高速铁路特大桥连续梁支座病害整治技术

王亚国

（中铁一局集团第四工程有限公司，陕西咸阳 712000）

1 工程概况

商合杭铁路一特大桥跨S325省道采用（60+100+100+60）m连续梁，梁体采用单箱单室、变高度、变截面直腹板形式。连续梁主墩为64#，65#，66#，边墩为63#，67#。连续梁共设置10个球型钢支座，与连续梁相邻的62#—63#墩架设简支梁。具体跨度及支座布置见图1。其中：①，③为纵向活动支座；②，④为多向活动支座；⑤为固定支座；⑥为横向活动支座。

图1 支座布置（单位：m）

63#墩为高低墩，低墩（高13.5 m）侧为连续梁，高墩（高15.3 m）侧为32.6 m简支梁，墩身采用C35钢筋混凝土浇筑，垫石采用C50钢筋混凝土浇筑。低墩侧支座采用TJQZ‐通桥8361铁路桥梁球型支座[1]；高墩侧支座采用TJQZ‐8360铁路桥梁球型支座[2]。

桥梁验收时发现63#墩连续梁端线路左侧支座上钢板大小里程方向预留偏移量均与理论计算值相差非常大[3]。根据设计要求安装支座上钢板时应向小里程侧预留5.8 cm偏移量。不考虑温度对梁体收缩的影响，施工完成时上钢板大小里程方向理论偏移量均为17 cm。考虑目前最高气温35℃（合龙时气温10℃），梁体受温度影响最大伸长量为4 cm，支座上钢板小里程侧理论偏移量21 cm，大里程侧理论偏移量13 cm。通过测量63#墩连续梁端线路左侧支座上钢板小里程侧、大里程侧预留偏移量分别为10，24 cm。

2 处理方案和技术要求

2.1 处理方案

针对63#墩左侧球形支座上钢板纵向预留偏移量考虑不足的问题，为确保其在极限温度下正常滑移且有富余量，结合实际情况，将已安装的支座上钢板更换为导向钢板及不锈钢板向小里程方向偏移70 mm的异形支座上钢板（见图2），其余组件不变。采用PLC（Programmable Logic Controller）同步顶升系统控制大吨位液压千斤顶[4]，更换已安装的支座上钢板。

图2 支座上钢板平面图（单位：mm）

2.2 技术要求

商合铁路设计为双线，时速350 km，线间距5.0 m。设计荷载采用ZK活载，采用CRTSⅢ型板式无砟轨道，轨顶至梁顶0.738 m。铺设无缝线路，钢轨60 kg/m。现场已经开始联调联试，确保运营安全是最关键的技术要求。

1）支座安装纵向预偏量及梁端补偿技术要求

支座纵向预偏量指上钢板偏离理论中心的距离。设Δδ1为箱梁在预应力、二期恒载和收缩徐变作用下引起的各支座位移量，Δδ2为由于实际合龙温度与计算温度之差引起的各支座位移量，则各支座的纵向预偏量Δ=-Δδ1+Δδ2。其中负号表示按计算所得位移反方向设置预偏量。本桥设计合龙温度为5～15℃。施工过程中应根据具体的合龙温度、混凝土龄期、预应力情况、工期等确定支座预偏量。各支座Δδ1数值及方向见表1。

表1 各支座Δδ1数值及其方向

由预应力、二期恒载和收缩徐变共同作用引起的边支座位移量为58 mm。施工时参考该值，再考虑实际情况对梁端进行补偿。

2）同步抬梁技术要求

箱梁顶升速率不得大于3 mm/min；箱梁落顶速率不得大于2 mm/min；同步顶升误差不得超过3 mm。落梁就位后，与原标高相差不得超过1 mm[5]。严格控制顶升量，顶升时观察各千斤顶的顶升高度是否同步，发现不同步时及时调整。顶升到位后立即将千斤顶锁定。

3 支座更换施工流程

3.1 施工准备

1）人员培训与设备校检，支座状态检查确认，桥梁结构检查。严格培训操作人员，考核合格才能上岗。对所需施工设备进行校检标定，保证设备精度达标、性能稳定。

2）确定上桥位置，防落梁挡块拆除，支座围板拆除，梁体纵向限位。经现场调查各个桥墩高度后，确定从64#墩上桥，通过箱梁内部到达63#墩顶。拆卸63#墩连续梁端防落梁挡块和支座围板，清理墩顶影响操作的杂物等。为了预防顶起后梁体纵向窜动，在连续梁与简支梁的梁缝采取限位措施。每个梁缝的左侧和右侧位置在塑料袋内灌注自流平砂浆进行梁体纵向限位。限制 61#—62#，62#—63#共 2片梁。

3）支座上钢板滑出平台搭设，墩顶、梁底钢板固定。由于支座为纵向活动支座，待更换的上钢板必须顺桥沿大里程方向滑移脱落。为确保安全拆除，在大里程方向搭设上钢板滑出平台（图3）。为避免在顶升作业时桥墩墩顶和连续梁梁底受到破坏，分别在千斤顶顶部和底部铺垫厚25 m的钢板（图4）。

图3 支座上钢板滑出平台

图4 千斤顶顶部和底部铺垫钢板

4）千斤顶布置

根据设计单位提供的支点反力（表2）以及支座竖向承载力，63#墩顶升时配置6台600 t液压千斤顶[6]。

表2 桥墩顶支点反力

现场截取千斤顶上下钢垫板。根据防落梁预埋钢板尺寸，钢垫板面积不小于0.16 m2。桥墩液压千斤顶布置如图5所示。连续梁侧2台千斤顶通过一个传感器控制，故采用一个编号。

图5 63#墩液压千斤顶布置（单位：cm）

为保证支座上钢板顺利取出和安装，安装千斤顶前，须对梁底支座预埋钢板周围混凝土错台采用手持角磨机进行打磨。采用汽车吊将所需的液压千斤顶吊至墩顶，再滑移至墩顶固定好的平台上。在液压千斤顶顶帽与梁底之间加垫薄橡胶板，防止在顶升过程中出现滑动现象。放置下钢垫板前由测量组先定位，并用细砂找平。根据千斤顶位置提前在下钢垫板上刻画中心线，千斤顶放置时与钢垫板中心线对齐。

液压千斤顶的顶升采用PLC液压同步顶升控制系统。控制系统由PLC液压控制室、液压泵站、液压千斤顶、位移监控系统等组成。控制系统通过力的平衡自动调整各点顶升力。各点所需的顶升力与实际提供值相符。在连续梁顶升过程中，为保证横桥向两点同步，布置位移传感器时注意每个传感器尽可能靠外侧且在同一直线上，且该直线要与液压千斤顶平行。

5）桥面测量及监测

①测量施工区段轨道温度。为防止钢轨温度过高时松开扣件对钢轨产生影响，顶升之前安排专人对钢轨温度进行测量。温度达到35℃以下时松开63#墩梁缝大小里程各2块轨道板长度范围内的扣件，顶升施工完成后再恢复。

②63#和64#墩差异沉降监测。顶升前安排人员对63#，64#墩的标高进行初始测量，顶升过程中更换支座上钢板时、落梁后进行连续测量，并与初始标高进行比较。

③梁体、无砟轨道测量及监测。更换63#墩连续梁端线路左侧支座上钢板前，在62#—64#墩区段无砟轨道上布设监测点并编号，采用全站仪进行测量，记录初始平面坐标和标高；上钢板更换完成后再次测量，并和初始测量结果对比，对不符合要求的进行精调，以满足轨道平顺性要求。

④营业线路封锁。按照联调联试指挥部要求提前呈报营业线施工计划书，写明需要封锁施工的段落和时间，严格按照批复的营业线施工计划进行封锁施工。计划在1个天窗内完成支座更换，封锁时间控制在240 min以内，详见表3。施工期间设置防护人员进行防护。

表3 单个支座更换时间

3.2 支座顶升施工

根据对中国铁道科学研究院集团有限公司在京津城际、京福高速铁路支座病害数据的处理和分析，顶升过程中在确保桥梁四点同步顶升偏差不超过±0.5 mm的前提下梁体最大顶升量为15 mm。

根据连续梁施工图，计算得知63#—64#墩梁体竖向挠度最大限值为34 mm。

桥梁四点同步顶升作业步骤如下：

1）使用PLC同步顶升系统分级同步加压，顶升连续梁。

2）封锁施工[7]命令下达后，先将63#墩待更换支座上钢板螺栓全部拆除，松开63#墩梁缝大小里程各2块轨道板长度范围内的钢轨扣件，其余3个支座上钢板螺栓仅需拧出15 mm的长度（便于支座与箱梁正常脱离），然后将液压千斤顶完全贴合于梁底，开始试顶升（顶升上限设置为10 mm、速率设置为1 mm/min）。试顶升时要时刻观察显示屏上各点的位移数据、桥墩支座的脱离情况、千斤顶受力部位有无异常等，待达到设置值后，如无异常则可以开始顶升，直至达到顶升高度。

3）打开〈同步监控〉程序，进入〈顶升设置〉页面。选定顶升各点将其打开，然后进入〈顶升监控〉页面，设定好各点的贴合压力。打开总按钮，将单动开关拨至左边位置，然后按下〈贴合〉按钮，各点开始顶升，此时〈贴合〉灯闪烁，当〈贴合〉灯常亮时，表示千斤顶和梁体贴合结束（图6）。经现场指挥确认各工序准备就绪后，总指挥下达开始命令，现场指挥通过对讲机下达顶升指令，操作人员按下〈上升〉按钮。四点千斤顶开始运动（图7），当四点千斤顶的位移达到需要的顶升量时，按下〈停止〉按钮即可。

4）各观测点人员仔细观察百分表，约1 min后顶升高度达到1 mm停止顶升。通过对讲机确认各部位正常后，现场指挥下达指令给操作人员，顶升高度2 mm和3 mm分别停止顶升，再次检查设备和工装情况。若正常则继续顶升。

图6 贴合界面

图7 顶升界面

5）顶升过程中各监控人员密切监视各测量设备，有突变情况及时通过对讲机向现场指挥报告监测情况。现场指挥根据情况判断是否终止施工。

6）顶升高度达到10 mm时支座上钢板可以移动，此时千斤顶总负荷1 396.6 t，各个千斤顶之间位移最大相差0.2 mm，见表4。

表4 千斤顶最终位移、负荷

7）同步顶升系统将梁体顶起10 mm时梁底与待更换支座上钢板脱离。首先在液压千斤顶伸出活塞部位插入U形自锁装置，四点千斤顶同步下降，利用U形自锁装置支撑连续梁。然后采用2 t倒链、滚杠、小撬棍等辅助机具顺桥向将待更换支座上钢板滑至桥墩处搭设的临时存放平台并用吊车吊至桥下。再将新支座上钢板吊至平台上，滑入原位置，螺丝孔对位，调整四角高差[8]。

8）同步顶升连续梁，拆除U形自锁装置，同步下降连续梁，让其支座完全受力，紧固支座上钢板螺栓，再次检查支座四角高差。

9）施工完成后恢复松开的扣件，并对轨道进行精调；拆除支座上钢板存放平台，安装拆卸下来的支座围板、防落梁挡块；使用清理工具将桥墩范围内清理干净。

4 施工注意事项

1）控制四点顶升力，单点顶升力与四个支点顶升力的平均值相差不超过5%为宜[9]，防止千斤顶受力不均匀。

2）施工现场前要对施工平台、护栏等进行安全隐患排查。桥梁顶升过程中派人观察相邻桥墩、桥面各部位的变化情况，及时向现场指挥汇报。

3）千斤顶卸压要保持同步，液压油路安装一定要可靠，不得泄漏。

4）顶升前仔细分析顶升区段轨道情况，充分考虑63#墩支座顶升高度，合理安排钢轨扣件松开范围。

5 结论

针对一跨省道特大桥（60+100+100+60）m连续梁纵向活动支座上钢板预留偏移量不足问题，提出更换支座上钢板方案。施工技术总结如下：

1）结合现场实际情况将已安装的支座上钢板更换为导向钢板及不锈钢板向小里程偏移70 mm的异形支座上钢板，保证了支座在极限状态下能够正常滑动。

2）采用PLC同步顶升系统控制大吨位液压千斤顶对支座上钢板进行更换，确保各千斤顶同步顶升、同步受力，避免损坏梁体。

3）更换支座上钢板后，梁体在热胀冷缩和运营外力作用下可正常滑动，确保了高速铁路运营安全。