同步顶升技术在桥梁支座更换中的应用

赵 威

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西晋中 030600)

在桥梁运行中，由于支座质量、施工及使用不当、地震等原因的影响下，桥梁支座出现了损坏、异常移位等问题。以无锡市为例，2011年和2012年，无锡市市政和园林局对所辖桥梁的34 540个支座进行一次全面检查。检查盆式橡胶支座3 723个，发现剪切变形2个，支座局部脱空11个，支座错放5个;板式橡胶支座30 817个，发现剪切变形327个，支座脱空或局部脱空573个，支座缺失3个。桥梁支座病害对桥梁的安全运行有着重要影响。

支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构部件，是承受作用在上部结构的各种力，并将其传递给墩台，同时，在荷载、温度、混凝土收缩和徐变作用下，适应上部结构的转角和位移。支座作为桥梁最重要的传力装置，其正常运行直接决定着桥梁上下部结构的使用寿命，对桥梁结构及行车安全有着重要影响。

桥梁是交通枢纽的重要组成部分，为保证桥梁的行车安全和交通通畅，如何在不阻断交通且不能破坏桥梁结构的情况下进行支座更换成为了我国公路建设者必须解决的问题。与传统的支座更换方法相比，同步顶升技术具有无可比拟的技术优势。

1 桥梁支座主要病害及影响

桥梁支座病害的原因主要包括:支座质量、设计施工及其他(如地震、超载等)原因。其主要病害有:

1)支座脱空(见图1)，原因:支座垫石和梁底钢板不水平。

图1 支座脱空

2)支座异常变形(见图2)，原因:大多因为落梁时不够平稳，支座存在较大的初始剪切变形。

图2 支座异常变形

3)支座不能正常滑动(见图3)，原因:墩顶落有大量的混凝土垃圾，不锈钢板锈蚀，摩阻力变大。

4)支座开裂(见图4)，原因:有施工因素、支座质量问题、超载车辆的影响、支座垫石的影响以及其他因素。

图3 支座不能正常滑动

图4 支座竖向开裂

桥梁在长期的使用过程中，由于环境影响、大交通量、超载、结构本身等的缺陷，以及维护不当或不及时等多种因素的影响下，桥梁构件会产生一定的损伤和病害。支座是桥梁的核心构件之一，支座的减震、滑移等作用衰减，严重的甚至影响桥梁的使用寿命。为防止支座病害影响到桥梁主体结构的受力，必须及时处理和更换。

2 同步顶升系统的原理

在桥梁结构中，各主梁的横向联系将上部承重结构连成了整体，要想不破坏桥面及横向联系就实现梁顶起，就必须进行整体同步顶升，梁体才能不会出现扭转、结构开裂等，从而保证桥梁结构的安全。同时，不中断或尽量缩短中断交通时间则对支座更换提出了更高的要求。

同步顶升系统由电动机、高压液压泵、油箱及操作控制系统、千斤顶和油管、分流器等组成(见图5)。

图5 十六点同步顶升系统

同步顶升的技术原理(见图6，图7):泵站的流量通过分流器提供给执行油缸，位移控制系统根据不同测点回馈的信号，控制执行油缸的带载顶升，从而实现整个梁体的同步顶升。

3 同步顶升技术的施工工艺

随着我国基础设施的快速发展，同步顶升技术在新建桥梁施工和旧桥梁维修改造中得到了广泛应用。其的基本原理是使用千斤顶将梁顶起，安放在临时支座上，等新支座安装复位后，再使梁彻底复位。可以看出，同步顶升作业是一项复杂的系统工程。

3．1 同步顶升技术要点

图6 同步顶升的技术原理

图7 沃纳液压动力武汉有限公司研制的PLC同步顶升系统

1)在支座更换方案设计中，必须通过严格计算，明确更换支座的批次，顶升和回落梁的次位移量及工序。

2)更换支座时，要保证新支座的承载力不低于原支座的承载力。如采用的是与旧支座规格不同的新支座，则必须测量原支座和新支座的高度差，调整施工确保梁体、桥面高程符合加固设计要求。

3)顶升及回落的安全性是施工中最重要的要求，包括梁体的整体安全及施工作业中的安全。

4)临时支架必须满足强度、刚度及稳定性要求，并选择适宜有利的气温条件下施工。

3．2 施工工艺

首先，施工准备，包括搭设支架、施工平台等。主要包括:

1)支座更换时，一般利用桥台作为施工平台，对空间不够的部位采用支架措施，以确保施工的安全实施;对于桥墩支座的更换，采用特制钢挂架固定于墩身或盖梁上作为施工平台。还要进行支座检查、主梁调查并加固等。

2)对要更换的支座部位进行确认和检查，现场记录支座位置、编号、病害情况，并拍照记录，妥善保存检查记录。

3)测量梁底标高，并对设计图纸提供的梁底标高进行核对，详细记录并妥善保存。

再者，顶升作业阶段，包括:

1)台帽、盖梁面清理。

a．清理台帽或盖梁顶面的杂物，必要时可采用钢丝刷等对混凝土垃圾进行清理，以保证支座更换时的作业面干净整洁。b．清理伸缩缝内沉积的垃圾和杂物，以防止顶升时梁体间互相挤压。

2)支座调查与复检。

a．复核原支座与新支座型号、承载力等指标是否一致，并根据设计的承载力确定顶升重量及千斤顶的型号和数量。b．确定支座垫石顶面标高的调整高度。对于新更换支座与原支座不一致，应根据新支座的型号、高度确定垫石改造后的顶面标高，以保证支座更换后桥面标高符合设计要求。

3)千斤顶、百分表安放与设置(见图8)。

a．千斤顶数量应与每个桥台下的支座数量相同。b．布设百分表。为精确测量顶升高度并在梁体顶升过程中控制梁体姿态，需在梁台两侧布设百分表，顶升过程中应有专人负责记录百分表读数。

4)顶升系统调试，保证施工机械等正常运行，作业顺畅。

5)试顶。

a．试顶前的检查，包括:千斤顶安装是否垂直牢固;影响顶升的设施是否已全部拆除;顶升部分结构与其他结构的连接是否已全部去除等。b．现场各组人员各就各位，观察试顶过程中是否有异常情况，仪器仪表是否正常，显示读数是否合理等。c．顶升速度不得超过1 mm/min，最大顶升高度不超过5 mm。d．顶升就位后，持荷10 min，密切观察梁体及设备状况。如有异常情况，应立即回油、落梁，问题解决后再进行试顶，直至梁体受力及设备运行正常。e．顶升就位后，根据控制系统显示的顶升重量复核支座型号及各支座承受的压力。如有异常，则应考虑调整支座型号。f．试顶正常后，应平稳落梁。

6)梁体同步顶升(见图9)。

图8 千斤顶布设

图9 顶升及观测

a．顶升作业中，以每顶升2 mm为一步，分级顶升，各顶高差严格控制在0．5 mm范围内。采用位移传感器监测梁体顶升位移情况，实时监测整个千斤顶间位移传感器升量高差。若高差超过控制值，则必须适时调整后才进入下一个顶升周期，以达到同步顶升的目的。b．在箱梁两侧布设的百分表监测箱梁转动的情况，也可作为位移传感器的对比验证数据，箱梁每顶升一级，百分表读数一次。观测人员随时将监测值反馈至控制室，指导操作人员进行操作。c．顶升作业时，梁每升高5 mm～6 mm，临时支撑加垫一块钢板。d．同步顶升高度尽量降低，为可拆除原支座和安装新支座所需的空间即可，约为10 mm～15 mm。e．顶升到位后将梁体由千斤顶转落至临时支撑上。

再者，支座更换，包括:

1)取出旧支座(见图10)。先取出旧支座后，认真清除梁底上的不锈钢板锈迹及污垢，再检查支座下垫石表面是否平整，能否满足新支座安装要求。

2)安装新支座(见图11)。将垫石表面的油污及浮浆表面打磨清除干净后，在原支座位置及新支座表面进行十字定位后安放新支座，以确保支座更换后位置准确。

图10 拆除旧支座

图11 安装新支座

最后，落梁，包括:

1)落梁前在梁体两侧的桥台或桥墩挡块与梁体间加塞木板，防止落梁时梁体发生水平位移。

2)开启同步顶升系统，平稳降落梁体。

3)梁体就位后检查支座上下钢板与垫石、梁底之间的密贴情况，应保证支座上下面全部密贴。如出现支座偏心受压、不均匀支承或脱空等，则应重新顶升梁体，加设抄垫钢板进行微调至支座上下面全部密贴为止。

4)拆除千斤顶、临时支承钢板等顶升设备。

5)取出梁体与挡板间木板，清理施工废物及垃圾。

4 结语

在我国，同步顶升技术是目前最先进的支座更换技术，其有安全可控、自动化程度高、自动排障、动态调控等特点，具有中断交通时间短、工期短、造价低等突出的技术优势，在我国具有广阔的应用前景。

［1］张大伟．桥梁支座更换设计［J］．北方交通，2012(5):21-22．

［2］吴俊明．同步顶升技术在支座更换工程中的应用［Z］．武汉二航路桥特种工程有限责任公司，2009．

［3］支座更换技术与管理，质量控制，http://wenku．baidu．com/view/9459ac7c31b765ce05081448．html，2013-10-12．

［4］桥梁同步顶升施工工艺，http://www．zhongao-tool．com/jishu201301210．htm，2013-10-12．