钢套箍法在桥梁支座更换中的应用

许书萍　（合肥市建筑质量安全监督站，安徽 合肥 230001）



钢套箍法在桥梁支座更换中的应用

许书萍（合肥市建筑质量安全监督站，安徽 合肥 230001）

以北二环砀山路跨板桥河桥支座更换为实例，采用钢抱箍法提供顶升平台更换支座，并通过荷载试验验证加固效果，为同类桥梁的维修加固提供了参考和借鉴。

钢筋混凝土连续箱梁桥；钢抱箍预应力计算；高强螺栓抗剪验算；梁体顶升；支座更换；监控

0　前言

我国自1964年首次使用板式橡胶支座以来，在20世纪70年代末相继研制成四氟板式橡胶支座和盆式橡胶支座，在20世纪80年代研制成球形支座。随着交通运输量大幅增长，车辆载重越来越大，许多橡胶支座出现了不同程度的病害，已影响到桥梁的安全运行，必须重新布置和更换支座以消除安全隐患。

2010年9月，桥梁管养单位在巡检时发现砀山路跨板桥河桥北侧辅道桥桥台处出现高差，超载大型车通过时桥梁端部变形异常，导致伸缩缝损坏，桥台外侧支座脱空，内侧支座压缩变形过大。主要是因为超重车偏载引起的桥台支座瞬时脱空，反复验算后，确定更换支座，更换后支座承载力满足公路-Ⅰ级荷载标准。

1　桥梁概况

砀山路跨板桥河桥位于合肥市北二环砀山路段，跨越板桥河，为4跨钢筋混凝土连续箱梁桥。桥梁上部结构为单箱三室钢筋混凝土连续梁，梁高1.1m。下部结构桥墩采用圆柱式墩，基础采用桩基础，桥台采用柱式台，基础采用桩基础。全桥采用盆式橡胶支座，P2号墩为固定墩；桥面铺装采用沥青混凝土，伸缩缝采用仿毛勒式伸缩缝。

图1　桥梁立面图

2　支座更换施工技术

2.1顶升方案比选

更换支座前需对箱梁进行整体顶升，P0、P4桥台及P1、P3桥墩，位于河道两侧复河槽上，现状地面为浆砌片石护坡，顶升前对该地基加固，使其承载力及稳定性满足下一步搭设顶升平台进行桥梁顶升的要求。

P2桥墩位于河道中心，根据现场实际情况提出以下3个顶升方案。

方案一：人工挖孔桩（或钢管桩）方案。

优点：基础采用桩基，承载力高，稳定性好，安全可靠。

缺点：桩位处需进行详细的地质勘察；人工挖孔桩施工周期较长；桥下空间较小，大型机械操作受到限制；桥下需做围堰；造价较高。

方案二：桥面搭设反力支架。

优点：避免了地基处理；施工周期短；施工可操作性较强。

缺点：顶升时须利用相邻桥梁，须对相邻桥梁进行核算，增加一定风险；对反力系统要求较高；措施费较高；剪压螺纹钢对现状过桥管线有影响，需临时迁移。

方案三：钢抱箍方案。

优点：充分利用桥梁本身的结构，可以通过增长钢套箍的长度提高其承载能力；对环境的适应能力很强，不受河床地质、桥下水深和桥梁高度的限制。

缺点：临时构件较多，成本较高；钢套箍法只试用于桥墩位圆形的情况，对其他方形、异形截面均不能使用。

由于砀山路跨板桥河桥处于北二环路重要节点，本项目属于应急抢修工程，工期紧，该桥梁底空间狭小，大型机械操作受到限制，无法在盖梁上安放顶升设备，且随桥敷设的管线较多，迁移困难。经综合比选，确定采用钢抱箍法实施顶升。

2.2顶升平台（钢抱箍）安装施工

顶升平台的主要作用是与柱顶共同作为千斤顶顶升的反力架和工作平台，拓宽墩柱顶放置千斤顶和辅助支撑的工作面。考虑到现场的实际情况本次施工采用在墩顶安装钢抱箍做为顶升平台。

钢抱箍的关键是要确保抱箍与墩柱间有足够的摩擦力，以安全地传递荷载。

2.2.1钢抱箍预紧力（套箍与墩柱间的最大静摩擦力）计算

钢抱箍由套箍、肋板和顶板3部分组成，顶板、肋板和套箍均采用厚度为25mm的Q235钢板，套箍分为3块制作，块与块之间采用高强螺栓连接。

根据设计图纸给出的板桥河桥最大墩台的支反力为5925kN（设计取值6000kN），单柱最大支反力为3170kN。考虑到安全因素，设计时单柱总反力取F0=6000kN。

根据千斤顶和辅助支持的平面布置，套箍承受的竖向V=1/3×6000=2000kN。

套箍与墩柱间的最大静摩擦力等于正压力与摩擦系数的乘积，即F=μ×N

式中：F－套箍与墩柱间的最大静摩擦力

N－套箍与墩柱间的正压力

μ－套箍与墩柱间的静摩擦系数（钢材与混凝土间的摩擦系数为0.3～0.4），取f＝0.3

正压力N与螺栓的预紧力是对平衡力，根据套箍的结构形式，每列螺栓个数为n，则螺栓总数为2n，若每个螺栓预紧力为F1。

F1=Aσ0=3.14/4×30×30×500/1000=353kN

则套箍与墩柱间的总正压力为N＝2×n×F1。需满足F≥V，即：

0.3×2×n×353≥2000

n≥9.44（个）取n=12个。

根据计算结果与《钢结构设计规范》，本次施工钢抱箍选用的高强螺栓采用10.9级M30承压型连接高强度螺栓，抗拉强度500MPa，螺栓的预紧力为355kN。

则F=0.3×2×12×355=2556 kN≥2000kN，计算结果满足要求。

图2　钢抱箍构件照

2.2.2钢抱箍安装

钢抱箍在现场制作和安装，以便于根据实际情况适当调整。托架主要由套箍、肋板和顶板3部分组成。

托架顶钢板与墩柱顶面必须贴合紧密，确保顶升过程中钢板与墩柱顶面受力均匀，避免发生局部压碎现象。因此，对于墩柱顶面应先凿除疏松混凝土，采用结构胶找平、修补，并打磨、校准水平。同时在墩柱顶部与钢套箍接触面上采用粘贴碳纤维布或其它方法（垫橡胶套）来确保钢套箍与墩柱有效、紧密接触。

套箍必须与墩柱套紧，安装时分块套箍之间采用螺栓锚紧。

2.3千斤顶与临时支撑的布置

根据设计图纸的要求，本次施工选用的单个千斤顶的顶升力为100t，油缸外径最大值25cm，千斤顶本体高度不大于20cm。单个辅助支撑能承受200t的竖向力，外径不大于25cm，且具有稳定性。

在需顶升的墩柱上，支座垫石横桥向两侧各纵向布置3个千斤顶，每个墩柱上共计6个千斤顶。墩柱千斤顶及辅助支撑系统如图3所示。

图3　单柱千斤顶及辅助支撑平面布置图

千斤顶安装时，为了增加局部承压面积，在千斤顶与箱梁底面、墩柱顶面接触面放置钢垫板。千斤顶轴线必须竖直，垫板必须水平。

2.4解除连接

顶升施工前，需将辅道桥梁与人行道桥梁、主车道桥梁以及桥台伸缩缝全部连接解除。另外，在辅道桥梁下附着的热力管道、燃气管道及弱电综合管也需采取临时支撑措施替代原有连接杆件，使管道与桥体分离。

桥体顶升前必须确保全部连接已解除，否则危害施工及桥体安全。

2.5梁体顶升

①主道桥与辅导桥在正式顶升前均必须进行试顶升，试顶升高度1mm。试顶主要是为了消除支撑本身的非弹性变形或沉降，在主梁还没有完全顶起时即可停止。

②正式顶升，采用分级加载，每级为3mm。第一级时持压5min，其他持压10min；末级加压值按最终顶起量控制。当实际顶升力接近设计吨位时，放缓顶升速度，上钢板与原支座刚刚脱离、能够取出原支座时即可停止顶升。然后安装辅助支撑，辅助支撑应可以微调，且采用机械锁定，防止锁定松动。

在顶升梁体时，要确保所有支点同步提升。顶升时应采取相应的监控措施。

2.6支座更换

如果支座垫石、钢板有病害，应在顶起梁去除原有支座后进行相应的处治，支座下方用高标号环氧树脂砂浆找平，计算出需调整的高度，用合适厚度的钢板来调节，调节施工完毕后，重新安装新的支座。

2.7落梁

支座安装完成后，将顶起的梁按顶升时的分级情况逐步回落，落梁时采取与顶升相同的保障监控措施。落梁后须保证所有支座与梁体接触密贴可靠，支座与梁底接触保持水平。

2.8过程监测

由于梁体顶升与回落过程中结构内可能产生较大的附加内力，因此在顶升过程中应对梁体控制截面的位移、应力、裂缝等进行监测。顶升施工监控的原则是以位移和应力双控。

3　结束语

①本文针对钢筋混凝土连续箱梁桥梁底空间狭小，无法在盖梁上安放顶升设备的情况，提出采用钢抱箍法实施顶升，更换支座，满足设计和实际使用要求，在为本工程加固提供指导的同时，也可为其他同类工程的加固处理提供参考。

②桥梁加固完成后进行了荷载试验验证加固效果，荷载试验结果表明加固后支座承载力满足公路-Ⅰ级荷载标准，达到了预期目的。

[1]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].

[2]JTJ041-2000，公路桥涵施工技术规范[S].

U443.36

B

1007-7359(2016)03-0176-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.064

许书萍（1968-），女，安徽合肥人，毕业于合肥工业大学，硕士，高级工程师，专业方向：市政道路桥梁。