汕头海湾大桥引桥T梁支座更换技术

2012-09-25胡竟强龚江烈

湖南交通科技 2012年1期

胡竟强，龚江烈

(1.广东省长大公路工程有限公司，广东广州 511430;2.湖南省交通科学研究院，湖南长沙 410015)

1 概况

汕头海湾大桥北引桥包括自N41#桥台至N2#桥墩共38跨桥梁结构，上部结构有3种形式:35 m、25 m简支 T梁，2×50 m刚构。桥梁全长1 224 m，桥面总宽28.1 m，共分5联，从南至北跨径组合为:(4×25 m)+锚室+(7×25 m)+(10×25 m)+(2×35 m+2×50 m+2×35 m)+(11×35 m)，桥跨均位于直线上，桥面设3%和2.5%两种纵坡，桥跨横向每孔间距2.5 m布置11片T梁，梁体采用预制吊装施工，预制T梁和现浇湿接缝均采用C50混凝土。设计荷载:汽－超20，挂车－120。

2 病害分析

2.1 病害表现

本桥支座存在支座局部脱空、老化开裂、支座剪切变形，部分支座有较大角度的变形、开裂，产生受力不均现象和脱空现象，且部分支座加劲钢板外露锈蚀、支座承压钢板锈蚀和支座垫石破损，影响支座的正常使用。

2.2 病害成因

首要原因:汕头海湾大桥修于1995年通车，通车17 a，桥梁位于汕头港东部出入口妈屿岛海域处，为跨海公路桥，由于海洋性有害气体的侵蚀，支座存在老化现象需要进行更换。

次要原因:运营期间交通流量大，北引桥纵坡达3%，汽车制动力造成的梁体位移累计较大，且不具有可恢复性。

2.3 病害发展的危害

桥梁支座病害如果任其发展，可能造成的后果是:

1)支座钢板的锈蚀使橡胶加速破坏，导致支座支撑力的损失;

2)橡胶的老化开裂，不利于梁体移动，约束梁体正常伸缩;

3)支座脱空造成支座受力不均和局部应力集中，加速支座的损坏，并失去正常支承功能。

3 支座病害处理方案

3.1 方案比较选择

桥面连续的简支T梁结构更换支座一般采用整体顶升法。整体顶升法更换法，即将桥面板整跨或整联的抬升，该方法特点如下:

优点:工程量较小，施工时间相对较短，对交通的影响较小。

难点:需要专用顶升设备和设施，对施工人员的要求高，需要挑选有经验的施工单位。

根据施工时的顶升范围，可以分为3种整体顶升更换方式:

1)单跨顶升更换法。

该法必须切断每跨之间的桥面联系，包括切割铺装层、防撞栏，将施工桥跨受力形式为简支，在梁端用顶升设备将整跨顶升后更换支座。

缺点:施工期间影响交通，需要中断桥面交通，汕头海湾大桥是汕头市最重要的交通要道，不可能进行中断交通的方式施工，该方法不可行。

2)单墩顶升更换法。

在保持桥面铺装完整性的情况下进行施工，单个桥墩处使用顶升设备顶升梁体，待梁体抬升5～10 mm进行支座更换。

优点:不需破坏桥面铺装和附属设施，只需在盖梁上进行顶升作业即可。施工时间短，对交通无干扰。因桥面铺装连续，对梁体进行顶升类似于连续梁向上起挠，需要更大的顶升力，盖梁完全能满足承压能力。

该法对交通没有影响，因此完全可以考虑选用。3)一联(多跨)顶升法。

即将北引桥需要更换支座的多跨简支梁按每联进行更换，将多跨梁体作为一联同步顶升。

优点:大大减少顶升的次数和施工时间，最低限度减少对交通的干扰。

缺点:①投入大，同步顶升需要设备和施工人员加倍投入，虽可缩短工期，但是施工成本高昂。②同步顶升难度大，一联顶升的难点在于如何协调顶升设备的同步工作。各千斤顶行程差过大，铺装层的整体性就会破坏，各个千斤顶之间的行程差需要控制在允许范围内。数量众多的千斤顶同步工作需要性能卓越的设备和高素质的施工队伍。③前期准备工作量大，顶升所需的总体时间是最短，但是顶升时支点多、设备协同复杂，人员配合协调困难，存在较多不可控因素。

综合3种方式对比分析，选择单墩顶升法进行施工。

3.2 施工机具选择

3.2.1 顶升荷载计算

见表1。

表1 T梁梁体单跨重量计算表

3.2.2 确定顶升机具

顶升原理为将梁体顶升0.5～1.0 cm左右，使结构整体发生 0.5/2 500 ～1.0/2 500、0.5/3 500 ～1.0/3 500、0.5/5 000 ～ 1.0/5 000 的转角变化，这样最小限度地不破坏桥面达到更换支座的目的。

千斤顶的选取:采用单墩顶升法，单跨恒载重量见表1，根据梁端和盖梁的结构，拟选取20个千斤顶分别放置在梁端横隔板下方，单个千斤顶应满足顶升所需的支承力并考虑一定的安全储备系数，假定整跨荷载全部分布在千斤顶上，则需最大需要68.6 t的顶升力。这样选用定推力为100 t的千斤顶完全能够满足荷载要求。

顶升系统选用由50个液压千斤顶、2台高压电动油泵、4个平衡分流阀、50个百分表和动力电源组成，液压千斤顶选用的TYZF型千斤顶(最大吨位100 t，最大行程30 mm)和YZB7.5电动泵站(压力为2～150 MPa)。

根据千斤顶标定后的标定公式P=0.134×F－0.98(P为千斤顶指示器示值MPa，F为负荷力值kN)，则25、35和50 m桥跨顶升时油表读数最大示值分别为44、63和90 MPa。

千斤顶摆放在盖梁上，T梁横隔板的下方，距离梁体30～40 cm，中梁梁体两侧对称布置，9片中梁两侧布置共18个千斤顶，2片边梁只单侧布置共2个千斤顶，所以1个盖梁上两个梁端共布置40个千斤顶。见图1。

图1 布置千斤顶

4 更换施工

施工前，做好检查工作，查看梁体边界是否存在阻碍物或者联系，对顶升工作有阻碍的，必须设法解除，确定可以顺利顶升才能实施支座更换施工，施工过程如下:

1)顶梁作业平台搭设:千斤顶摆放在盖梁之上，施工人员需要上到施工平台进行作业，因本桥为高架水陆桥，盖梁距离地面或水面均为20～30 m距离，普通的钢管支架和门式架落地搭设方式是没法实施的。因高度高且还有水面上作业，最终确定采用高空吊架作为施工平台，通过在T梁上设置植筋吊点，施工平台采用方管焊接而成的小挂篮，然后通过吊点下系钢丝绳反吊挂篮，基本固定后施工人员进行平台加固，确保平台的稳定性。施工人员在挂篮上进行操作，并摆放油泵等设施。

2)机具摆放:油泵和分油阀摆放在作业平台上;施工平台安装后开始安放千斤顶，千斤顶摆放在盖梁上，T梁横隔板的下方(高差过高的位置下面须用钢垫板垫高，以便千斤顶行程可以有效顶升梁体)，距离梁体30～40 cm，中梁梁体两侧对称布置，9片中梁两侧布置共18个千斤顶，2片边梁只单侧布置共2个千斤顶，所以1个盖梁上两个梁端共布置40个千斤顶。

3)设备检查:在靠近梁体两侧均匀布置千斤顶，千斤顶上下必须用钢板垫平，使千斤顶全面接触受力，对于高差大的，可用钢垫板超垫平稳。油泵设备接上高压油管，注意各油管的有效长度的均匀性，接好油路之后测试是否存在漏油或者未接好的现象，确保压力可均匀升降。

4)试顶:千斤顶和油泵检查完毕，即可进行试顶。试顶的目的是为了消除非弹性变形或沉降，确保顶升受力结构均紧密接触，在梁体还没有正式顶起时即停止，并停放0.5 h，经观察无任何变化后即可进行顶升作业。

5)顶升控制:试顶完成后，在专业人员统一指挥下所有千斤顶缓慢加载整体顶起梁体使其离开原支座约10 mm左右，即可停止，并在横隔板下增设若干个支撑，以增加接触点和面积，提高顶升系统的稳定性，确保桥梁整体安全。注意千斤顶的控制过程应严格按操作规程进行，进油和回油应做分级、缓慢，直到全部工作结束千斤顶才能卸载，确保桥梁整体安全。

6)支座更换过程:

①在梁端头处布置百分表、在每个千斤顶附近安装一个百分表(0～50 mm)，每个工人监控2个百分表，以便在顶升时同步监控顶升的高度及梁体状况，同步填制百分表初始数据。检查梁体升高位移情况，保证梁横向顶升高差值控制在1～2 mm内。顶升前记录好各标尺的初始读数，顶升到支座可取出时应记录最后读数。这个最后读数与初始读数之差为梁体的最终位移值，该值一般在10 mm以内。

②顶升应由慢到快进行，随时随地检查升高位移值的均匀性，并即时进行调整。为了保持梁体在横向上的连续性，防止变形过大而开裂，控制各顶升力在横向上的分配非常重要。

③在各梁梁端千斤顶旁设置临时支撑，该支撑随顶升升高而进行加高，当停止工作时应将该支撑即时楔紧，以防止意外，确保结构物及施工安全。

④当梁体顶升高度达到设计顶升高度时，将对应更换的支座处千斤顶的闸门关紧，保持该千斤顶的顶升力度，这时立即更换损坏的支座。更换支座只能单个进行，更换一个后再进行下一个的更换，为避免意外情况不得同时进行。

⑤将破坏支座取出，取出前应对原有支座的位置进行测量记录，然后用专用工具将新支座安放在原位置上，并检查位置是否正确，高低是否合适，接触是否良好。应该说所更换的支座应与原支座位置一致，但高度上应略高于原支座为宜。

7)卸载落梁:卸载前去掉临时支撑，油泵缓慢回油控制落梁速度。卸载完毕拆除临时支撑，整孔梁体在施工过程中相对几乎是不动的，对桥面系结构也基本没有任何影响，支座更换前后支撑反力变化也不大，但梁体的支撑受力情况已经得到大大改善。