⅱ）3.5DX和GPZ（Ⅱ）3.5SX。

在运营过程中发现，该桥部分桥墩支座出现了转角超限、位移超限以及偏位的病害，需要及时对相应的支座病害进行处治，并对无法正常使用的支座进行更换处理。

2 顶升系统设计

本次需进行处治的支座均位于无盖梁的柱式墩上，桥梁墩柱形式见图1。

因桥墩形式较为特殊，支座更换施工中的梁体顶升需进行专门设计。设计内容包括千斤顶的数量、布置形式以及顶升反力平台设置。

2.1 千斤顶数量计算

在梁体顶升过程中，千斤顶需顶起的重量主要为主梁、防撞墙、桥面铺装和车辆荷载。参考原桥的设计图纸，并按照公路—Ⅰ级布置单车道荷载，最终确定的顶升力为3 705 kN。具体构成情况见表1。

图1 桥墩墩柱形式

表1 顶升力计算表

本次施工采用最大顶升重量为80 t的专用超薄千斤顶。在保证桥梁结构不受到损伤的情况下，为获得更高的顶升高度，本次采用整联主梁同步顶升的施工方案。顶升时的辅助墩（不进行支座处治的桥墩）按照8个千斤顶考虑，每个千斤顶的顶升重量为46.3 t；病害支座处治墩需考虑支座取出的通道，只能布置6个千斤顶，每个千斤顶的顶升重量为61.75 t。

2.2 反力平台的选择

因该桥桥墩的特殊性，顶升用千斤顶安放位置受到了较大的限制。因此梁体顶升的反力平台成为本工程的难点。通过对现场情况的考察并查阅相关资料，确定了3种反力平台的设置方式：

a）方案1 在墩身周围搭设满堂碗扣支架作为反力平台，千斤顶布置于支架顶部。

b）方案2 在墩柱上设置钢抱箍，利用钢抱箍形成反力平台，千斤顶布置于钢抱箍顶部。

c）方案3 对既有墩顶进行相应的验算和加固处理作为反力平台，千斤顶布置于原墩柱顶部。

方案比选：

方案1的反力平台空间较大，可以更为合理地布置顶升千斤顶，但需要对支架基础进行处理，搭设碗扣架的工期和费用也较高。方案2采用的钢抱箍一般用于桥墩盖梁的浇筑施工，一般单个钢抱箍的承载力在700 kN左右，而本工程1 700 kN左右的承载力对钢抱箍的要求更高，钢抱箍尺寸偏大，加工、安装和拆除的工期和成本较高。而且采用钢抱箍作为反力平台，可能会出现个别墩柱抱箍滑移后导致另一侧千斤顶受力增大，甚至可能引发的主梁倾斜。方案3的平台空间受到较大的限制，但本工程桥墩顶部垫石外侧空间基本可以满足要求。因为需采用大吨位千斤顶，考虑到墩顶局部混凝土承压较大，需进行相应的分析计算和局部加固处理。而方案3的工期和成本较前两个方案均有所节省。

因此，本次将方案3，即对既有墩顶进行相应的验算和加固处理作为梁体顶升的反力平台，确定推荐方案。

2.3 千斤顶的布置

本次采用的超薄千斤顶底面为直径13 cm的圆形截面，可布置于墩柱顶部支座垫石的外侧。考虑到垫石尺寸误差和千斤顶安放误差等因素，千斤顶布置设计时按照15 cm直径的圆形区域考虑。因墩顶支座更换时需同时起顶同联内其他桥墩，桥墩顶部千斤顶的布置可分为辅助墩和支座病害处治墩两种情况。此次需进行顶升后病害处治的支座均为双向支座，支座抽取通道没有限制。如果更换单向支座时，支座的抽取通道则只能顺桥向设置。

图2 辅助墩千斤顶布置图

图3 支座病害处理桥墩千斤顶布置图

3 墩顶局部混凝土应力计算及加固计算

本次计算采用midas FEA有限元软件进行梁体顶升时墩柱混凝土局部应力的分析。混凝土的弹性模量取3.0×104N/mm2，泊松比取0.167。模型选取2 m高墩柱进行考虑，墩柱底部按照固结考虑。计算中仅考虑箍筋的约束作用，不考虑主筋的抗压贡献。墩柱螺旋箍筋为间距10 cm，直径10 mm的R235钢筋。加固方案为对墩顶受影响较大的范围围箍20 mm厚钢管的方案，该措施可对加固墩柱提供加大的环向约束。另外，原桥墩顶设置的钢筋网片的应力分散作用作为安全系数未在计算中考虑。

计算按照最不利的支座病害处治桥墩千斤顶布置情况进行模拟，千斤顶压力取650 kN，形成的局部混凝土压强为49 MPa。

3.1 工况1 考虑箍筋约束作用

图4 工况1

根据分析可知，局部混凝土单元的主拉应力达到了4.26 MPa，超出了1.39 MPa的C30混凝土抗拉强度设计值。超出C30混凝土抗拉强度设计值的单元分布在相邻千斤顶之间的区域，高度为0.4 m。

3.2 工况2 考虑20 mm厚钢管围箍的约束作用

图5 工况2

在考虑围箍钢管补强后，所有混凝土单元的主拉应力均未超过C30混凝土抗拉强度设计值（模型底部单元混凝土主拉应力偏大与输入的边界条件有关，对本次分析无意义，可忽略）。

通过计算分析可知，补强后的桥墩在顶升千斤顶的作用下局部混凝土不会出现破坏。

4 具体实施方案

4.1 补强钢管安装

在墩顶围箍高度为0.5 m、厚度20 mm的Q235钢管进行补强。

围箍钢管内径直径略大于墩柱直径，按平均0.6 mm的空隙考虑。围箍钢管采用两个半圆，在现场拼装后焊接成整体。固定封底后由下至上灌注高强灌注胶填充密实。施工时，必须保证胶体填充的密实程度以确保可向墩柱提供足够的环向约束力。检查胶体是否填充密实可采用敲击钢管的方法。

4.2 千斤顶上下承压面的处理

因墩顶安放千斤顶的位置混凝土表面一般较为粗糙，且平整度较差。为确保千斤顶底部的均匀受力，应对相应位置的混凝土面进行打磨处理，不平整的地方可采用环氧树脂混凝土或环氧树脂砂浆进行修补。

而千斤顶顶面位置靠近支座位置受到梁底坡垫的影响，承压面不平整，也应采用加垫钢板并填充混凝土树脂砂浆的方式进行找平。

除了对千斤顶上下承压面进行处理以外，在梁体顶升时还需在千斤顶的上下面加垫尽可能大的厚钢板以分散应力。

5 结语

目前，该桥的支座更换施工已经完成。采用补强后的墩柱作为梁体顶升的反力平台大大节约了施工时间、降低了施工成本，取得很好的效果。

但在此想对新建桥梁的设计者提出建议，希望在今后的桥梁设计中多考虑后期养护维修作业的因素，让后期桥梁的养护维修施工更为方便、快捷。