高速铁路简支梁桥支座转角超限维修调整

冯 浩

（中国铁路兰州局集团有限公司兰州西工务段，甘肃 兰州730050）

为确保高速铁路高平顺性和高稳定性，我国高速铁路桥梁大量采用了常用跨度预应力混凝土简支箱梁结构。受施工安装误差、桥梁上部结构弯曲变形等因素的影响[1]，运营后的桥梁支座出现转角超限等局部病害，严重影响桥梁的安全使用。根据《高速铁路桥隧建筑物修理规则》[2]（TG/GW114-2011）关于支座劣化等级评定的规定，支座实际转角超出设计值20%以上评定为A1级，即：构件的结构性能严重劣化，进一步发展会危及行车安全，需大修或及时进行更新改造整治。

1 概述

兰新高铁某特大桥设计最高时速250km/h,桥梁全长1001m,孔跨布置为7×24m+25×32m预应力混凝土简支箱支座板四角高差超出安装允许偏差、转角超限病害，其中5号墩ZX支座上下支座板水平高差25mm、实测转角0.031rad，超出设计值55%；23号墩ZX支座上下支座板水平高差31mm、实测转角0.039rad，超出设计值95%。5号、23号墩上部结构为32m预应力混凝土双线简支箱梁，支座采用CKPZ-III-5000客运专线盆式橡胶支座，设计地震动峰值加速度≤0.2g，转角0.02rad。支座病害情况如图1所示。

图1 5号墩ZX支座病害图

2 整治方案及施工参数分析

2.1 整治方案

因该线路为运营线路，为确保施工过程中桥梁结构的安全，综合考虑线路运行条件、维修天窗时间及作业空间等因素，采用液压千斤顶同步顶升箱梁的方法进行超限支座调整施工。

2.2 施工技术参数分析

1)顶升安全性分析。由于桥梁结构为简支箱梁，两端受力，梁的顶升只是支点的位置发生了变化，并不改变其结构状态；每孔梁上的轨道板为6.5m单元板结构，两个单元板间设置宽100mm的伸缩缝，桥梁栏杆、电缆槽等均在梁端处断开，顶升过程中仅钢轨伸缩变形产生较小的附加力，可以忽略不计。因此，对桥墩基础来说，顶升过程中没有增加附加荷载，桥梁结构安全。

2)顶升设备选用及布设。根据设计资料可知32m跨度箱梁平均自重约830T、二期横载512T，每孔梁设支座4个、每端2个，则竖向支座反力约为335T。

顶升设备选用应综合考虑各种不利因素的影响，原则上取计算顶升重量的1.2倍以上作为选取的依据[3]。根据支座反力以及墩台的作业空间，选用6台型号为QFB-200的千斤顶，油缸外径245mm、内径200mm，单台顶力2000kN。在每个支座紧靠支承垫石处布置3台千斤顶，并在梁端底部采用300×300×20mm的分布钢板，防止局部应力过大，破坏梁体混凝土。千斤顶布置如图2所示。则梁端单侧顶升能力为200T/台×6=1200T，顶升安全系数为 1200T÷（335T×2）≈1.8 倍，满足顶升要求。

图2 千斤顶布置示意图(cm)

3)混凝土局部承压强度检算。根据设计资料，梁体为C50预应力钢筋混凝土，桥墩顶帽为C35钢筋混凝土，为保证结构安全，检算过程中混凝土强度取值按C35混凝土计算。

每个千斤顶的受力为N=3350kN÷3≈1120kN；既有桥墩顶帽为 C35混凝土[4]，[σc]=9.3MPa。千斤顶油缸外径为245mm，布设如图2所示，根据《铁路桥涵混凝土结构设计规范》[4]（TB10092-2017）计算面积，则有

计算底面半径为：300+245/2=422.5mm

计算底面积为：A=3.14×0.42252=0.561m2

局部承压计算底面积：

AC=πr=3.14×（0.245÷2）2=0.0471m2

混凝土局部承压提高系数：

混凝土局部承压应力为：

满足局部承压强度要求。

(4)顶升高度控制

桥梁设计规范要求，简支梁相邻两支点基础不均匀沉降不大于10mm；文献[3]研究表明，简支箱梁的梁体的最大顶升量是由混凝土轨道结构的拉应力控制的。根据实际作业需要，设定最大顶升量为6mm。

3 施工流程及关键工序

主要施工工艺流程为：施工准备→搭设施工平台→安装调试千斤顶→松开无砟轨道扣件、支座锚固螺栓→预顶升→顶梁→安装临时支撑→拆除倾支座→凿除垫石自流平砂浆、调整地脚螺栓→重新安装调平支座→拆除临时支撑、落梁→安装模板、支座灌浆→恢复无砟轨道扣件→拆除顶升设备→轨道精调。

3.1 施工准备

1)施工前详细测量支座各项参数及超限数据，确保预制的异型板技术参数满足现场实际需要。

2)施工前一日提前清理墩顶及支座垫石表面杂物，封锁前1h对支座上下板临时连接，并将顶升设备安装调试到位，节省天窗作业时间。

3)在每孔梁靠近顶升端底部设置横向和纵向位移观测点各2个，监控梁体纵横向位移。

3.2 梁体顶升

1)解除约束，顶升前以调整支座处的梁端缝为中心，松开前后各20m范围内的线路扣件，并撤出轨下6mm橡胶垫板；采用专用管钳将超限支座上下座板锚固螺栓全部拆除。

2)试顶升，顶升之前必须进行试顶升，检查千斤顶、油管是否有漏油，梁体、墩台是否有压裂等异常情况。

3)梁体顶升采用计算机控制多点同步液压顶升系统，确保控制多点同步顶升，各千斤顶同步位移差≤±0.5mm，并准确控制梁体顶升高度[5]。顶升过程应采用分级顶升，每一级行程的最大位移控制在2mm以内，发现异常情况立即停止顶升并分析原因，排除问题后方可继续顶升。

4)在顶升达到设定高度6mm后，停止加载，进行千斤顶保压，及时增设临时支撑垫实梁体，并采集液压表各项数据。

5)顶升过程中设置专人对梁体的横向、纵向位移进行监测，一旦超出限定值，立及通知负责人停止顶升。

3.3 支座调整

1)拆除支座。临时支撑安装稳定后，根据既有支座位置在垫石上标出支座十字交又中心线，用电镐凿除支座四周的灌浆层，将支座沿预设轨道移出梁底，并及时清理支座位置及周围杂物。

2)凿除灌浆层。支座移出后，沿支座底面以下12mm划线刻槽，确保钢筋保护层，然后用电镐快速凿除混凝土垫石表面的灌浆层。

3)割除预埋套筒。根据实测数据，用切割机将下底座板地脚螺栓预埋套筒打磨平整，并清洗混凝土表面。

4)支座调整。对支座上底板倾斜的调整，采用预制的异型上支座板更换原有支座板进行调整，预制异型上支座板需提前对问题支座进行准确测量并提供数据。在专业技术人员的指导下，将预制的异型上支座板与下支座板进行组装调平，使得支座球体完全吻合。同时根据安装时的温度设置好偏移量[6]，用钢筋将上下支座板临时焊接固定，再将组装好的支座移至原设计位置，安装锚固螺栓。

对支座下底板倾斜的调整，首先凿除灌浆层，待支座移出后快速凿除垫石表面的灌浆层，采用切割机将下底座板地脚螺栓预埋套筒打磨平整，同时在支座板底部加垫不同厚度规格的钢板进行调平，安装新的地脚螺栓，确保支座平整度控制在1mm之内。

3.4 落梁

1)落梁时，先顶升梁体1mm左右，拆除临时支撑，开始缓慢落梁（速度控制在1mm/min左右），落梁过程要保持梁体整体平稳，直到梁体落实为止。可在防落梁与垫石间加塞硬木，防止梁体发生横向位移。

2)梁体就位后，对支座上钢板与梁底的密贴情况、支座下钢板与垫石的密贴情况进行检查，确保支座与梁底、垫石密贴。

3)落梁过程中专人对梁体的横向、纵向位移进行监测记录，一旦超出限定值，立刻通知负责人停止落梁作业。若梁体产生横向位移，可采用10T千斤顶利用防落梁进行纠偏。

3.5 支座灌浆

落梁到位后，安装支座灌浆层模板，进行支座灌浆。灌浆采用重力式灌浆法，材料严格按照配合比进行拌制，并留好试块，强度达到20MPa以上时，方可回油退顶。

3.6 拆除顶升设备、恢复线路

拆除顶升系统，清理施工作业现场。及时恢复无砟轨道轨道扣件，并组织对调整支座前后200m范围内线路进行检查，对超限处所及时组织进行精调，确保轨道几何尺寸符合列车放行标准。支座调整施工全部结束后，对线路进行测量精调，逐级恢复线路允许速度。

4 结束语

该桥梁支座病害经过维修整治后，经过近半年的运营实践，无砟轨道底座板、轨道板没有出现离缝，轨道恢复后几何尺寸状态良好，线路条件安全可控，达到了预期的效果。从实践效果表明，采取大吨位千斤顶多点同步顶升方法进行支座的维修调整，能有效解决高速铁路简支梁桥支座转角超限病害，同时为运营高速铁路无砟轨道桥梁支座维修整治积累更多的经验。