无垫石桥梁顶升更换支座技术的应用研究

2022-10-22牙韩胜

西部交通科技 2022年7期

牙韩胜

(广西路桥工程集团有限公司，广西南宁 530200)

0 引言

在经济化水平不断提高的同时，我国城市路网建设速度也越来越快，越来越规模化、网络化，早期建成的道路，受限于经济局限性和认知有限性等因素，已经无法充分满足当前大量的交通需求，城市道路本身的优势也无法最大化发挥出来，阻碍了当前社会发展，不能灵活应对阶段性交通量增长状况[1-2]。因此，迫切需要对现有城市道路进行扩容改造，促进交通顺畅通行，建立更加完善的交通路网。

在我国，有很多桥梁经过较长时间的使用之后，支座在反复荷载作用下会发生挤压变形，对这些桥梁进行改造时，需要更换已无法满足改建后设计荷载要求的旧支座。而在更换支座中，顶升技术能够发挥极大的作用，具有简便、能保存桥梁原状、节省资金等优势，不会对周围的环境产生太大的干扰[3]，能够快速完成支座更换，恢复交通。

在旧桥顶升更换支座的过程中，如遇到部分桥梁未设置垫石的情况，会导致盖梁顶作业空间受限，顶升作业难度较大。本次研究结合防城港市国门大道工程无支座垫石桥梁顶升支座更换施工技术研究的实践，研究无垫石旧桥梁板同步顶升方案的选择和顶升时对旧桥盖梁的保护，尽可能准确掌握同类旧桥同步顶升施工的工艺，研究出一整套更安全、更规范、可操作性更强的无垫石桥梁顶升支座更换施工技术，以期为同类工程提供有价值的参考借鉴。

1 工程概况

本文工程线路起点位于防城港大桥收费站处，整体的布线主体符合原本的线路部署情况，经过江山乡、江平镇等多个地区，在路过江平镇一带时，从镇子的北面绕行，工程线路终点K31+680在防城与东兴高速公路当中的东西进城大道枢纽处，全程长31 680 m。

根据本项目的旧桥改造方案，有多座旧桥需要进行顶升更换支座，旧桥设计顶升高度为7～16 mm，所有旧桥均无垫石，现以班埃中桥为代表，研究无垫石桥梁顶升更换支座的方法。班埃中桥顶升技术参数如表1所示。

表1 班埃中桥顶升技术参数表

2 方案比选

现状桥梁桥高约15 m，中间墩柱位于水中，桥梁上游为堤坝，常年流水。旧桥设计时无垫石，其支座已发生挤压变形，梁底与盖梁台帽下的空间很小，无法将千斤顶直接放在盖梁台帽上，所以需要解决顶升时如何放置千斤顶的问题，主要有几种方法：(1)牛腿支架法，即在盖梁立面钻孔，植入化学锚栓，采用工字钢牛腿作为顶升支架平台；(2)落地支架法，即将桥梁下方地面进行整平、换填、硬化后，搭设落地支架作为顶升支架平台；(3)凿除盖梁混凝土法，即根据千斤顶放置位置，在盖梁顶凿除部分盖梁的保护层混凝土，确保超薄千斤顶能塞入即可，并打磨混凝土面，作为顶升平台。本文将从安全性、经济性和施工进度方面比较各方案的优缺点，选择较合理的施工方法，方案比选分析如表2所示。

表2 方案比选分析表

对比分析各方案，最终选择凿除盖梁混凝土法进行顶升施工。

3 桥梁顶升施工

本项目梁板顶升施工于2021-09-01开工，于2021-12-14完成本标所有梁板顶升施工任务，总工期为105 d。本文着重描述和分析工程当中的顶升技术。

3.1 主要机械及仪器设备(表3)

表3 主要机械设备一览表

3.2 主要施工材料

旧桥顶升使用的材料主要为凿除盖梁作业及顶升作业提供作业平台的双排脚手架(表4)。脚手架材料进场时需按相关规范要求进行进场验收，验收合格后方可使用。

表4 主要材料一览表

3.3 桥梁顶升施工工艺

3.3.1 施工流程

图1 桥梁顶升施工流程图

3.3.2 主要施工工艺

3.3.2.1 支撑点设置

支撑点的设置要以保证梁体混凝土完整为目标，可以通过增加千斤顶和梁底的接触面积来减小局部混凝土受到的压力，满足将强度安全系数值维持在1.5以上的规定。在千斤顶和盖梁、梁底接触面之间，可以安装一个规格为200 mm×200 mm×10 mm的钢板，这样可以有效扩大上述两者混凝土的顶压面积，将实际梁底混凝土所承受压强维持在规定范围之内。本文的支撑点具体设置为使用C50桥梁板混凝土，将混凝土轴心抗压强度设计值大小规定为32.4 N/mm2。

表5 旧桥顶升梁体重量一览表

如表5所示为旧桥顶升梁体重量一览表。千斤顶布置按每片梁底两端各设2个千斤顶，以重量最大的边梁为例。

(1)单片梁自重：

G1=混凝土重量+钢筋重量=19.702 t

(2)桥面系自重：

G2=桥面铺装+沥青路面重量

=4.66+3.37=8.03 t

每片梁面积范围顶升总重：G=G1+G2=27.73 t

每片梁范围内布置4个千斤顶，每个千斤顶承重=27.73/4=6.93 t=67.91 kN

(3)混凝土局部受压验算：

施工当中添加在千斤顶和板梁之间的200 mm×200 mm×10 mm钢板所承受的压力面积为40 000 mm2。

可以计算出局部受压：

67.91×103N/40 000 mm2=1.70 N/mm2，且1.70 N/mm2<32.4 N/mm2。完全满足抗压要求。

3.3.2.2 千斤顶选择

本文使用的是30 t的千斤顶，其最远行程为10 mm，能够有效顶升高度。其中，千斤顶的安全系数为4.33，在规定范围之内。给每个千斤顶安装上液压锁能够避免系统、管路失压，维持负载支撑。

为了保证能在盖梁上放置千斤顶，需要在墩帽(台帽)顶面安放每个千斤顶的位置凿除混凝土，宽度为150 mm，厚20 mm，保证梁板底面与墩帽(台帽)之间有≥60 mm的高差安装千斤顶。因此，在这些位置安装千斤顶前，将安装千斤顶的范围内的混凝土面打磨平整。在千斤顶活塞与梁底间垫设一块10 mm厚的钢板，防止由于应力集中造成梁底混凝土损伤。千斤顶具体布置如下页图2～4所示。

图2 千斤顶平面布置图

图3 千斤顶布置立面图

图4 千斤顶布置剖面图

3.3.2.3 作业平台搭设

为了方便工人在凿除盖梁及顶升作业时的施工，需在墩台两侧设置双排脚手架，脚手架采用48 mm×3.5 mm的钢管搭设，立杆间距1.5 m，横杆步距为1.5 m，并按照相关规范要求设置剪刀撑及扫地杆。脚手架竖向每4.5 m高通过抱箍与墩台进行连接，以提高脚手架的稳固性。脚手架顶部平台距离梁底为1.7 m，保证工人能够站立施工。外侧设置防护栏及防护网，保障施工安全。

3.3.2.4 安装千斤顶

需要注意的是，在没有安装千斤顶之前，应对放置位置的混凝土进行凿除并打磨，并在千斤顶活塞和梁底接触面之间安装一个1.0 cm厚的钢板，减少应力集中现象，保护梁体混凝土。

3.3.2.5 试顶升

试顶升的目的是对顶升施工系统当中的工作情况和称重结果进行审核。具体措施是在正式顶升之前将顶升的高度提高1 mm进行试顶升。

3.3.2.6 正式顶升

通过试顶升审查之后，可以进一步进行正式顶升，顶升过程当中的顶升行程要高出新支座的高度1 mm，确保安装新支座时准确就位。顶升过程当中的最高顶升速度为1 mm/min。

3.3.2.7 落梁

落梁工作在支座更换、支座脱空处理工作执行并检查完成之后进行，整个过程需要受到系统的同步控制，其中要保证竖线监测点的同步误差≤±1 mm。落梁速度设置为与顶升速度相同。

3.3.2.8 盖梁顶修复

板梁顶升作业施工完毕之后，对影响千斤顶安装、需要凿除的墩帽(帽梁)位置，采用环氧砂浆(细石混凝土)进行修补，并采用薄膜保湿养护≥7 d，防止出现收缩裂缝。