公路橋梁支座病害分析及更換選取解決方案探析

祁朝相

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

0 引言

隨著我國基礎設施建設高速發展,橋梁病害問題日益引起重視。隨著運營年限增長,支座構件由于檢測困難,日常檢查及定期檢查覆蓋率不高,部分老舊橋梁支座會產生一些危及橋梁運營安全的隱患。對于結構出現病害,特別是危及到結構安全的橋梁,一旦中斷交通,會造成較大的社會影響。文章對某公路橋梁支座典型病害成因進行分析,再延伸出同步頂升的支座更換方法,有效解決支座選取問題,為相關技術人員提供參考。

1 某橋梁支座病害現狀及成因分析

1.1 橋梁結構概況及支座病害現狀

某高速公路橋梁建成于2002年。該橋跨徑布置為19m×30m,全長576m,交角為90°,橋面凈寬為11.25m,內外側設置0.5m混凝土護欄;橋面鋪裝采用瀝青混凝土,有5道型鋼伸縮縫,分別位于0號、19號臺頂和5號、10號、15號墩頂。支座為板式橡膠支座,上部結構為預應力砼連續箱形梁及T形梁,下部結構為鋼筋混凝土肋板式橋臺,鋼筋混凝土雙柱式橋墩,灌注樁基礎。設計荷載為汽車-超20級,掛車-120級。該橋第3孔跨小河,第8孔跨公路。

2022年檢測時,發現全橋支座均老化開裂,大部分支座開裂嚴重。19-19-2號支座墊石剝落、露筋,共21個支座剪切變形,最大變形角度為45°,具體見圖1～圖4。

圖1 5-5-1號支座嚴重老化開裂

圖2 10-10-2號支座嚴重老化開裂

圖3 14-14-1號支座老化開裂

圖4 7-7-2號支座縱向剪切變形過大

綜上,鑒于該橋支座缺損狀況較為嚴重,按照現行《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG/T H21—2011)[1],該橋支座應評為5類,已嚴重威脅到橋梁結構安全,且病害有進一步發展的趨勢,需及時進行維修處治。

1.2 病害成因分析

根據上述結構分析及病害描述,病害成因具體如下:(1)該橋在梁體自重、車輛荷載、溫度效應的綜合作用下,為適應梁體變形,支座產生剪切變形現象。(2)野外環境作用下,支座橡膠質量缺陷引起該橋支座老化。(3)由于該橋位于車流量較大的高速公路,且重車較多,加之部分支座墊石破損,支座高差進一步增大,支座在重車的集中力作用下開裂,嚴重影響行車安全。該橋建成并運營多年后,亟需消除上述安全隱患。

2 解決方案

由于該橋病害問題較為嚴重,且需在確保結構安全的前提下盡快恢復交通,故采用同步頂升主梁更換全橋支座的方案。新更換支座除應滿足承載力要求外,還需保持整體橋面高程。由于該橋修建年代久遠,適配支座已經停產,新規范下的支座高度與原橋梁設計支座高度不一致,存在新規范條件下的支座選取問題。文章通過在新更換支座上方加裝適配該橋縱向坡度的楔形鋼板,對支座高差進行調整,使原橋橋面高程保持不變。

2.1 支座選取

通過查閱原設計圖紙可知,該橋每個墩臺頂為2個支座,臺頂原支座為TCYBA475×105,墩頂原支座為GYZA650×140,該橋原支座高度分別為105mm和140mm。通過有限元分析計算得到該橋支反力,如圖5所示。

圖5 支反力結果示意圖(單位:kN)

通過查詢《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4-2019)[2],分別選取臺頂、邊墩墩頂及中墩墩頂的支座為GBZYH500×92、GBZY800×125 和GBZY700×125,保證該橋支座更換后滿足承載力要求,且更換后支座的豎向承載能力有所富余。承載力統計見表1。

表1 支反力計算及新更換支座承載力統計表

綜合考慮新支座與原支座高差,選取相應的楔形鋼板,更換的新支座及楔形鋼板型號見表2。

表2 支座更換及維修數量表

新支座高分別為92mm和125mm,與原橋支座高差分別為13mm和15mm,故通過適配原橋梁底鋼板大小的楔形鋼板進行補充,以保證原橋整體高程不變,不產生橋面高差,從而避免跳車現象。

2.2 同步頂升主梁并更換支座

更換支座使用的千斤頂通過計算確定。各梁端宜采用雙支點頂升,選擇千斤頂時應考慮2倍安全系數,頂升時注意橋墩及系梁位移情況,若發生位移,立即停止施工。定制支座和采購配套材料前,現場測量支座。由于該橋位于東北地區,必須采用耐寒型支座。設計時,需考慮原橋支座能夠在千斤頂縫隙中安全取出,即保證千斤頂的間距大于圓形支座直徑或矩形支座的短邊距離。

施工過程中宜封閉交通,如無法封閉,應禁止30t以上車輛通行,保證過往車輛及作業人員安全。同一墩上的梁體必須同步頂升,在千斤頂附近安裝百分表或位移計進行變形監測,確保同步頂升、同步落梁。頂升施工應有完整的施工及監測方案,經過論證確認后方可施工。梁底鋼板、更換新支座時采用的楔形鋼板、支座墊石頂預埋鋼板要保持水平,確保支座水平放置。支座更換完成后,同步緩慢回落梁板至新更換的支座,詳細檢查墊石及支座,確認壓緊密貼、位置正確后,撤除頂升系統。支座更換示意圖如圖6和圖7。

圖6 支座更換示意圖一(單位:mm)

圖7 支座更換示意圖二(單位:mm)

該加固方案保證了維修前后橋面高程一致,新更換支座亦能滿足荷載作用下的豎向承載力要求。加固后,該橋支座上行承載力富余1%～25%,具有一定的安全儲備,可認為該方案對支座的修復效果較為明顯,支座承載能力有明顯提升。

3 結論

文章綜合考慮橋梁所處位置及路線情況,針對某高速公路橋梁支座老化、剪切變形等病害成因進行分析,提出支座選取及同步頂升更換支座的維修方案,并通過驗算得出該橋經此方案加固后橋面高程保持不變,支座承載力得到保障并留有一定的安全儲備,達到預期加固目的。研究可為此類工程問題的解決提供參考[3]。