對稱型鋼架及輔助支座組合加固舊橋墩柱施工工法

李建成，張玉明

（安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230031）

1 概 述

公路、鐵路等橋梁的墩柱基礎基本上都采用大直徑樁基且都為獨立樁基，因此對墩柱和樁基的偏位限制較嚴。在實際工程中，因施工處理不當、地質情況復雜、運行超載、長期老化等原因造成橋墩偏斜的現(xiàn)象經常出現(xiàn)。橋梁墩柱的偏位主要可以分為基礎偏位和結構偏位兩大類，其中基礎偏位，特別是樁基礎偏位較多，處理方法也日漸成熟，可根據(jù)實際情況綜合采用基礎托換、高壓旋噴加固地基、頂推糾偏等方法進行處理[1]-[2]。而對于上部結構偏位而言，情況更為復雜，在糾偏的同時往往還需要進行支座更換。目前針對老舊橋墩結構支座更換，進行糾偏補強尚未形成統(tǒng)一的施工方法。因此，改良老舊橋墩柱糾偏，特別是支座更換施工方法具有顯著的技術效益和社會效益。

本工法根據(jù)橋墩偏位尺度和結構破損等情況，采用墩底位置包箍澆筑混凝土增大截面、墩身上部采用鋼板包箍的方式進行維修，同時順橋向兩側各設置兩根H型鋼，供頂升換支座及安裝輔助支座使用；施工時基于多點同步頂升控制系統(tǒng)，將千斤頂與兩側型鋼架組成整體頂升系統(tǒng)，通過位移監(jiān)控系統(tǒng)確保頂升準確、可靠。該工法具有技術可靠、質量可控、施工方便高效、節(jié)省工期等優(yōu)點[8]。

2 工法特點

2.1 施工質量可控、整體性強

舊橋墩底位置采用鋼包箍澆筑混凝土增大截面，混凝土澆筑前預先在舊橋墩壁內植筋，增強新老混凝土結合，提高墩柱的整體抗壓能力；墩身上部進行裂縫封閉處理并采用鋼板包箍，提高墩柱上部的抗彎能力，且施工工藝簡單，操作方便，結構整體性強；采用PLC計算機控制多點同步頂升系統(tǒng)，實現(xiàn)力和位移的同步控制，從而實現(xiàn)可控的整體頂升，提高了施工效率和精度，保證了施工質量。

2.2 安全高效

舊橋墩身順橋向兩側各設置2根H型鋼，并在同側H型鋼之間焊接鋼桁架形成對稱型鋼架，型鋼架一方面與墩底增大截面內的混凝土共同形成型鋼混凝土柱，另一方面可供頂升箱梁更換支座和墩頂處理使用；在對稱型鋼架的四根H型鋼頂端各安裝一個輔助支座，為箱梁在柱頂支座再次損壞時提供及時支撐，起到有效的安全儲備；采用位移監(jiān)控系統(tǒng)對整個提升過程進行實時動態(tài)監(jiān)控，對測量數(shù)據(jù)進行及時評估，為頂升過程的控制提供依據(jù)，保證了提升的精度和施工的安全。

2.3 適用范圍

本施工方法適用于公路、鐵路等工程中在役橋梁墩柱的加固及支座更換安裝施工。

3 工藝原理

墩身加固工藝原理：根據(jù)在役橋梁墩柱產生大尺度偏位的原因以及損壞程度，先對舊橋墩底進行橫向鉆孔植筋，墩身上部安裝鋼板包圍，提高墩柱抗彎能力，并在墩身兩側安裝型鋼架；舊橋墩底設置鋼包箍模板后澆筑混凝土，由此墩身下部形成型鋼混凝土增大柱，不僅提高舊墩柱的整體受力能力及抗震能力，也大幅提升型鋼架的穩(wěn)定性。

墩頂支座更換工藝原理：采用PLC計算機控制多點同步頂升系統(tǒng)及位移監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)力和位移的同步控制，并根據(jù)分級頂升原則，采用先對更換支座墩頂升，后對相鄰墩同步頂升施工；更換支座時，保證安裝位置應與原支座一致，避免支座受壓不均勻；柱頂支座再次損壞時，由安裝在H型鋼頂端的輔助支座提供及時支撐。

對稱型鋼架及輔助支座組合加固舊橋墩柱底部結構橫截面如圖1所示，頂部結構橫截面如圖2所示。

對稱型鋼架及輔助支座組合加固舊橋墩柱施工工藝流程如圖3所示。

4.2 操作要點

4.2.1 墩身上部安裝包鋼板

①墩身上部結構采用灌注粘鋼膠的施工工藝安裝包鋼板。

圖1 對稱型鋼架及輔助支座組合加固舊橋墩柱底部結構橫截圖

圖2 對稱型鋼架及輔助支座組合加固舊橋墩柱頂部結構橫截圖

圖3 對稱型鋼架及輔助支座組合加固舊橋墩柱施工工藝流程圖

圖4 墩身上部包鋼板安裝施工

②安裝前，預先對粘貼區(qū)域混凝土表面進行鑿毛處理，直至堅實的混凝土石外露，并形成平整的粗糙面。

③在鋼板位置植錨栓。

④鋼板現(xiàn)場配套打孔，現(xiàn)場實際放樣進行鋼板下料，按現(xiàn)場已植埋的螺桿相對間距，對所粘貼的鋼板進行配套打孔；并對配套打孔的鋼板進行預掛試安裝，檢驗下一步粘貼工作的可操作性。

⑤鋼板粘貼面用磨光砂輪機對鋼板粘貼面進行除銹和粗糙處理，并在鋼板內表面焊結多個支撐點，確保灌膠空間滿足設計要求。

⑥鋼板吊裝完畢后，對鋼板封邊，封邊的同時要預留排氣孔，鋼板上面預留注膠孔；檢查各封邊質量，達到規(guī)定強度以后，用注膠罐向鋼板內注膠；注膠過程中，隨時封閉已經出膠的排氣孔（管），防止膠體外溢而浪費；達到凝固固化時間后，用敲擊的方法判斷粘結密實度，保證灌漿飽滿度達到90%以上。

⑦包鋼板外表面需按要求進行涂裝防銹處理?，F(xiàn)場施工如圖4所示。

4.2.2 對稱型鋼架安裝

①進行型鋼架安裝前，必須對承臺表面進行全面的質量檢查。

圖5 型鋼架表面處理施工

②對H型鋼柱及鋼構件進行檢驗，如圖5所示，檢驗合格后方可繼續(xù)下一步施工。

③單個型鋼架由兩根H型鋼柱與鋼桁架焊接而成。

④型鋼架吊裝前，根據(jù)設計圖紙要求，在相應位置施工2cm高性能灌漿料調平層。

⑤型鋼架采用汽車吊吊裝，對位時防止碰撞承臺頂部的鋼筋及螺栓，下落要緩慢，當套上螺母預緊后方可收吊臂。

⑥吊裝后對型鋼架的縱線路放線和橫線路方向斜率進行檢查，并及時調整；安裝檢查合格后將其分別承臺頂部限位鋼筋、墩身上部包鋼板焊接連接，如圖6所示。

4.2.3 墩身底部鋼抱箍安裝

①型鋼架經過驗收后進行鋼抱箍模板安裝，安裝前，先清洗墩底位置的殘留雜物、砂漿、石子以及散漏的混凝土。

②鋼抱箍由鋼板卷制焊接而成，根據(jù)高度分次安裝焊接；每批鋼抱箍進場及使用必須進行預拼裝、打磨、除銹。

③鋼抱箍檢驗合格進場后進行安裝固定。

4.2.4 原支座更換、安裝

①先將原舊橋墩頂支座拆除，拆除后清除墩頂與梁底之間的砂石和垃圾物，為支座安裝提供合理基礎。

②采用吊車將支座提升到墩頂操作平臺，安裝支座。支座安裝后進行調平處理。

③支座頂鋼板與梁底預埋鋼板進行焊接固定，支座底鋼板周圍用鋼板焊接鋼板與墩柱立面用錨栓固定。

圖6 型鋼架吊裝、焊接施工

④回梁高度達到計算值后，停止回油，檢查支座與下鋼板之間、支座與上鋼板之間、上鋼板與梁板之間的密實情況，無誤后，千斤頂持荷12h，然后全部千斤頂回油到零壓力，最后取出千斤頂，檢查新?lián)Q支座安裝質量及運行情況。

4.2.5 H型鋼柱頂安裝輔助支座

墩柱頂部支座更換完成后，在H型鋼柱頂端安裝輔助支座。輔助支座可選用四氟滑板支座，四氟板表面應設置貯油槽，支座四周設置防塵設施，如圖7所示。

圖7 H型鋼柱頂輔助支座安裝施工

5 材料及設備

5.1 材料

混凝土、鋼筋、鋼纖維、伸縮縫裝置、支座、植筋膠等材料應符合相應的設計規(guī)范要求[1]-[7]。

5.2 設備

本工法采用的主要器具及設備見表1。

6 應用實例

6.1 五里墩立交橋維修消缺工程

五里墩立交橋位于長江西路、屯溪路、合作化路的匯合處。該立交橋分地上3層、地下1層，橋梁面積4萬m2，道路累計全長9536.4m，其中橋長3888.44m，為雙“Y”定向式加環(huán)型匝道的4層互通式立交。

現(xiàn)由于車輛荷載超過設計值，造成橋墩不平衡彎矩加大，伸縮縫處堵塞，橋梁伸縮功能喪失造成附加力，且支座老化失效，造成結構內力突然釋放，對橋墩產生沖擊作用，墩柱截面配筋率偏低等因素影響下，產生了一定程度的橫向偏移和柱底部裂縫。采用“對稱型鋼架及輔助支座組合加固舊橋墩柱施工工法”進行橋墩加固，與傳統(tǒng)施工工法相比具有整體施工速度快、施工安全可靠、綜合節(jié)約造價比例較高等優(yōu)點，達到了設計預期的效果，取得了顯著的經濟、環(huán)保和社會效益。

機具設備表 表1

6.2 蚌埠市朝陽橋維修工程

蚌埠市朝陽路橋位于中市區(qū)與西市區(qū)的交界處，橋梁全長1977.68m，其中匝道橋為6×21m+6×21m（鋼筋混凝土連續(xù)板），長252.84m。

隨著橋梁使用年限的增加，不安全性也可能隨之產生，因此對全橋的裂縫及墩柱支座進行修補、更換處理，修復過程中采用“對稱型鋼架及輔助支座組合加固舊橋墩柱施工工法”，與傳統(tǒng)施工工法相比具有整體施工速度快、施工安全可靠、綜合節(jié)約造價比例較高等優(yōu)點，達到了設計預期的效果，取得了顯著的經濟、環(huán)保和社會效益。

7結 論

①本工法對舊橋墩身底部采用鋼抱箍包裹混凝土，墩身上部僅采用外包鋼板的方式完成舊橋墩的加固施工，其中鋼抱箍在預制場統(tǒng)一模具集中預制、安裝，避免了傳統(tǒng)模板搭拆工序，有效提高施工效率；墩身上部安裝包鋼板，施工速度快，縮短施工工期，節(jié)約人工、設備費用，相比于傳統(tǒng)墩身全截面全高程加固的方式亦可節(jié)約混凝土灌注量，降低施工成本。

②墩柱兩側安裝的型鋼架一方面可對墩底增大截面內的混凝土起到加筋作用，另一方面可供頂升箱梁更換支座和墩頂處理使用，避免支架搭設工序，降低施工成本的同時加快施工進度。

③對稱型鋼架的四根H型鋼頂端各安裝一個輔助支座，可在墩頂支座再次損壞時為橋體箱梁提供及時支撐，起到有效的安全儲備，降低后期維修費用，亦可延長橋梁使用年限。

④本工法大型鋼構件均采用預制場預制，現(xiàn)場只需簡單的拼裝、焊接施工，大幅減少場地的占用，避免道路交通的擁堵；同時所采用的施工注膠材料均無毒、無腐蝕、無污染，可免除對操作工人的身體危害和對環(huán)境的污染；工后橋墩穩(wěn)定性高，未出現(xiàn)反射裂縫，且對交通運輸造成的影響小。

[1]彭華，張新東，靳士棟，高亮.提速改造線路橋涵工程關鍵問題及其對策[J].橋梁建設，2004(2).

[2]張宏杰，夏禾，閻貴平.鐵路鋼板梁橋橫向振動問題及加固方案的研究[A].中國土木工程學會橋梁及結構工程學會第十三屆年會論文集（下冊）[C].1998.

[3]JTGD 62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計[S].北京：人民交通出版社，2004.

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