浅谈桥梁支座病害处理之顶升施工技术

【摘要】本文以实例阐述了桥梁支座病害处理的顶升施工工艺，针对此施工工艺中的关键环节，提炼了施工要点或注意事项，并相应地提出了质量与安全控制措施，希望为相关施工人员提供一点参考。

【关键词】桥梁；支座病害；处理工艺；顶升施工

前言

近年来随着经济水平的发展和科学水平的进步，城市轨道交通以安全性高、速度快、舒适性好、污染程度小等优点，越来越受到人们的关注，因此近年来城市轨道交通的发展迅速，在城市交通运输中的作用越来越大。轨道交通有地下与地上两种，桥轨式作为常见的地上高架形式的一种，由于一些管理、施工人员的综合素质偏低，施工方法、施工工艺等原因，导致了很多轨道桥梁施工中出现较多的支座病害问题，不仅影响了施工单位的经济利益和声誉，还极大的威胁着广大人民群众的出行安全。

一、工程概况

本文主要以深圳某两个区间段的4个支座进行了维修更换。其中一个区间连续梁上部结构为30m+40m+30m现浇预应力混凝土箱梁，另一个区间为28m+50m+28m现浇预应力混凝土箱梁。单联总重约为1600-2000吨。该4个支座为均为活动支座，因支座位移过大必须进行维修。

二、支座病害分析及处理方案

2.1支座病害分析

该项目共涉及5联连续梁支座病害处理，其中AJ20#、JL35#、NS3#、NS12#墩上支座病害为支座上混动板偏位，NS15#墩支座为上滑动板产生偏转。

图1 纵向支座上滑动板偏转示意图

如圖1所示，现浇梁正常的支座纵向调坡通过上调平钢板实现，如左上图所示，右上图支座上板与梁底平行，造成楔形缝隙，形成支座脱空病害。

2.2支座病害处理方案

针对支座上板滑移量过大的问题，按照GDPZ轨道盆式橡胶支座相关技术要求定制加长上板的新支座，确保支座上板预留位移量满足支座正常工作要求。针对上板偏转的问题，按照GDPZ轨道盆式橡胶支座相关技术要求进行现场测量计算，特制楔形上板支座，替换原支座，确保支座上板受力面与支座承压面水平。

三、主要工程施工方案

3.1施工工艺流程：

梁底及支承垫石顶面砼基面整平→顶升设备安装→顶升设备调试→试顶升→正式顶升→支座拆除→支座检测→支座维修→支座安装→落梁→支座外观维护→清理现场。

3.2桥梁顶升

3.2 .1主要工序施工方法

顶升方式选择：利用PLC多点同步顶升液压控制系统将三跨连续梁同步顶升，根据每个桥墩所承受的重量，合理地依次在各桥墩位置处布置千斤顶，进行整体的顶升，然后对各个墩支座根据设计要求进行维修。

3.2.2顶升过程中禁止列车通行，顶升过程指开始顶升至顶升到位后，千斤顶抱箍卡死，梁体荷载转移至临时支撑上的过程。

3.2.3顶升到位后，为确保安全，梁体荷载转换到临时支撑上之后仍不可以通行列车。

3.2.4支撑反力基础的设置：利用原桥墩作为顶升时的反力基础；

3.2.5顶升控制系统：本工程采了用两台60MP液压泵完成桥梁顶升。采用1000KN千斤顶，顶身长度150mm，底座直径248mm，顶帽200mm，行程为50mm（如上图）。千斤顶均配有液压锁，可防止任何形式的系统及管路失压，从而保证负载的有效支撑；

3.2.6顶升行程监测：采用精度为±0.01mm的数字位移传感器进行监测；

3.2.7支座维修：桥梁整体顶升达到要求后，将已安装好的支座进行移除并进行检测、维修。

3.3顶升系统布置

3.3.1顶升系统布置

3.3.1.1AJ20墩更换支座千斤顶布置

根据计算桥梁上部荷载约为2300T， 在主墩AJ21#、AJ22#墩柱分别布置1000KN的千斤顶12台，边墩AJ20#、AJ23#分别布置1000KN的千斤顶6台，可提供顶力3600T，安全储备系数为1.6。

3.3.1.2 NS3墩更换支座千斤顶布置

根据计算桥梁单侧上部荷载约为1400T， 在主墩NS1#、NS2#墩柱分别布置1000KN的千斤顶8台，边墩NS0#、NS3#分别布置1000KN的千斤顶4台，可提供顶力24000KN，安全储备系数为1.71。

3.3.2支撑反力基础的设置

利用原桥墩作为顶升反力基础。顶帽顶面用干砂浆找平并垫2cm厚钢板作为整体顶升千斤顶下支撑点，连续梁梁底部一般比较平整不需要做过多处理只在梁底处用两块2cm厚钢板垫平作为整体顶升千斤顶上支撑点。

千斤顶下支撑钢板采用型号为：□500×600×20mm的钢板。其中个别部分所需要的不规则钢板根据现场具体情况进行加工。

3.3.3顶升控制区域划分

控制区域按每个桥墩为一个区域。控制点的划分原则为顶升过程安全可靠，特别着重同步性和桥体的姿态控制。

本工程共布置控制点6个，其中连续梁主墩处分别布置2个控制点，边墩处分别布置1个。

拉线传感器底座固定在梁体上，下部连接在桥墩上。拉线传感器表量程为1000mm。

控制区域设置拉线传感器控制位移的同步性，根据桥梁的结构，位移同步精度控制在0.1mm。拉线传感器与中央控制器相连形成位移的闭环控制从而实现顶升过程中位移的精确控制。

3.4纵、横向稳定性验算

3.4.1、纵向滑移稳定性：

每孔箱梁重取2700吨，即G=2700t。最大纵坡取20‰，因F纵/N纵=2%；F纵2+N纵2=G2，

则：N=2699.5t；F=53.99t。

摩擦力：f=?N=0.15×2699.5=404.9t > F=53.99t。

其中：滑动摩擦系数?按保守取值，取钢与钢之间的摩擦系数?=0.15（参考《路桥施工常用数据手册》），该系数为较小值，分析可知该值比混凝土与钢、混凝土与木材、混凝土与橡胶之间的摩擦系数都小，所以是安全的。所以，纵向更不会产生滑移。

3.4.2、横向倾覆稳定性：

在顶升的过程中，由于采用计算机同步控制系统，而且是采用三跨同起同落，加上顶升高度很小，该联其他支座活塞不会脱离底盆（底盆深度42mm，橡胶垫厚度30mm，盆塞嵌深12mm>顶升高度10mm），导轨不会脱出滑动槽，均能起到横向限位作用，故在顶升过程中不会产生横向侧移，但出于安全性考虑，在正式顶升之前，在梁体和防落梁挡块之间加装三角带耳板防侧移支架，防止在顶升过程中梁体发生侧移，利用原桥墩和桥台作为限位基础，在其上部通过膨胀螺栓将2cm厚钢板固定，然后在钢板上焊接高∠200×200的等边角钢，形成三角架形式，作为横向限位装置（如图2）。如果发生轻度侧移，采用桥墩支撑垫石作为反力基础进行纠偏。

图2横向限位装置图

3.4.3、纵向限位设置：

3.4.3.1 设置思路：在纵桥向，梁底和桥墩之间设置限位装置。

3.4.3.2 限位装置：在梁侧设置钢结构反力架，将纵向限位装置利用膨螺栓固定在梁侧位置，利用原有挡块及盖梁作为纵向限位的反力装置，反力支架与原挡块之间预留1cm缝隙；支座更换完毕后，将膨胀螺丝利用切割机切割，然后进行修补。

3.4.4、纵横向位移纠偏预案：

在施工过程中，若发生纵横向偏移现象，则利用原有墩柱及垫石作为纠偏的反力基础，进行纠偏施工。在纠偏施工前，将已经偏移的梁体进行竖向顶升，在原支座位置支座滑动面，因聚乙烯四氟板对不锈钢板摩擦系数较小（摩擦系数为0.05），使用滑动面采用不锈钢板及聚乙烯四氟板进行制作。利用PLC液压同步控制系统控制横向或纵向纠偏千斤顶进行纠偏施工。纠偏施工完毕后，将梁体进行顶升，拆除滑动面，将梁体回落至指定位置，纠偏施工完成。

四、施工监测与监控

4.1监控目的

在顶升梁体更换支座过程中，保证梁体主要断面的应力和变形处在安全的范围内，同时保证在起顶过程中各千斤顶的顶升量同步，防止由于千斤顶顶升量的不一致，引起梁间变形的不一致，而导致的桥面剪切损坏。

根据支座的形状系数计算出支座的抗压弹性模量容许值（实际抗压弹性模量值已无法试验测得），计算支座上部承受的恒载外力值与活载外力值，得出支座可能产生的压缩变形值，并适当考虑支座压溃后的变形增大值，作为控制该支座最终的起顶量的控制值

考虑3孔一联的连续箱梁型式，为了避免在墩顶起顶可能对主梁的损坏，在起顶前，首先根据预估的起顶量，计算出梁可能产生的下缘拉应力值，计算的拉应力值应小于该标号砼的允许拉应力值，并作为起顶过程的控制值。确定千斤顶的起顶位置，并对该位置进行局部承压计算，以保证局部承压面的安全性

4.2监控措施

4.2.1应力监控

梁体顶升过程中，在中跨墩顶处主梁截面下缘将产生拉应力，为此在支点处截面分别应力传感器进行应力观测。

4.2.2位移监控

在千斤顶起顶的截面位置，每片主梁下缘均布设一个百分表挠度观测测点，用于进行起顶过程及起顶量的最终控制。根据该桥的实际情况，确定该桥起顶过程大致五级完成，每级起顶量为3mm，相邻两主梁间的位移变化量控制值不得超过0.2mm。

4.2.3顶升力监控

根据压力表读数监控各千斤顶的实际顶升力，当各千斤顶之间顶升力差值接近0.8Δ（假设理论计算产生剪切破坏时各千斤顶顶升力差值为Δ），必须停止施工。待查明原因并解决问题后方可继续施工。

4.2.4梁体砼、桥面、伸缩缝及其它附属设施的控制

在千斤顶起顶过程中，适时观测梁体砼、桥面是否出现裂缝及其变化情况；桥梁伸缩装置及其它附属设施是否有损坏，如有异常情况，应及时查明原因，并采取相应的措施。另在千斤顶起顶过程中，在伸缩缝中央及外侧分别安放了一个位移观测测点。

结束语：

桥梁支座出现质量缺陷造成安全隐患时，必须对存在质量缺陷和安全隐患的桥梁支座進行更换。采用大吨位千斤顶将梁体顶起后更换存在质量缺陷的桥梁支座，是确保在桥梁支座更换过程中满足运营要求及桥梁及桥面道结构不受到破坏。通过对轨道交通桥梁支座更换技术的研究和探索，成功更换了城市轨道交通高架桥梁已形成病害的支座。结果表明采用顶起桥梁以满足更换支座所须的高度来进行轨道交通桥梁支座更换是可行的。

参考文献：

1、《铁路桥涵施工规范》，TB10203-2002；

2、《铁路桥涵工程施工质量验收标准》，TB10415-2003；

3、《铁路客运专线桥梁盆式橡胶支座暂行技术条件》；

4、《铁路桥隧建筑物劣化评定标准（支座）》，TB/T 2820.3-1997；

5、《铁路桥梁竖向挠度的评定与测量方法》（TB/T2898-1998）。

作者简介：

汤武仁：（1973年4月18日--），男，湖南沅江人，1998年7月毕业于湖南城市学院公路与城市道路专业，现有工程师职称，注册一级建造师、注册监理工程师，研究方向：道路与桥梁。