橋梁支座更換的監(jiān)控方法

摘 要：本文詳細(xì)介紹了高速公路橋梁在不中斷交通情況下進(jìn)行支座更換時(shí)結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)控過(guò)程。從監(jiān)控的內(nèi)容和方法，到測(cè)點(diǎn)的布置，使用的監(jiān)控設(shè)備，數(shù)據(jù)的讀取和記錄等方面作了詳細(xì)闡述。供有興趣的同仁探討，指正，并供同類(lèi)工程借鑒參考。

關(guān)鍵詞：橋梁；支座更換；監(jiān)控；方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.079

1 工程概況

京滬高速公路（江蘇段）主線跨307省道橋現(xiàn)里程樁號(hào)為K765+544， 根據(jù)京滬（啟揚(yáng)）高速公路2015年橋梁維修加固工程施工圖設(shè)計(jì)，橡膠支座病害較嚴(yán)重（環(huán)向開(kāi)裂、脫空、變形、砼包裹等），盆式支座病害（四氟滑板滑出、限位擋塊變形），擬對(duì)左幅第二、四、六聯(lián)，右幅第一、二、六聯(lián)劣化嚴(yán)重的支座進(jìn)行整聯(lián)更換，對(duì)8#墩及13#墩（均在過(guò)渡墩頂）病害盆式支座進(jìn)行單墩頂升后更換。共計(jì)支座250個(gè)。

本次涉及更換原支座TCYBF4四氟滑板球冠板式橡膠支座D250×64mm支座更換為四氟圓板式橡膠支座GYZF4 300×54mm支座，原TCYB球冠板式橡膠支座D300×64mm支座更換為矩形板式橡膠支座GJZ 300×350×52mm支座，原盆式支座GPZ2000DX支座更換GPZ2000DX。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙主線跨307省道支座更換主要工程量有：橋拆除臨時(shí)連接5個(gè)、板式橡膠支座248個(gè)（四氟滑板圓板式GYZF4 300×54mm共96個(gè)；矩形板式GJZ 300×350×52mm共152個(gè)）、盆式支座2個(gè)（型號(hào)為GPZ2000DX）。

2 施工監(jiān)控

2.1 施工監(jiān)控目的及意義

本次橋梁頂升所采取的施工工藝為不中斷交通的條件下，采用液壓千斤頂對(duì)梁體所進(jìn)行橫向同步，縱橋向全聯(lián)頂升。理想工作狀態(tài)下，該施工方法對(duì)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)影響較小，但實(shí)際施工中，由于許多不確定因素的影響，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)附加應(yīng)力，致使結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)一步損傷甚至破壞梁體。根據(jù)實(shí)際情況，主要考慮以下幾點(diǎn)不利因素：

第一點(diǎn)：由于結(jié)構(gòu)使用一段時(shí)期后，下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的沉降差，或者在施工期間的超方等因素，由此造成結(jié)構(gòu)支座反力分配狀況與理論值之間出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致理論頂升力與實(shí)際所需頂升力不符，進(jìn)而會(huì)影響各支點(diǎn)的位移同步性；

第二點(diǎn)：梁體在頂升以及落梁階段，由于頂升設(shè)備或頂升速率存在差異，將導(dǎo)致梁體出現(xiàn)相對(duì)位移差，過(guò)大的位移差會(huì)對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的附加應(yīng)力；

第三點(diǎn)：橋梁頂升后，伸縮縫處的高差易導(dǎo)致車(chē)輪反復(fù)沖擊，可能會(huì)損壞頂升設(shè)備，進(jìn)而影響梁體結(jié)構(gòu)安全。

綜上所述，在頂升梁體過(guò)程中必須采取嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)措施，及時(shí)掌控梁體在頂升過(guò)程中的狀態(tài)變化，由此指導(dǎo)施工，降低頂升位移差，避免對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生二次破環(huán)。

2.2 施工監(jiān)控內(nèi)容及方法

本次監(jiān)控考慮各聯(lián)不同的孔數(shù)，選取5個(gè)典型聯(lián)進(jìn)行監(jiān)控，分別是右幅第1聯(lián)（4×25m）、左幅第2聯(lián)（4×25m）、左幅第4聯(lián)（5×25）、左幅第6聯(lián)（4×25m）；左幅8#墩和13#墩采用單墩頂升，則分別對(duì)左幅第9跨、左幅13跨進(jìn)行監(jiān)控。

2.2.1 梁體位移監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法

在整個(gè)頂升（落梁）過(guò)程中，在每片梁頂升支點(diǎn)附近的相應(yīng)位置布設(shè)百分表作為位移測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)上部結(jié)構(gòu)梁體的豎向位移量，保證相對(duì)位移差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件要求，同時(shí)觀測(cè)百分表位置處梁體的橫向位移情況。

位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與頂升系統(tǒng)平臺(tái)、作業(yè)平臺(tái)嚴(yán)格分離，不受干擾。根據(jù)設(shè)計(jì)文件，在頂升過(guò)程中派專(zhuān)業(yè)測(cè)試人員實(shí)時(shí)采集各測(cè)點(diǎn)豎向位移數(shù)據(jù)，并隨時(shí)報(bào)告測(cè)量數(shù)據(jù)，及時(shí)預(yù)警，將橫向頂升量高差控制在0.3mm以下，相鄰墩之間的頂升高差控制在3mm之內(nèi)。

采用δi、Δi分別表示分級(jí)頂升（落梁）各階段中各梁實(shí)際豎向位移量，采用實(shí)際頂升量表示整個(gè)頂升過(guò)程各梁豎向總位移量，按照公式2.1～2.3進(jìn)行計(jì)算。

δi=第（i-1）個(gè)頂升階段百分表讀數(shù)減去第i個(gè)頂升階段百分表讀數(shù) （2.1）

Δi=第i個(gè)落梁階段百分表讀數(shù)減去第（i-1）個(gè)落梁階段百分表讀數(shù) （2.2）

實(shí)際頂升量=∑δi （2.3）

定義橫向高差為在分級(jí)頂升（落梁）各個(gè)階段中同一孔的各梁實(shí)際豎向位移量之間的最大差值。為了保證結(jié)構(gòu)安全，橫向高差應(yīng)小于0.3mm，按公式2.4進(jìn)行計(jì)算。

橫向高差=某頂升（落梁）階段同一孔各梁δi（Δi）的最大值減去其最小值 （2.4）

定義縱向高差為在分級(jí)頂升（落梁）各個(gè)階段中相鄰墩各梁實(shí)際豎向位移量之間的最大差值。為了保證結(jié)構(gòu)安全，縱向高差應(yīng)小于3mm，按公式2.5進(jìn)行計(jì)算。

縱向高差=某頂升（落梁）階段相鄰墩各梁δi（Δi）的最大值減去其最小值 （2.5）

定義閉合值表示頂升落梁全過(guò)程結(jié)束后梁體標(biāo)高與原標(biāo)高的差值，以向上抬高為正，按照公式2.6進(jìn)行計(jì)算。

閉合值=百分表初值減去百分表落梁最終值 （2.6）

2.2.2 梁體應(yīng)變監(jiān)控內(nèi)容和方法

應(yīng)變測(cè)試采用適用于長(zhǎng)期應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)的振弦式表面應(yīng)變計(jì)，配套高精度頻率采集儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變采樣。選擇各跨梁體關(guān)鍵斷面，通過(guò)監(jiān)測(cè)梁體控制截面應(yīng)力狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不均勻頂升對(duì)梁體造成的危害，確保應(yīng)變變化幅度值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，梁體不出現(xiàn)損傷。

應(yīng)變監(jiān)測(cè)采用適用于長(zhǎng)期應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)的振弦式表面應(yīng)變計(jì)，配套高精度頻率采集儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變采樣。布設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)物或其它材料結(jié)構(gòu)物內(nèi)及表面上的表面應(yīng)變計(jì)，受到的是變形和溫度的雙重作用，此時(shí)的溫度修正系數(shù)應(yīng)為表面溫度計(jì)的溫度修正系數(shù)與結(jié)構(gòu)物的線膨脹系數(shù)之差，表面應(yīng)變計(jì)計(jì)算公式為：

εm=k△F+b△T=k（F-F0）+（b-α）（T-T0） （2.7）

式中：εm—被測(cè)結(jié)構(gòu)物的應(yīng)變量，單位為10-6；k—表面應(yīng)變計(jì)測(cè)量應(yīng)變量的最小讀數(shù)，單位為10-6/F；△F—表面應(yīng)變計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量值相對(duì)于基準(zhǔn)值的變化量，單位為F；b—表面應(yīng)變計(jì)的溫度修正系數(shù)，單位為10-6/0C；△T—溫度實(shí)時(shí)測(cè)量值相對(duì)于基準(zhǔn)值的變化量，單位為0C；F—表面應(yīng)變計(jì)的實(shí)時(shí)測(cè)量值，單位為F；F0—表面應(yīng)變計(jì)的測(cè)量基準(zhǔn)值，單位為F；T—溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量值，單位為0C；

T0—溫度的測(cè)量基準(zhǔn)值，單位為0C。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，在頂升過(guò)程中派專(zhuān)業(yè)測(cè)試人員實(shí)時(shí)采集各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值，并隨時(shí)報(bào)告測(cè)量數(shù)據(jù)，及時(shí)預(yù)警，將各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值最大偏差控制在8με以下。

2.3 主要監(jiān)測(cè)設(shè)備

本次監(jiān)控主要設(shè)備及儀器清單列于下表。

本次監(jiān)控主要設(shè)備及儀器如圖下圖所示。

2.4 測(cè)點(diǎn)布置

2.4.1 位移監(jiān)測(cè)

以右幅第1聯(lián)為例，其它各聯(lián)布置大致相同。在右幅0#臺(tái)、1#墩、2#墩、3#墩、4#墩頂每片梁頂升位置處布置1個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，如圖3所示。整聯(lián)分級(jí)頂升，分別頂升至2mm、4mm、6mm、7mm、8mm處，持載更換支座后落梁，記錄下各階段百分表相應(yīng)讀數(shù)。

2.4.2 應(yīng)變監(jiān)測(cè)

在右幅各墩頂1#箱梁、2#箱梁、3#箱梁、4#箱梁各處布置2個(gè)應(yīng)變計(jì)，如圖5所示。整聯(lián)分級(jí)頂升，分別頂升至2mm、4mm、6mm、7mm、8mm處，持載更換支座后落梁，記錄下各階段應(yīng)變儀相應(yīng)讀數(shù)。最大變化量反映了頂升落梁全過(guò)程中某一控制截面的應(yīng)變變化幅度，為保證梁體結(jié)構(gòu)受力安全，最大變化量應(yīng)小于8με。

3 結(jié)語(yǔ)

按照以上的監(jiān)控流程和方法，在該施工項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中很好地控制了支座更換頂升和落梁的精度，同樣，這一套監(jiān)控方法在一系列支座更換項(xiàng)目中運(yùn)用也較為成功。不過(guò)，如果是在匝道橋，尤其是彎橋，在更換盆式支座時(shí)，路面要實(shí)行交通管制，減小通行給施工造成不利的影響。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：陳耀井（1970-），男，江蘇灌南人，本科，工程師，主要從事：高速公路橋梁維修加固管理。