公路桥梁支座病害分析及更换选取解决方案探析

祁朝相

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

0 引言

随着我国基础设施建设高速发展,桥梁病害问题日益引起重视。随着运营年限增长,支座构件由于检测困难,日常检查及定期检查覆盖率不高,部分老旧桥梁支座会产生一些危及桥梁运营安全的隐患。对于结构出现病害,特别是危及到结构安全的桥梁,一旦中断交通,会造成较大的社会影响。文章对某公路桥梁支座典型病害成因进行分析,再延伸出同步顶升的支座更换方法,有效解决支座选取问题,为相关技术人员提供参考。

1 某桥梁支座病害现状及成因分析

1.1 桥梁结构概况及支座病害现状

某高速公路桥梁建成于2002年。该桥跨径布置为19m×30m,全长576m,交角为90°,桥面净宽为11.25m,内外侧设置0.5m混凝土护栏;桥面铺装采用沥青混凝土,有5道型钢伸缩缝,分别位于0号、19号台顶和5号、10号、15号墩顶。支座为板式橡胶支座,上部结构为预应力砼连续箱形梁及T形梁,下部结构为钢筋混凝土肋板式桥台,钢筋混凝土双柱式桥墩,灌注桩基础。设计荷载为汽车-超20级,挂车-120级。该桥第3孔跨小河,第8孔跨公路。

2022年检测时,发现全桥支座均老化开裂,大部分支座开裂严重。19-19-2号支座垫石剥落、露筋,共21个支座剪切变形,最大变形角度为45°,具体见图1～图4。

图1 5-5-1号支座严重老化开裂

图2 10-10-2号支座严重老化开裂

图3 14-14-1号支座老化开裂

图4 7-7-2号支座纵向剪切变形过大

综上,鉴于该桥支座缺损状况较为严重,按照现行《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21—2011)[1],该桥支座应评为5类,已严重威胁到桥梁结构安全,且病害有进一步发展的趋势,需及时进行维修处治。

1.2 病害成因分析

根据上述结构分析及病害描述,病害成因具体如下:(1)该桥在梁体自重、车辆荷载、温度效应的综合作用下,为适应梁体变形,支座产生剪切变形现象。(2)野外环境作用下,支座橡胶质量缺陷引起该桥支座老化。(3)由于该桥位于车流量较大的高速公路,且重车较多,加之部分支座垫石破损,支座高差进一步增大,支座在重车的集中力作用下开裂,严重影响行车安全。该桥建成并运营多年后,亟需消除上述安全隐患。

2 解决方案

由于该桥病害问题较为严重,且需在确保结构安全的前提下尽快恢复交通,故采用同步顶升主梁更换全桥支座的方案。新更换支座除应满足承载力要求外,还需保持整体桥面高程。由于该桥修建年代久远,适配支座已经停产,新规范下的支座高度与原桥梁设计支座高度不一致,存在新规范条件下的支座选取问题。文章通过在新更换支座上方加装适配该桥纵向坡度的楔形钢板,对支座高差进行调整,使原桥桥面高程保持不变。

2.1 支座选取

通过查阅原设计图纸可知,该桥每个墩台顶为2个支座,台顶原支座为TCYBA475×105,墩顶原支座为GYZA650×140,该桥原支座高度分别为105mm和140mm。通过有限元分析计算得到该桥支反力,如图5所示。

图5 支反力结果示意图(单位:kN)

通过查询《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T 4-2019)[2],分别选取台顶、边墩墩顶及中墩墩顶的支座为GBZYH500×92、GBZY800×125 和GBZY700×125,保证该桥支座更换后满足承载力要求,且更换后支座的竖向承载能力有所富余。承载力统计见表1。

表1 支反力计算及新更换支座承载力统计表

综合考虑新支座与原支座高差,选取相应的楔形钢板,更换的新支座及楔形钢板型号见表2。

表2 支座更换及维修数量表

新支座高分别为92mm和125mm,与原桥支座高差分别为13mm和15mm,故通过适配原桥梁底钢板大小的楔形钢板进行补充,以保证原桥整体高程不变,不产生桥面高差,从而避免跳车现象。

2.2 同步顶升主梁并更换支座

更换支座使用的千斤顶通过计算确定。各梁端宜采用双支点顶升,选择千斤顶时应考虑2倍安全系数,顶升时注意桥墩及系梁位移情况,若发生位移,立即停止施工。定制支座和采购配套材料前,现场测量支座。由于该桥位于东北地区,必须采用耐寒型支座。设计时,需考虑原桥支座能够在千斤顶缝隙中安全取出,即保证千斤顶的间距大于圆形支座直径或矩形支座的短边距离。

施工过程中宜封闭交通,如无法封闭,应禁止30t以上车辆通行,保证过往车辆及作业人员安全。同一墩上的梁体必须同步顶升,在千斤顶附近安装百分表或位移计进行变形监测,确保同步顶升、同步落梁。顶升施工应有完整的施工及监测方案,经过论证确认后方可施工。梁底钢板、更换新支座时采用的楔形钢板、支座垫石顶预埋钢板要保持水平,确保支座水平放置。支座更换完成后,同步缓慢回落梁板至新更换的支座,详细检查垫石及支座,确认压紧密贴、位置正确后,撤除顶升系统。支座更换示意图如图6和图7。

图6 支座更换示意图一(单位:mm)

图7 支座更换示意图二(单位:mm)

该加固方案保证了维修前后桥面高程一致,新更换支座亦能满足荷载作用下的竖向承载力要求。加固后,该桥支座上行承载力富余1%～25%,具有一定的安全储备,可认为该方案对支座的修复效果较为明显,支座承载能力有明显提升。

3 结论

文章综合考虑桥梁所处位置及路线情况,针对某高速公路桥梁支座老化、剪切变形等病害成因进行分析,提出支座选取及同步顶升更换支座的维修方案,并通过验算得出该桥经此方案加固后桥面高程保持不变,支座承载力得到保障并留有一定的安全储备,达到预期加固目的。研究可为此类工程问题的解决提供参考[3]。