橋梁支座的病害與維修加固

許 世 春

(南京第一建設(shè)事務(wù)所有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000)

橋梁支座的病害與維修加固

許 世 春

(南京第一建設(shè)事務(wù)所有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000)

結(jié)合蘇州高架橋支座維修加固工程，介紹了該橋梁支座的現(xiàn)狀及病害，并根據(jù)支座更換設(shè)計的原則，重點闡述了連續(xù)梁橋單墩頂升更換支座的方法，指出該方法具有對橋梁結(jié)構(gòu)破壞小、易操作、可行性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢。

高架橋,橡膠支座,病害,單墩頂升法

0 引言

城市化建設(shè)快速發(fā)展，改革開放的不斷深入，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展都離不開交通的保駕護(hù)航。但經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也導(dǎo)致了交通量的快速增長，交通量的增長又給橋梁的運營帶來很多問題，比如導(dǎo)致橋梁橡膠支座的提前損壞等。因此，我們有必要采取相應(yīng)的措施，在盡量縮短中斷交通時間或中斷交通的情況下，針對橋梁支座產(chǎn)生病害逐一制定相應(yīng)修復(fù)方案進(jìn)行解決，爭取較大的社會與經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

蘇州高架橋位于蘇州工業(yè)園區(qū)星華街，主線樁號為K1+795.310。橋梁下部結(jié)構(gòu)形式為：橋墩采用無蓋梁的樁柱式結(jié)構(gòu)，個別位置為有蓋梁的樁柱式結(jié)構(gòu)，蓋梁斷面采用T形，為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；橋臺采用直壁式或輕型結(jié)構(gòu)；后臺設(shè)L=8 m搭板。承臺采用矩形或多邊形，厚度有1.8 m，2.5 m兩種，基礎(chǔ)樁采用D100 cm鋼筋混凝土鉆孔灌注樁；個別位置采用D150 cm鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。

2 支座現(xiàn)狀

蘇州星華街高架橋修建于2008年，至今運營已有5年，該橋的支座均為橡膠支座。現(xiàn)在在橋梁定期檢查中發(fā)現(xiàn)，支座在運營階段承受車輛荷載和溫度等作用，已經(jīng)引起部分結(jié)構(gòu)與材料的性能退化和局部病害。尤其是部分支座已出現(xiàn)較為嚴(yán)重的病害，表現(xiàn)為橡膠支座老化開裂、鋼板嚴(yán)重銹蝕、支座上下錯位過大、部分梁體出現(xiàn)較大的滑移等情況(見圖1～圖4)。

3 支座更換設(shè)計

3.1 設(shè)計原則

1)更換支座時必須保證橋梁結(jié)構(gòu)安全，不能因為更換支座而損壞橋梁。更換支座后，橋梁仍能滿足原設(shè)計要求和今后的運營要求。2)由于更換支座時，必須要將梁體整體頂升，所以在更換期間可能對交通有一定的影響，采取對機(jī)動車進(jìn)行限速40 km/h的要求，無需中斷交通，故要求施工方便、工期短，盡可能減少對交通的干擾。3)方案應(yīng)具有較好的經(jīng)濟(jì)性和可行性。

3.2 設(shè)計目的

根據(jù)有關(guān)資料和現(xiàn)場勘查，對支座狀況進(jìn)行評估分析，對必須更換的支座提出更換方法，改善支承條件，延長橋梁使用壽命，保證其安全運營。要求支座更換方案不破壞橋梁構(gòu)件，施工方便，工期短，對交通影響小，有較好的經(jīng)濟(jì)性和操作性。同時盡可能在設(shè)計中消除以前產(chǎn)生病害的原因，從根本上避免出現(xiàn)同樣的病害。

3.3 方案選擇

橋面連續(xù)的簡支結(jié)構(gòu)更換支座一般有兩種方法：

1)單塊板吊裝更換。先斷開橋面板之間的縱橫向聯(lián)系，即斷開跨與跨之間的連接，清除橋面鋪裝和橋面板之間的鉸縫，然后用吊機(jī)起吊橋面板后更換支座。這種方法的優(yōu)點是不需要搭設(shè)支架，施工方便。缺點是工程量大，施工時間很長，對交通影響很大。根據(jù)設(shè)計原則，這種方法顯然是不符合要求的。

2)整體頂升法更換。顧名思義整體頂升法是將橋面板整跨或整聯(lián)的抬升，這種施工方法的優(yōu)點是工程量較小，施工時間相對較短，對交通的影響較小，不足之處是需要特別的頂升設(shè)備和設(shè)施，施工中對設(shè)備和人員的要求較高，需要有經(jīng)驗的施工單位來施工。根據(jù)橋面板頂升的范圍，可以分為三種整體頂升更換方式：a.單跨頂升更換法。b.單墩頂升更換法。c.一聯(lián)(數(shù)跨)頂升法。

3)綜合以上分析，優(yōu)先推薦單墩頂升法，這是最經(jīng)濟(jì)也是最安全穩(wěn)妥的，是整體頂升法的首選。采用此法應(yīng)事先選擇一個橋墩進(jìn)行試頂，試頂成功進(jìn)行推廣。

4 支座更換的施工方案、方法與技術(shù)措施

支座更換的總體工作流程如圖5所示。

4.1 搭設(shè)千斤頂支撐平臺

1)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，梁底高度約2.7 m，需另搭工作平臺；擬采用門式支架在橋墩側(cè)面搭設(shè)工作平臺，側(cè)平臺搭設(shè)相對簡單。

2)對于頂面支撐，則需另外制作頂升平臺(墩臺外部支撐平臺圖如圖6所示)，擬在橋墩兩側(cè)橋梁設(shè)計允許置頂區(qū)域，增設(shè)布頂作業(yè)區(qū)，兩側(cè)尺寸均為1 300 mm×800 mm，在搭設(shè)頂面支撐時必須考慮支撐的牢固性和支撐能力。經(jīng)查閱橋梁竣工圖紙，可利用樁頂承臺(尺寸為4.6 m×8 m)，在承臺上部密布碗扣式腳手架作為置頂平臺，此腳手架的鋼管直徑為48 mm，壁厚3.5 mm，經(jīng)查詢《建筑施工碗扣式腳手架施工規(guī)范》得出其具體的截面特性如表1所示。

表1 碗扣式腳手架截面特性

外徑F/mm壁厚t/mm截面面積A/cm2截面慣性矩I/cm4截面模量W/cm3回轉(zhuǎn)半徑I/cm483.54.8912.205.081.58

碗扣式腳手架排列方式為橫向8個立柱，縱向13個立柱，共104根立柱，經(jīng)驗算每根立柱的承載力F=40.0 kN，則碗扣式腳手架的承載力：104×40.0=4160 kN。

碗扣式腳手架搭設(shè)的具體操作方法：

1)除去承臺表面的浮土，露出堅實的承臺。在搭設(shè)腳手架時，需在承臺上部鋪設(shè)一塊20 mm厚1 000 mm×1 500 mm的鋼板，確保在施工時鋼管不損壞承臺。

2)在承臺上部用鋼管搭設(shè)操作平臺，經(jīng)驗算需頂起的橋梁的每個支座的最大反力為4 000 kN,鋼管的搭設(shè)必須確保操作平臺的可靠性及穩(wěn)定性。

3)支架上部，鋪設(shè)一塊20 mm厚1 000 mm×1 500 mm的鋼板，以保證頂升過程中力的均勻分配。

支座最大反力計算：根據(jù)圖紙知，此橋為3孔1聯(lián)。根據(jù)圖紙中混凝土的用量計算出每個支座承受的恒荷載為300 t，活荷載按恒載的20%計算，約為60 t。則：恒荷載+活荷載=360 t，考慮到風(fēng)險因素，實施時按400 t計算，即支座的最大反力為4 000 kN。根據(jù)支座的反力計算和確保在頂升過程中的安全性，在每個支座區(qū)域布設(shè)6個150 t千斤頂(千斤頂布置如圖7所示)。

4.2 支座更換

4.2.1 施工準(zhǔn)備

本工程已安排經(jīng)驗豐富的工作人員對現(xiàn)場進(jìn)行了全面考察，對支座部位進(jìn)行了具體量測，根據(jù)本工程的性狀特征和本次支座更換的特點，做以下安排：

1)人員、設(shè)備準(zhǔn)備。本次工程施工范圍大，且同步頂升,因此將安排有經(jīng)驗的人員進(jìn)場，對支座的情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，以確保施工方案制定的準(zhǔn)確性及相對性。

根據(jù)工程的需要，組織落實相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，對千斤頂做好整理和保養(yǎng)工作，隨時準(zhǔn)備運至現(xiàn)場。本次工程將采用PLC計算機(jī)同步頂升系統(tǒng)，配置26臺150 t級扁形千斤頂和30臺100 t級扁形千斤頂及配套油泵作為頂升梁體的關(guān)鍵設(shè)備。

2)技術(shù)準(zhǔn)備。首先組織技術(shù)人員對現(xiàn)場進(jìn)行實地考察。然后制定相應(yīng)的施工方案，向施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，確保所有施工人員熟練掌握操作技術(shù)。

4.2.2 施工工藝

1)頂升準(zhǔn)備。

a.工作平臺安全性。

b.對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，重點檢查各支撐點(千斤頂和臨時支撐安放位置)處對應(yīng)的梁底、臺帽，發(fā)現(xiàn)問題提前處理。

c.千斤頂配置。

依據(jù)設(shè)計，計算梁的支座反力，我們擬在每個支座處配置6個頂升重量為150 t的薄形千斤頂。以每幅橋梁作一個頂升單元進(jìn)行支座更換工作。

2)頂升前后的橋梁檢查。

頂升施工前有必要對頂升梁段及其相應(yīng)的上下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢查,以了解橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀,避免已有病害對頂升施工的安全性造成隱患。頂升施工結(jié)束后也要對頂升梁全面檢查，對比頂升前后狀況，判斷頂升施工是否對橋梁結(jié)構(gòu)造成損傷，并采取相應(yīng)的措施。

a.主梁調(diào)查:調(diào)查主梁是否有裂縫，并詳細(xì)記錄和分析原因。

b.墩臺調(diào)查:調(diào)查橋墩狀況，檢查是否存在裂縫和表面平整情況，判斷是否需要加固，以保證頂升過程的結(jié)構(gòu)安全性。

c.支座墊石檢查:檢查支座墊石頂面是否有開裂、積水等現(xiàn)象，并根據(jù)支座現(xiàn)狀，判斷其能否將上部結(jié)構(gòu)的作用順適、安全地傳遞到橋墩(臺)上，是否能保證上部結(jié)構(gòu)在支座上自由變形，使結(jié)構(gòu)的實際受力情況符合要求。

3)支座更換的材料準(zhǔn)備。

a.支座。原設(shè)計的橡膠支座尺寸為:GJZF φ900 mm×184 mm，現(xiàn)場實際測量的尺寸支座高度為180 mm，由于支座墊石的施工問題，造成支座受力不均，偏載的存在導(dǎo)致支座局部脫空，故在本次支座更換中采用墊石上批結(jié)構(gòu)膠上加鋼板法對脫空問題進(jìn)行處理，即用結(jié)構(gòu)膠來保證支座與梁體和墊石結(jié)合面的密貼性，使梁體完全緊密的落實到支座上。綜合考慮支座的壓縮變形和增設(shè)結(jié)構(gòu)膠、鋼板的厚度，支座選用的尺寸為:GJZF φ900 mm×180 mm。

b.鋼板:1 100 mm×1 100 mm×2 mm。

4)置頂及試頂升。

a.每半幅橋梁作為一個整體，進(jìn)行一次頂升，即兩個支座一起更換。

b.現(xiàn)場丈量知，橋臺頂面與梁底凈距均大于18 cm，置頂位置足夠。

c.安裝液壓系統(tǒng)、控制器、千斤頂、位移傳感器、壓力傳感器、應(yīng)變傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)等，對同步頂升、下降系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。

d.對每個支點設(shè)置電磁閥組、液壓閥組，以保證油壓正常，防止在頂升過程中高壓油因油路漏油降低油壓，液壓閥起鎖定作用，確保各點油壓不變。

e.準(zhǔn)確測量支座處各片主梁的梁底標(biāo)高。

f.預(yù)緊、稱重、調(diào)整，各點數(shù)據(jù)記錄，試頂升(一般控制在5 MPa以內(nèi))，一是檢查各點受力情況和頂升的工作狀況，二是松動梁體和加強(qiáng)對梁體在受頂升力后的檢查，同時檢查計算機(jī)控制器單點頂升量。

g.試頂升2 mm，檢查各點誤差情況，塞放臨時支撐(必要時)，計算機(jī)自動鎖定液壓閥，保持油缸壓力不變，并持荷觀察。

5)分級同步頂升。

本次支座維修工程，僅僅是更換橡膠支座，因此頂升高度的控制原則：舊支座脫空能取出，新支座能順利安裝為宜，且不可超過頂升控制高度。本次同步頂升高度控制在6 mm，同一墩上的支座間頂升高差控制在1 mm以內(nèi)。安放臨時支撐，調(diào)整臨時支撐高度，使梁體著力于臨時支撐上。

6)更換支座。

a.取出舊支座，查閱竣工圖紙后得知：原施工時，有的支座都采用專用粘結(jié)劑粘在墊石上。舊支座取下時可能有難度，支座頂起后考慮用撬桿在支座與墊石接觸部位撬動，另一邊用繩子圈住支座進(jìn)行拉拽取出支座。再檢查安放支座處的支座墊石、梁體底面是否存在混凝土破損、脫落情況，對發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行環(huán)氧處理、找平。

b.為了避免支座更換之后局部脫空。梁底進(jìn)行調(diào)平處理，措施如下:梁底設(shè)置不銹鋼鋼板且鋼板底面要水平，以保證與支座頂面密貼，不能出現(xiàn)縫隙或局部承壓現(xiàn)象；為保證支座水平，新增設(shè)的不銹鋼鋼板與梁底面間用結(jié)構(gòu)膠填充，其間不能有任何空隙，避免鋼板局部承壓；為保證新增設(shè)鋼板與墊石的粘結(jié)牢靠，新增設(shè)的鋼板上表面均需要橫向拉毛，實施時擬采用角磨機(jī)進(jìn)行打毛，然后再采用結(jié)構(gòu)膠調(diào)平；支座更換之前，需要準(zhǔn)確測量支座處各片主梁的梁底標(biāo)高，支座更換完畢且完全落梁后，該處梁底現(xiàn)有標(biāo)高必須與原標(biāo)高間誤差控制在±2 mm 以內(nèi)。

c.墊石上部調(diào)平處理：將病害支座拆除后，對預(yù)制好的鋼板在墊石上方實施粘貼。具體做法：清理墊石上部至完全清潔→將不少于40 mm厚的結(jié)構(gòu)膠涂抹于不銹鋼板面→對照設(shè)定的平面位置，按設(shè)計置板方向，將涂膠面覆于墊石上部→支撐穩(wěn)定。

d.檢查不銹鋼板和新支座的放置位置，應(yīng)保證其位置準(zhǔn)確和水平，實施第一次落梁。

e.落梁：對更換支座及支撐情況作進(jìn)一步檢查，并確保無異常后行使落梁，各千斤頂同步回油，分級進(jìn)行，至梁體完全落于臨時支撐。迅速刮除落梁過程中擠出的余膠。此時梁體與支座面應(yīng)已形成密合，必須檢測不銹鋼鋼板是否水平、鋼板與支座是否密貼、支座四周是否異常，如果存在脫空、鋼板不水平現(xiàn)象或其他異常問題，則需要重新調(diào)整，直到合格為準(zhǔn)。

f.千斤頂繼續(xù)回油，取頂至下一臺工作，梁體落于臨時支撐上。等待梁底結(jié)構(gòu)膠固化，原則上固化時間不少于一晝夜。

g.結(jié)構(gòu)膠完全固化后，取出千斤頂，清理墩頂雜物。該墩支座更換工作完成，轉(zhuǎn)入其他墩按以上程序繼續(xù)更換支座工作，至全面完成，恢復(fù)交通。

5 結(jié)語

橋梁支座雖然是橋梁的一個小部件，但是其重要性卻不可忽視。此次結(jié)合蘇州星華街高架橋的支座進(jìn)行病害分析和研究，利用單墩頂升法來消除橋梁支座中存在的安全隱患，使橋梁在運營期間減少橋梁安全事故發(fā)生。此方法具有對橋梁結(jié)構(gòu)破壞小、易操作、可行性強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢?？傊?，橋梁支座在整個橋梁結(jié)構(gòu)中對橋梁上部結(jié)構(gòu)的受力、位移、轉(zhuǎn)角起著十分重要的作用,其性能的好壞直接影響到橋梁的整體穩(wěn)定性、耐久性和行車安全，故對橋梁支座維修加固也需要越來越重視。

[1] CJJ 99—2003，城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JIG H11—2004，公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].

[3] 席超波.橋梁橡膠支座常見病害分析及雙控整體頂升更換支座方法[J].建筑結(jié)構(gòu)，2003(8)：91-92.

On diseases of bridge bearing and its maintenance and consolidation

Xu Shichun

(NanjingNo.1ConstructionFirmCo.,Ltd,Nanjing210000,China)

Combining with the maintenance and consolidation in the bearing of overhead viaducts in Suzhou, the paper introduces the status and diseases of the bridge bearing, and based on the principle of bearing replacement design, illustrates the method of altering bearing of the single pier jacking-up in continuous beam bridges, and points out the method is featured with slight damages, operable, and strongly feasible and economical in bridge structures.

overhead viaduct, rubber bearing, diseases, single pier jacking-up method

1009-6825(2015)32-0168-04

2015-09-02

許世春(1978- )，男，工程師

U445.7

A