某斜拉桥引桥同步顶升支座更换

2013-08-23方家益

山西建筑 2013年15期

方家益

(上海久坚加固工程有限公司，上海 200050)

1 工程概述

苏州绕城高速公路尹山大桥引桥为上下行、左右幅分离的两幅桥梁，桥面全宽36.5 m。每幅桥面全宽16.75m，桥面横向布置为0.5 m(护栏)+15.75 m(行车道)+0.5 m(护栏)。引桥分为四联，桥跨布置为4×30 m+4×30 m+40 m+4×30 m。

在桥梁养护检查中发现，尹山大桥引桥左幅4号墩(第一联与第二联之间的过渡墩)上的原盆式支座存在偏位现象，支座钢板严重锈蚀，外侧原GPZ(Ⅱ)3.5SX支座的盆腔内橡胶被压溃，支座失去使用功能并造成箱梁一侧下沉，支座上、下钢盆靠紧且已翘曲变形。经分析，支座病害应是引起桥面高差和伸缩缝屡修屡坏的根本原因，且会引起箱梁内力发生变化，对结构受力安全不利。同时，鉴于该桥的地位，为满足交通运输的需要，支座更换中应尽量不中断桥面交通或进行部分交通管制，对支座的更换施工提出了更高要求。为此，采用STLP-20计算机控制同步顶升梁体的方式，对4号墩处的病害支座进行更换。

2 桥梁同步顶升系统

本次采用STLP-20计算机控制同步顶升、下降液压系统为原装进口设备，配备有先进的高精度位移传感器、压力传感器、电磁阀、输入、输出软件模块、多点控制同步顶升，自动显示顶升力和顶升高度数值;在桥梁更换支座和桥梁抬高工程中，采用STLP-20计算机控制同步系统，并配有大吨位薄型油缸(均为原装进口)，每台千斤顶的承载能力为1 500 kN，本体高度100 mm，外圆直径216 mm，每次顶升高度16 mm，工作压力700 bar(70 MPa)，配有先进高精度位移传感器、压力传感器、电磁阀等，同步顶升、下降系统由高压液压泵、油缸、电磁阀、油管等组成，STLP-20控制系统根据不同测点回馈的脉宽调制信号，控制数十个油缸带载顶升的速度，实现数十个油缸同步提升动作。

由于采用计算机控制同步顶升、下降系统，具有科学性、安全性，对桥梁在顶升过程中为防止各点不同步顶升，发生内力变化而产生裂缝，起到了很好的保护作用，极个别油缸(千斤顶)发生过载时或意外，由计算机控制同步位移起到了报警和锁定作用。

3 施工方案

3.1 施工步骤

施工准备→搭设脚手架，布置支撑点→安装千斤顶及同步设施→设置监控系统→试顶升、称重→同步顶升梁体→顶升就位后安装预制好的临时支撑→第一次落梁→支座更换施工→再次同步顶升→放置支座→落梁。

3.2 工艺说明

3.2.1 搭设施工脚手架、清理梁端垃圾

在桥下3号，4号，5号墩处搭设脚手架，便于施工人员和监控人员通行，以及顶升设备安置，同时便于对箱梁梁体及墩柱进行检查。脚手架高度根据实际墩柱高度以及人员操作便利确定。平台的平面尺寸为1 000 cm(横桥向)×600 cm(顺桥向)，平台与地面之间搭设100 cm宽的阶梯通道，以便于人员行走、设备运输与摆放、线路铺设及监控等。脚手架平台距箱梁底面的距离控制在175 cm左右。

3.2.2 千斤顶及临时支撑安装

因柱顶平面尺寸较小(支座垫石占据了柱顶的大部分面积)，千斤顶与临时支撑无法直接安置在墩柱顶面，经过现场初步查看，从施工可操作性、经济性等方面考虑，初步认为没有必要采用托架体系或者钢柱支架体系来顶升。为了满足千斤顶和临时辅助支撑安置的平面空间需要，在安置前先对原支座垫石进行增大处理，将垫石的横桥向两个侧面同时扩大，其中外侧面扩大至墩柱侧面。受桥梁建设时期施工质量差异性影响，各支座垫石距墩柱侧面的实际横桥向距离会有所差异，需要在工程实施后对每个垫石进行仔细测量后确定增大部分的尺寸。垫石增大截面的构造如图1所示。

图1 左幅4号墩处垫石扩大构造平面图（单位：cm）

目前支座垫石顶面至梁底楔形块底面的净距为11.5 cm，为了满足千斤顶和临时支撑安置的高度需要，施工时对垫石高度做适当的降低处理，即对原垫石顶面向下精凿4 cm～5 cm，然后对顶面采用结构胶进行批嵌、找平，使得平整度高差在1 mm之内且水平。垫石扩大部分的顶面与修正、调平后的原垫石顶面齐平。

由于必须在桥面通车条件下顶升箱梁，为尽量保证顶升期间箱梁的支承位置不发生变化，不改变活载作用下的箱梁内力状态，千斤顶与临时支撑需要安置在每块垫石的横桥向两侧。根据原支座设计吨位(3 500 kN)，在左幅4号墩的每块垫石两侧分别安置两个千斤顶和一个辅助支撑，千斤顶设计吨位为150 t。

4号墩每个墩柱处千斤顶与临时支撑的布置方式如图2，图3所示。

图2 每个墩柱处千斤顶、辅助钢支撑布置平面图（单位：cm）

图3 每个墩柱处千斤顶、辅助钢支撑布置横断面图（单位：cm）

千斤顶、临时支撑顶、底面均设钢垫板，钢垫板规格为300 mm×300 mm×30 mm，千斤顶中心应与下钢垫板中心重合。千斤顶轴线必须竖直，垫板必须水平。辅助钢支撑紧靠千斤顶布置。根据施工操作需要，千斤顶和辅助钢支撑的实际位置可适当偏移。

对于顶升点处上楔形块底面不平整的情况，可先采用环氧结构胶逐层批嵌局部调平后，再垫置钢垫板，然后安装千斤顶和辅助钢支撑;对于顶升点处上楔形块倾斜或存在脱空病害的情况，需要视实际情况对楔形块进行凿除、修整等处理，以满足千斤顶安置需要。

根据试顶升过程中的顶升位移和顶升力监测情况，结合施工操作需要，对千斤顶、辅助支撑的安置位置、数量以及连通方式进行适当调整，以实现位移同步和确保结构安全。

在支座更换完成后，批嵌或立模浇筑结构胶以恢复原垫石尺寸。

3.2.3 箱梁顶升施工

在完成液压系统、控制器、千斤顶等设备的安装调试后，开始进行顶升施工。顶升过程采用顶升力和位移双控，当实际顶升力接近设计吨位(试顶升确定)时，放缓顶升速度，并由专人在顶升过程中试取原支座。当顶升至合适高度后，安置辅助钢支撑，辅助钢支撑与楔形块底面、支座垫石顶面之间分别放置3 cm厚钢垫板。辅助钢支撑可以微调，且采用机械锁定，防止锁定松动。

3.2.4 起顶力和顶升高度

为准确控制起顶力，保证梁体在安全受力的状况下完成整个顶升、持荷、落梁过程，在千斤顶安置完成后即进行试顶升，顶升力控制在1 mm以内，以4号墩处支座上、下钢盆脱离为准，此时的顶升力即为箱梁起顶力。为离散活载影响，在试顶升稳定后、桥面车辆通过的间隙记录千斤顶压力作为控制起顶力(即恒载支反力)。我单位采用先进的同步顶升控制系统和顶升设备，具有准确的称重功能，完全可以满足设计要求。

根据以往同类、同跨径桥梁的顶升施工经验，为确保箱梁结构安全，顶升过程中4号墩处箱梁顶升的最大位移量为5 mm，横桥向顶升点之间的最大位移不同步量值为1 mm。为避免梁体开裂，4号墩处箱梁顶升高度应越小越好，以旧支座能取出，新支座能顺利安装为宜。

3.2.5 持荷阶段施工

顶升完成、箱梁稳定后，持荷阶段施工主要可分为两个部分内容:1)支座垫石、梁底楔形块维修处理;2)支座更换。

1)支座垫石、梁底楔形块维修处理(在此特别强调必须要保证调平质量)。为了确保支座均匀受压，本次维修时，将病害支座拆除后，检测其垫石顶面是否水平及有无破损，如果有病害，则采用结构胶进行修复，安装支座前将垫石顶面打磨、找平。对支座上钢板倾斜、地脚锚固螺栓缺失或上钢板与预埋钢板焊死的楔形块，根据实际情况考虑对原预埋钢板进行拆除，对混凝土楔形块进行凿除、修补、调平，然后恢复预埋钢板。

2)更换支座。a.新支座类型。更换支座时，其性能必须满足规范要求。其中左幅4号墩上的内侧支座采用GPZ(Ⅱ)3.5DX型(顺桥向能滑动，横桥向限位)，盆式支座，现场实测原上钢板尺寸为620 mm×600 mm，下座钢板尺寸为520 mm×520 mm，滑移量±100 mm，高度115 mm;外侧支座采用GPZ(Ⅱ)3.5SX型盆式支座，现场实测原上钢板尺寸为620 mm×500 mm，下座钢板尺寸为500 mm×500 mm，滑移量±100 mm，高度115 mm。新支座的安装和固定需要利用原有的预埋钢套筒，因此新支座上钢板的螺栓孔位置需要根据现场具体情况来定制，但是4号墩GPZ(Ⅱ)3.5DX，GPZ(Ⅱ)3.5SX没有预埋螺栓，则采用上钢板与预埋钢板电焊焊死，而上钢板与下钢板平面相差4 mm～6 mm，给调平带来极大的难度。b.安装新支座。支座垫石、梁底楔形块等构件处理完毕且达到规范要求后，再次同步顶升梁体完成体系转换，然后在支座垫石上放置新支座。5-4-1号新支座安装措施需要在原支座拆除后做进一步检查，根据现场实际情况进行分析后确定。

3)落梁施工。落梁过程采用顶升力和位移双控。落梁前，检查各支座处垫石顶面与梁底楔形块底面之间的实际高度，并与理论计算值进行核对。先卸除临时支撑，再同步进行千斤顶回油。

落梁过程中，严格控制同一桥墩相邻顶升点之间的顶升高差在1 mm之内，分5次落梁，每次1 mm。