拉壓支座同步頂升施工中的關鍵技術★

胡 欣

(武漢交通職業學院,湖北 武漢 430065)

0 引言

設有輔助墩的斜拉橋為多次超靜定結構，其受力復雜，結構中設置的支座除了常規的受壓支座外，還會設置拉壓支座。拉壓支座可以用來改善輔助墩產生的負向反力對結構的影響，在改善橋梁受力狀態中起到了極為關鍵的作用[1]。故這種拉壓支座需具有較好的抵抗拉、壓、剪力的能力。在橋梁結構的服役過程中，若拉壓支座出現承載能力不足，橋梁結構的邊界條件就會發生改變，斜拉索的內力重新分配，結構的實際受力情況將嚴重偏離原本的設計意圖，勢必會影響橋梁結構的正常使用，同時支座也會出現位移、脫空或錨栓斷裂等病害[2-3]。且支座本身為可更換部件，公路橋梁規范中支座的設計使用年限為15 a[4]。故鑒于此，本文以某五跨連續雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋作為實例，遵照“邊通車、邊施工”的原則，采用整體同步頂升技術對其5號橋墩和9號橋臺進行了拉壓支座更換，為后續類似在役橋梁進行拉壓支座更換提供一定的借鑒。

1 項目概況

該五跨連續雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋是一座雙向四車道特大型橋梁，主跨長388 m，橋寬22 m，其立面圖如圖1所示。

斜拉橋的4號墩臺主梁端支座與9號橋臺端支座為拉壓支座，原支座由于出現了支座位移、脫空或錨栓斷裂等問題而發生了損壞，如圖2，圖3所示。支座系統涉及到橋梁結構的安全問題，為了確保長江大橋運營過程的安全，現對已損壞的4號、9號主梁端支座進行更換。

2 支座更換中的關鍵施工技術

4號橋墩、9號橋臺的拉壓支座采用同步頂升技術進行更換。其施工過程中主要涉及的關鍵技術為橋面配重、橋梁頂升、舊支座拆除、新支座安裝等關鍵技術。

2.1 橋面配重

為了保證支座更換期間，梁端支座不出現拉力，對橋梁進行配重處理。該橋配重采用與原設計等重量的砂袋或碎石與細沙等材料進行臨時壓重。用麻袋將臨時配重材料按標準包裝，貨車拉至橋面后，將標準的砂袋與沙子、碎石混合料在主橋邊跨的15號～24號梁段錨固區區域，左右幅對稱加載，同時進行。主梁錨固區區域和臨時配重區域分別如圖4，圖5所示。其中19號～23號梁段配重采用砂袋堆碼，如圖6所示。16號～18號、24號梁端采用砂石袋裝堆碼，如圖7所示。采用人工進行堆碼，碼放過程底基層應清理干凈，堆放平整，且錯縫碼放。支座更換施工整體結束后撤出臨時配重。

2.2 橋梁頂升

1)橋梁頂升施工流程如圖8所示。

2)頂升設備布置。

本斜拉橋項目頂升階段采用頂升設備同步頂升進行控制。結合橋梁在頂升過程中主要截面的受力情況，橋梁舊支座設計承載力應不小于3 000 kN等技術參數來確定支座處千斤頂的數量，以確保千斤頂在頂進時梁體各截面不產生升降差。在9號橋臺(設計荷載為3 317 kN)支座處安裝10個100 t超薄液壓千斤頂，行程為15 mm，其布置如圖9所示。則千斤頂最大頂升荷載為1 000 t，即10 000 kN>3 317 kN，頂升千斤頂安全富余系數=10 000/3 317=3.02，滿足頂升施工要求。

3)頂升限位裝置安裝。

9號橋臺處的梁體本身已有向上游方向偏移的跡象，對橋梁梁體進行頂升時極大可能會出現縱、橫向偏位，故需設置頂升限位裝置來保證梁體不產生橫向移動和縱向伸縮，確保頂升完成的橋梁線形偏差在規范允許范圍內。據此，9號橋臺中心線處通過設置剛牛腿式支承進行限位。

橫向限位裝置則由固定框架(型鋼結構)、錨固塊(矩形塊)、限位鋼板及錨固螺栓組成。錨栓采用直徑22 mm的10.9級高強螺栓，有效錨固深度250 mm。限位裝置為橋梁底部設置“工”型截面，在橋臺側面設置“三角”型牛腿支撐。限位裝置安置于被頂升梁段之前，如圖10所示。

2.3 安裝臨時支座，拆除原有支座

在新支座工作之前，需在距原設計支座中心線1 m位置安裝臨時支座，用于承擔上部梁體的荷載。臨時支座采用鋼墊板支座，上不銹鋼鋼板伸出橋臺部分可采用兩排錨固螺栓進行錨固，下支座采用螺栓固定在橋臺側面。為保證臨時支座安裝質量，在安裝前需檢查安裝部位混凝土質量，看是否有破損、凹凸等缺陷情況，如果有，需對缺陷位置的板梁底面和支座墊石位置采用環氧結構膠找平。

根據該橋的實際狀態為保證橋梁同步頂升不破壞原伸縮縫，其頂升位移需控制在2 cm以內。而本結構梁體與蓋梁間距為34 cm，墊石厚為5 cm，支座高為29 cm，橋臺的鋼筋保護層一般為5 cm，則在鑿除墊石及橋臺鋼筋保護層厚的空間為29 cm(即支座高度)，原支座完全可以撤出(見圖11)。

舊支座拆除首先需將支座墊石部位的混凝土拆除，根據鋼筋間距大小選用電動沖擊或者電動沖擊鉆配合射水設備。在鋼筋間距較大時，可直接采取電動沖擊鉆鑿除。否則，需根據混凝土特征調整射水設備水壓進行射水切除。且在切除混凝土的過程中一定要注意保護支座處原有的鋼筋，避免其受到破壞。如果需要切割鋼筋或者鑿除面應留有鋼筋，以便重新搭接。鑿除范圍約為橋臺高55 cm，寬65 cm，水平深120 cm，且不得小于支座預埋螺桿。

混凝土拆除效果如圖12所示。

2.4 新支座安裝

2.4.1 重新預埋螺桿、套筒

新支座的安裝需在橋臺頂面重新預埋螺桿和套筒。支座上部采用預埋大一型號預埋螺桿，下部采用φ100 mm×500 mm套筒，預埋深度50 cm。為了增強拉拔抗力，可增設鋼板套接在套筒底部，并與周圍焊接，再根據中心點位置采用電焊等方式按設計圖搭接已切割的鋼筋加設鋼筋網片固定。

橋臺處后澆混凝土強度應比原混凝土高一等級，在進行修補時，混凝土采用微膨脹C30混凝土，鋼筋采用Φ16，鋼筋之間采用雙面焊接形式，長度需滿足規范JGJ 18—2012的要求[5]。

在混凝土中預埋的套筒、螺栓需滿足結構的荷載要求。具體分析過程如下所示,支座套筒的直徑為100 mm，螺栓按8.8級計算。

1)螺栓套筒的抗拉計算。

4個套筒的總受拉設計值為25 600 kN，大于800 kN，滿足要求。

2)套筒與混凝土之間的錨固拉力分析。

根據JGJ 145—2013規程[6]中6.2.4-3條規定，單個套筒的混凝土受拉承載力設計值:

NRk,p=πdhefτRk=3.14×100×500×1.3=204.1 kN。

4個套筒受拉承載力總值為816.4 kN，大于支座800 kN受拉設計值。

另外，考慮套筒底部增設的1 cm厚鋼板與4個門式筋連接，增加套筒與混凝土之間抗拉能力。

3)新老混凝土結合分析。

本次混凝土鑿除過程，保留原結構的鋼筋，新老混凝土通過原鋼筋形成為一個整體結構。且為了增強新舊混凝土之間的抗剪力，在原混凝土25 cm深的位置設一個深2 cm、寬10 cm的剪力槽，大大提升了新舊混凝土之間的結合能力。

2.4.2 安裝新支座

先頂升到位，再鑿除墊石下部混凝土并焊割螺桿后，用人工或鐵鉤取出舊支座。若原支座與下部支座墊石沾粘很難取出，則可先用鐵錘或者鋼釬敲擊松動再取出。新支座運入現場后通過葫蘆吊至橋下方施工平臺，并與套筒連接固定，用撬杠抬起，將支座水平移入就位，并套接原支座上部預埋螺桿后固定。然后測量下部套筒標高(套筒應該與墊石面標高一致)，加入壓板，并重新焊接鑿除部分鋼筋。采用C30微膨脹混凝土對支座鑿除部分及墊石進行澆筑，澆筑過程要保證支座墊石頂面應平整，支座高程(≤±2 mm)，頂面四角高差(≤1 mm)，軸線偏位(≤5 mm)均應滿足誤差要求。

新支座在安裝時需按照表1進行安裝。支座安裝結束后,應組織人員對支座的安裝質量進行全面檢查，主要內容包括支座形式是否正確、支座安裝是否水平、安裝方向是否正確、臨時固定設施是否拆除等。

表1 支座安裝質量檢查表

2.5 施工監控

同步頂升施工階段的監控程序為：施工準備→安裝位移、應力傳感器→數據采集器→連接工控機→調試、試頂→頂升監控→下降監控→數據記錄。

同步頂升監控技術采用預設液壓油缸頂升位置控制精度，并可隨時調整，同步精度可達到±0.5 mm或更高，重復精度高。如遇到緊急情況可以通過控制器上的緊急按鈕實現緊急停止。頂升監控系統可防止偏載，即當頂升或下放過程中，如果某一點不受力，系統可以迅速發現并控制虛點頂升使全部油缸均勻受力。同步頂升在進行數據監控時主要針對頂升和落梁行程監控、裂縫的觀察與控制。

頂升和落梁過程主要采用標高和油壓對其行程進行控制。首次頂升時只需將梁體頂升至剛離開支座，靜止幾分鐘觀察千斤頂接觸面處的混凝土有無被壓壞。若沒有則進行下一行程的頂升，每一行程的頂升結束后均需靜止一下，觀察千斤頂、梁體的狀態，若無異常則重復頂升操作，直至落梁完成。

在梁體頂升過程中，要隨時觀測裂縫情況的變化，如出現異常需及時停止頂升，查明原因采取措施后，才能進行繼續頂升。

3 結語

采用同步頂升技術對本斜拉橋的拉壓支座進行更換，更換后的新支座與原支座各項參數相比，新支座的承壓能力增加33.33%，承拉能力增加80%。這樣大大增加了新支座在運營階段的安全儲備系數，防止新支座再次發生類似損壞，達到了預期的效果。本次頂升技術進行支座更換，施工工序簡單、工期短，對原有橋梁的影響小，具有較好的經濟和社會效益。因此，同步頂升對斜拉橋這種特大橋梁的支座更換具有明顯的適用性，對后續舊橋改造進行支座更換具有較為重要的指導意義。