拉压支座更换关键技术研究

韦积分，毛振方

（1.招商局公路网络科技控股股份有限公司桂林公司，广西 桂林 541200；2.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400000）

在设有辅助墩拉压力支座的斜拉桥中，拉压支座起到了改善结构受力状态的关键性作用，一旦辅助墩拉压力支座失效，桥梁结构的边界条件发生改变，将导致斜拉索的索力重分配，使得结构的实际受力状况与设计意图严重不符，影响桥梁的正常使用。鉴于此，文章以某斜拉桥作为工程背景，结合该桥实测的数据及施工方案，对其在运营期间拉压支座拉力螺杆失效原因进行分析，并创新性地采用车载加重的方式抬升梁体，更换拉压支座，以供借鉴。

1 支座更换方法

一般采取千斤顶直接顶升梁体更换拉压支座。支架、工作平台和千斤顶安装完毕，待临时承重基础满足要求后，即开始试顶，消除支撑本身的非弹性变形或沉降；试顶完毕后，正式顶升梁体，使梁体抬高去除原有支座，清理好支座垫块，支座下方用高标号环氧树脂砂浆找平，精确计算高度，利用钢板进行调节；调节完毕后重新安装检验合格的新支座，然后撤出临时支撑，主梁回落之后，将支座锁定。

2 实际工程的应用

2.1 工程概况

某桥位于重庆境内的高速公路上，全长1001m，其中主桥长632m。主桥上部结构为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，全桥跨径组合为2×（4×40）m（预应力混凝土连续T 梁）+（50+108+316+108+50）m（斜拉桥）+1×40m（预应力混凝土简支T 梁）。主桥上部结构为塔梁分离的漂浮体系结构，单边采用4×25+2=102根索扇形布置。主梁采用预应力混凝土分离式倒梯形断面。索塔采用“H”形索塔、空心薄壁箱型截面。上塔柱高45.671m，中塔柱高43.379m，下塔柱高25.15m。索塔底部主墩墩身采用单箱4 室空心薄壁截面，交接墩和辅助墩均采用顺桥向长5.00m、横桥向宽为3.00m 的双柱式空心薄壁墩；桩基础采用2 排共8 根桩径2.00m的挖孔灌注桩。主桥辅助墩墩顶和交接墩顶上均设置拉压支座。该桥设计荷载为汽车-超20 级，挂车-120，于2008 年12 月建成通车。

2.2 拉压支座病害

该桥经过多年的运营，由于重载交通量不断增加，在2019 年全桥的定期检查中，发现辅助墩拉压支座上钢板部分螺栓剪断，部分松动，支座抗拉功能严重下降，现场可见拍击现象，如图1 ～3 所示。

图1 拉压支座病害

图2 主梁拍击

图3 辅助墩顶拉压支座锚栓锚固情况检查示意图

2.3 拉压支座失效原因分析

经分析，笔者认为支座被破坏的原因可能为以下几个方面：（1）由于拉压支座产品自身质量较差，或构造存在缺陷，造成锚杆应力较大从而造成支座破坏。（2）施工支座上、下钢盆预埋件时位置存在偏差，在安装支座时将上、下钢盆强行合拢，导致支座锚栓存在较大的初始应力。（3）大桥施工期间或施工完成后，桥梁线形和索力未达到设计预期的目标状态，造成辅助墩处的支座拉力或水平剪力超出原设计值，最终导致拉压支座破坏。（4）大桥在运营期间，如果辅助墩发生沉降或者偏位，则有可能引起支座拉力或水平剪力大于设计值，造成拉压支座破坏。

2.4 传统更换拉压支座方法

在传统斜拉桥辅助墩拉压支座更换中，一般采取千斤顶直接顶升梁体，使梁体抬高将旧支座取出更换新支座，然后撤出临时支撑，主梁回落之后，将支座锁定，更换后的支座依旧是受拉力和压力的作用。传统顶升采用千斤顶直接顶升梁体，机具设备少，成本低廉；工序简单，施工快速，中断交通时间很短；对桥下场所无要求，适用于多种桥梁类型。但对辅助墩墩顶主梁施加强制位移后，会使得主梁在恒载作用下的弯矩图发生永久变化，主梁内力与未更换支座时相比有所增加，因为此工况在正常运营期间不会发生，对主梁的内力状态造成较大改变。

2.5 创新性更换拉压支座方法

（1）车辆加载顶升方案。车载加重方案是创新性地利用荷载试验的理念，采用在跨中对称布置加载车加载的方式，使辅助墩墩顶处的主梁抬高，通过改变加载车的数量和位置，进行分级加载，可以实现墩顶处主梁抬高至合适的高度，从而达到抬升梁体的作用，以满足支座更换施工空间的需求。车辆的布载方案与荷载试验采用的布载方案类似，根据辅助墩处主梁位移影响线，在跨中采用三级加载方式，加载车辆轴距及轴重可根据实际情况进行一定调整，但轴距相差不应超过20cm，轴重偏差不应大于5%。车辆一级加载4 辆330kN 重车，按桥面纵向线对称布置于跨中，辅助墩支座处主梁抬高3.78cm；车辆二级加载2 辆330kN 重车，辅助墩支座处主梁进一步上抬2.97cm，总升高量6.75cm；车辆三级加载2 辆330kN 重车，辅助墩支座处主梁进一步上抬2.54cm，总升高量9.29cm。共加载8 辆330kN 重车，梁体升高后，更换拉压支座。

（2）车辆加载顶升优越性。采用千斤顶直接顶升梁体，造成主梁在恒载作用下的弯矩图发生永久变化，为减小更换支座对主梁内力的影响，提出在跨中布置加载车加载的方式，使辅助墩墩顶处的主梁抬高，进而更换拉压支座。车辆加载方案是桥梁实际运行期间可能出现的荷载工况，故此方案可能对主梁内力状态影响较小，具体对比如表1 所示。

表1 加载方式对比表

由以上结果可以看出，采用车辆加载模式，在加载过程中，主梁最大弯矩为89680.5kN·m，较更换支座前恒载弯矩增加18.9%；车辆撤下后，主梁在恒载作用下最大弯矩为89962kN·m,相对于未更换支座前增大19.3%。而采用直接顶升的方式，加载过程中，主梁最大弯矩达到95278.0kN·m，较更换支座前恒载弯矩增加26.4%；更换支座后，主梁在恒载作用下最大弯矩为91361kN·m,相对增大21.7%。由此可看出，采用车辆加载的方式对于主梁内力的影响相对较小。

2.6 车辆加载方案重难点

（1）辅助墩支座竖向设计抗压承载力500t，抗拉承载力300t，顶升重量大，起顶设备需求量多。由于在某种荷载组合下支座会出现拉力，因此还需要设置临时抗拉措施。（2）桥梁跨径大，受昼夜温差影响，主梁的纵向变形大，施工过程中需考虑临时支撑结构的滑移。

3 结束语

文章根据荷载试验影响线加载的思想，创新性的提出了采用车辆在跨中加载的方式抬高梁体，并计算对比了直接顶升施加强制位移和通过加载车使梁体上翘两种方式在更换支座后的恒载内力情况。结果表明，采用车辆加载的方式，对于主梁内力的影响，无论是在加载期间或是卸载后均较直接顶升主梁的方式小，故采用车辆加载的方法更换拉压支座。