铁山港跨海特大桥支座维修技术的应用

2018-11-27胡安技

西部交通科技 2018年8期

胡安技

(广西北投集团沿海高速公路分公司北海管理处，广西钦州 535000)

0 引言

桥梁支座的主要功能是将上部结构的反力可靠地传递给墩台，并同时完成梁体结构所需的变形(水平位移和转角)。由于支座本身的质量问题以及支座在设计、安装、使用过程中的种种不当，造成支座过早的破坏，影响了桥梁的正常使用。在支座实际维修过程中，维修技术的好坏直接影响桥梁整体的安全性和耐久性，因此，不断探讨行之有效的维修方案十分必要。

1 工程背景

铁山港跨海特大桥位于广西北海铁山港中上段，是G75线兰海高速合浦至山口路段的一座特大型公路桥梁。该桥中心桩号为K2189+250，桥全长2 898.02 m，为广西高速公路第一长桥。该桥按先简支后连续结构分为九联，共113跨，桥跨布置为13×30 m+14×30 m+3×50 m+14×30 m+13×30 m+15×20 m+15×20 m+13×20 m+13×20 m，桥宽为26.5 m，桥面交通为双向四车道。上部构造除28#～30#通航跨为50 m跨径预应力槽型梁外，其余均为20 m或30 m跨径预应力空心板梁；下部结构桥墩采用整幅桥宽三柱式墩、桩基础，桥台采用肋板式台、桩基础。支座类型采用板式橡胶支座，伸缩缝采用160型及240型模数式装置。

该桥自2001年12月建成通车运营后，早期病害问题突出，主要体现在桥面铺装出现大量裂缝、伸缩装置频繁损坏断裂、橡胶支座普遍发生损坏、主梁出现裂缝等方面。2007-2008年，管养单位对该桥实施维修加固工程，其中包括对全桥所有橡胶支座进行更换，并将每联的边墩、次边墩上的支座布置型式由三支座改为四支座布置，更换数量多达3 980个。但在之后5年的质保期内，每年均出现支座严重变形、橡胶开裂、四氟板变形损坏、支座移位脱空等病害，损坏比率居高不下，管养部门曾多次要求原支座维修单位进行返修更换。

2 病害产生的原因分析

根据广西交通科学研究院2013年编制的《铁山港跨海大桥定期检查报告》，该桥技术状况等级被评为3类，总体技术状况评分值为68.5。其中支座存在脱空、窜动、橡胶开裂、变形、不均匀鼓凸等病害，支座病害评定标度3以上共有40处。桥梁检测设计单位和维修设计单位根据桥梁支座病害情况，综合提出以下5种病害产生的原因：

(1)支座产品原因：支座产品质量控制不严，通常会诱发大量支座出现提前老化、开裂病害；

(2)施工控制原因：支座安装高程、平面位置以及调平精度控制不足是支座脱空、变形的主要原因，同时造成支座受力不均，使受力较大支座发生变形、开裂；

(3)车辆原因：车辆的振动冲击作用易使支座下调平砂浆剥落，从而使支座发生脱空、窜动，再加上该桥交通量日益增长和超限超载现象严重，支座长期处于超负荷状态；

(4)环境原因：海洋环境温湿度高、空气中氯离子成分高，易加速钢板腐蚀、支座老化；

(5)养护原因：养护不及时，滑板支座硅脂油长时间得不到加注、补充。

3 维修方案的拟定和优化

为防止支座损害造成桥梁整体性能衰退、适应性不足及安全性和耐久性降低，导致桥梁其它病害问题加剧，2015年8月，管养单位针对已损坏支座情况再次提出更换和调整，由广西交通规划勘察设计研究院进行施工图设计，先是拟定对全桥30 m跨(1#～27#跨、31#～57#跨)、50 m跨(28#～30#跨)的板式橡胶支座进行更换，对20 m跨(58#～113#跨)的板式橡胶支座进行局部更换，更换支座的型号、规格与原支座相同。但是在项目实际实施过程中发现：(1)桥梁上部结构在顶升过程中测得千斤顶油压总反力数值均超出理论值20%以上，表明实际恒载大于理论承载；(2)在桥梁横向连续超静定结构效应的作用下，支座在更换过程中新旧支座支点竖向位移变化，均可带来横桥方向支点反力重新分布，很难完全避免部分支座支承压力大于其最大容许支承压力；(3)在原桥建设期间，预制梁所预埋钢支座垫板位置控制偏差较大，有的甚至是反向安装，经测量支座垫板的普遍横向偏差为5～12 mm，纵向高低差为5～15 mm，极端情况其偏差超出20 mm以上，导致支座变形问题突出，单纯通过加塞楔形钢板的方式进行调平并未能解决支座反复出现偏心受压、变形严重等问题。

为此，项目参建单位针对存在问题进行多次探讨分析，最后决定对原维修设计方案进行优化变更，优化措施主要有四个方面：(1)在加大板式橡胶支座规格尺寸提高刚度的同时，使内力分布更加均匀；(2)对垫石高度进行处理，在施工中反复对支座的竖向位移进行调整，直至各支座竖向承压力基本均匀为止；(3)加焊调平钢板结合环氧砂浆填充，解决支座竖向受力不均的状况；(4)50 m跨(28#～30#跨)采用盆式橡胶支座替换原板式橡胶支座，以更好地适应桥梁目前承载状况。

4 维修方案的应用

方案优化后支座更换采用“纵向逐墩、横向整幅、同步顶升”工艺，具体工艺流程是：

4.1 搭设施工平台

挂篮采用自行设计的型钢拼装，由10#槽钢和5#角钢组装而成。10#槽钢横向担在盖梁上，两侧采用5#角钢焊接而成的框架与槽钢栓连接。

由于我国司法机关本身固有的思维中往往对于被害人陈述持有一种偏袒与信任的态度，对于被害人的陈述有一种信任的潜意识，所以当被害人陈述与犯罪嫌疑人的供述和辩解相冲突的时候，往往倾向于相信被害人陈述，按照被害人陈述所提供的侦查方向去搜集证据，意图早日破案。这往往就导致了司法机关尤其是公安机关的刑讯逼供，屈打成招。引入证伪思维对被害人陈述进行审查判断，有利于辨别是否诬告、错告，从而从侦查阶段就使冤假错案发生的可能性降到最低。

4.2 确定和摆放千斤顶支撑及临时垫块的位置

千斤顶上面垫设钢板，防止梁板局部受力过大遭到破坏。

4.3 梁体顶升及临时支撑安装

(1)安装计算机控制位移同步顶升系统装置，待装置验收合格后进行试顶，顶至主梁脱空1～2 mm时停止，检查各项无任何异常后进行整体顶升。顶升速度控制在1 mm/min左右，顶升高度以顶升达到设计高度并保证梁体脱开支座、顺利更换支座为准。20 m跨最大顶升高度≤5 mm；30 m跨最大顶升高度≤8 mm；50 m跨最大顶升高度≤10 mm。

(2)顶升到设计高度后，安装临时垫块，将梁体上部结构调整至梁体永久标高位置处，检查临时支撑体系，确保受力可靠且安全无误后，撤除液压顶升系统及千斤顶，拆除原板式橡胶支座。

(3)增设调平钢板及垫石处理。

①调平钢板的制作

当梁体预埋钢板凹凸不平带有不规则的曲面，其倾斜度θ>2°时，采用凹槽楔形调平钢板。凹槽楔形调平钢板为横桥向单面坡(坡形尺寸为4～10 mm、5～10 mm、6～10 mm三种或更多规格)，在坡面板的表面中间位置铣刨一个长方体的方形槽，其深度为3 mm，槽边预留宽度为15～20 mm。预留凹槽的目的是为了适应原预埋钢板变形表面(见图1)。

图1 凹槽楔形调平钢板制作示意图(mm)

图2 楔形调平钢板制作示意图(mm)

②增设调平钢板

对于30 m跨：拆除预埋钢板上的不锈钢板，对梁体预埋钢板进行除锈后，采用焊接的方式和环氧树脂材料进行粘结，在原存有安装偏差的支座钢垫板表面，增设调平支座垫板。调平方法为：先用一个可调节支架把调平钢板支立，用水平尺把纵、横两方向初步抄平，查看新调平钢板与预埋钢板之间的相贴情况，对影响相贴的点做好标识，对新调平钢板上的标识点利用手提式砂轮进行打磨，重复上述步骤直至新调平钢板与预埋钢板相贴，即纵、横向都水平为止。预留槽内填充环氧树脂，调平钢板与预留钢板相贴的部位采用间断焊接。

对于50 m跨：鉴于当时梁体设计并未设有梁底预埋钢板，经重新设计后采用焊接的L形调平钢板，底板与腹板焊接成L形，并结合环氧树脂进行粘结，对盆式支座安装起到固定、调平的作用。调平方法为：用可调节支架把其固定住，遵循安装板式橡胶支座的调平钢板操作程序。

③垫石处理

对于30 m跨：从安装好的调平钢板往下测量板式橡胶支座安装所需高度，在支座垫石四周划好标识线，采用机械切割方法沿着盖梁将垫石从盖梁上拆除，然后用手提式混凝土切割机沿标识线切割支座垫石，在其顶面纵横交错切割所需深度，用錾子凿除混凝土，用角磨机打磨垫石混凝土表面。垫石底部采用结构胶对其复位，其周围用水泥砂浆勾缝。

对于50 m跨：将原垫石全部凿除，重新绑扎网片钢筋和支护模板后，采用具有自流平式、快干、早强、高强无收缩等性能的CGM灌浆料进行垫石浇筑。

4.4 支座安装及落梁

对于30 m跨：把重新选定的支座顶面紧贴调平钢板或不锈钢板(不锈钢板与调平钢板间采用点焊)，在橡胶支座下面用钢板结合环氧树脂塞实，支座调整合适后在底部周围用水泥砂浆勾缝。通过千斤顶与临时支撑的配合，在上部竖向荷载作用下钢楔块沿接触面产生相对滑动，直至钢楔块上的力全部转移至支座上完成体系转换，最后取出临时垫块及千斤顶。

对于50 m跨：当调平钢板胶固化后以及新浇筑垫石达到设计强度时，才能安装盆式支座。盆式支座用手动式千斤顶预加压调平，用支架将其固定，盆式支座与调平钢板要点焊，四个角必须焊接，焊缝长度≥30 mm，焊缝高度6 mm，每个边的中间要焊接，焊缝高度与长度均相同，共8个焊点。焊接时要对称实施，不可按顺序连续施焊，最后撤下千斤顶及临时支撑。