L4联预应力连续梁顶升改造设计

 

L4联改造前后的平面及立面均位于直线段上，改造后的设计标高比现状桥面高3.522～11.261 m。本联的改造采用整体顶升的方案，通过顶升、转体后，将既有桥梁结构调整到与改造后的桥面设计标高的高差在8 cm以内，仅通过增减调平层或铺装层的方式来达到设计标高。通过建模对L4联成桥运营阶段进行计算，同时将施工期间可能产生的支座不均匀沉降考虑进去，将原设计的5 mm不均匀沉降调整为10 mm。可得出以下结果:短期效应组合下截面正应力是上缘最小压应力为1.2 MPa，最大压应力为11.5 MPa;下缘最小压应力为0.7 MPa，最大压应力为9.2 MPa。其余各项指标(承载能力、截面主应力等)均满足相应规范要求，可保证梁体结构安全桥梁支座更换施工及控制技术

 

1.桥梁支座的主要功能是将上部结构的反力可靠地传递给墩台， 并同时完成梁体结构所需的变形（水平位移和转角）。 由于支座本身的质量问题， 以及支座在设计、 安装、 使用过程中的种种不当， 而造成支座过早的破坏， 影响了桥梁的正常使用。 在支座的处置技术中针对不可修复的损坏状况， 就需要对支座进行更换处置， 在更换的过程中， 更换的方法对桥梁结构安全的影响是非常大的， 因此在更换的过程中需要对桥梁结构的各主要受力部位进行监控， 以保证更换过程的安全和可控制。 下面结合工程实例， 介绍主要的施工及控制技术。 

 

2.桥梁支座更换工程实例

 

大牛站迎春水库桥位于原平‐太原高速公路 74+515 处， 桥梁全长 246.1m， 为双幅分离式桥，单幅桥宽 15.5m， 行车道宽 12m。 设计荷载为汽车‐超 20 级、 挂车‐120。 上部结构为先简支后连续的装配式预应力砼连续刚构， 断面为 T 型组合梁。 全桥共分两联， 每联均为 4×30m的连续刚构， 全桥共设有支座 56 个， 布置在各跨联的两端， 支座型号为 250×42mm 球冠四氟板圆形橡胶支座。 大桥于 1998 年建成通车， 在使用运营仅 4 年后， 桥梁支座已发生严重的损坏。 支座保护层开裂、 剥落、 钢板外露， 四氟板与支座橡胶剥离等病害， 严重影响到桥梁的使用安全， 为了保障该桥的正常运营， 现要求对该桥出现病害的支座进行全部更换处理。 

 

3. 桥梁支座更换处置方案的确定

 

我们首先根据该桥梁的结构特点， 左右幅为分离结构， 更换时可左、 右幅分别进行操作。 同时考虑该桥面结构为整体现浇结构， 为避免分别起顶对桥面板的剪切破坏， 应采用同时起顶方式。 起顶所用的设备应综合考虑各种不利因素的影响， 取用计算抬升重量的 1.2 倍以上作为选取设备的依据。 其次根据支座的形状系数计算出支座的抗压弹性模量容许值（实际抗压弹性模量值已无法试验测得）， 计算支座上部承受的恒载外力值与活载外力值， 得出支座可能产生的压缩变形值， 并适当考虑支座压溃后的变形增大值， 作为控制该支座最终的起顶量的控制值。 考虑该桥为 4 孔一联的连续刚构型式， 为了避免在桥台及桥墩分联处的起顶可能对固结墩处主梁的损坏， 在起顶前， 首先根据预估的起顶量， 计算出固结墩处主梁可能产生的下缘拉应力值， 计算的拉应力值应小于该标号砼的允许拉应力值， 并作为起顶过程的控制值。 确定千斤顶的起顶位置， 并对该位置进行局部承压计算， 以保证局部承压面的安全性。 

 

4. 桥梁支座更换施工监控

4.1 监控的目的

在顶升梁体更换支座过程中， 保证梁体主要断面的应力和变形处在安全的范围内， 同时保证在起顶过程中各千斤顶的顶升量同步， 防止由于千斤顶顶升量的不一致， 引起梁间变形的不一致， 而导致的桥面剪切损坏。 

4.2 监控的内容

（1） 应力监控

根据对该桥梁进行有限元程序结构计算后的结果表明， 在梁体顶升过程中， 在固结墩处主梁截面下缘将产生拉应力， 为此在 3#、 4#主梁固结处截面下缘分别布置了一个应力观测测点进行应力观测。 同时在主梁与桥墩固结断面增加了一个固结处拉应力测点。 

（2） 挠度监控

桥梁支座更换在千斤顶起顶的截面位置， 每片主梁下缘均布设一个百分表挠度观测测点， 用于进行起顶过程及起顶量的最终控制。 根据该桥的实际情况， 确定该桥起顶过程大致五级完成， 每级起顶量为 2mm， 相邻两主梁间的位移变化量控制值不得超过 0.1mm。 

（3） 梁体砼、 桥面、 伸缩缝及其它附属设施的控制

在千斤顶起顶过程中， 适时观测梁体砼、 桥面是否出现裂缝及其变化情况； 桥梁伸缩装置及其它附属设施是否有损坏， 如有异常情况， 应及时查明原因， 并采取相应的措施。 另在千斤顶起顶过程中， 在桥台伸缩缝中央及外侧分别安放了一个位移观测测点。 

 

5. 桥梁支座更换施工步骤

5.1 施工准备

（1） 根据确定的施工方案， 做好施工场地工作平台搭设， 要求每更换一组支座搭设两个支架， 如更换桥台处支座要求在桥台及 1#墩位置各搭设一个工作平台， 便于施工操作人员及监控人员使用， 工作平台要牢固可靠， 保证人员安全。 

（2） 进行所用千斤顶、 油泵的配套标定。 本桥共标定了 16 台套扁式千斤顶， 其中 14 台套为起顶所用， 另外两套为备用。 

（3） 选用与原有支座同型号新支座， 并做好新支座的试验检测工作， 配套支座防尘罩。 

（4） 对支座处杂物进行认真清理、 解除支座附近的多余约束。 

（5） 千斤顶安装就位， 每一主梁底面平行安放两台千斤顶， 具体位置见附图。 千斤顶上下都采用 400×300×20mm 的两块钢板支垫。 

（6） 布置监控所需应力、 挠度观测测点。 起顶位移控制用百分表安放在靠近主梁的横隔梁根部， 每片梁安装一个百分表； 主梁根部应力监控测点布置在 3#、 4#主梁固结处截面下缘；另外在桥墩设置位移观测测点， 观测固结墩的位移变化； 在桥面伸缩缝处设置两个位移观测测点， 观测桥面伸缩缝处的位移变化。（具体测点布置见附图）。 

（7） 施工人员组织安排： 进场人员共 26 名， 其中项目负责人一名， 负责项目的统一安排、指挥； 项目技术负责人一名， 负责施工及监控人员的技术、 任务交底及技术培训； 专家两名，负责施工过程中出现临时状况的应急处理， 监控人员 8 名， 其中梁底位移监控人员 5 名， 负责监控期间的施工控制， 固结墩应力监控人员 2 名， 负责主梁应力控制及桥墩位移观测， 桥台伸缩缝变位监控人员 1 名， 负责伸缩缝变化测试及桥面裂缝观测； 施工操作人员 14 名，负责千斤顶的起顶及起顶过程的临时支撑。 

5.2 顶升施工

（1） 顶升前应将所施工的桥幅， 进行临时封闭， 避免施工过程发生意外。 

（2） 准备工作完成后， 在项目负责人的统一指挥下， 十四台千斤顶同时顶升。 将千斤顶打压， 顶住梁底， 观察百分表读数的变化， 百分表开始有规律的转动， 记录初读数。 控制梁的顶升速度， 按 2#梁控制， 每顶升 2mm 为一个程序， 每个顶升程序完毕， 由监控人员统一完成读数， 对起顶不均匀造成相邻两主梁间的位移变化量超过 0.1mm 的进行局部顶压调整，调整完成后进行下一过程的顶升， 直到全部顶升到位， 支座可顺利取出。 整个顶升过程均须对主梁、 桥面及附属设施进行认真观察， 如有异常立即停止顶升。 

（3） 顶升到位后， 统一在梁底安放预先准备的楔形枕木及预制钢板进行临时支垫， 支垫要求牢固可靠， 支垫过程不可放松千斤顶。 

（4） 支垫完成取出旧支座后， 先认真清除原梁底不锈钢板上的锈迹及污垢， 涂上一层润滑油脂， 然后用水平量尺检查支座下垫石表面是否平整， 能否满足安装要求， 对垫石表面的油污及浮浆表面要打磨清除干净。 在安放新支座前， 还需在原支座位置及新支座表面进行十字定位， 以确保支座更换后位置准确。 

（5） 对于由于梁体安装不当或梁底表面不平整所造成的支座偏压， 可采用结构胶进行脱空部位的局部填充， 以保证支座全截面受压。 

（6） 在安装前将四氟板支座中的四氟板表面的储油槽内的硅脂充满， 保证四氟板表面和不锈钢表面的洁净， 不得有损伤、 拉毛现象； 同时按要求安装支座防尘罩。 

（7） 桥梁支座更换完毕主梁就位时， 也应分布进行， 先将梁底临时支撑解除， 然后顺序下落梁体就位。 注意要交叉放松千斤顶， 不能同时放松， 以防桥面损坏或压坏个别千斤顶。 

 

6.桥梁支座更换施工注意事项

（1） 对不同形式的桥梁应采用不同的顶升方式。 对于由 T 梁或工字梁组成的截面形式， 一般可在梁体下安放垫板直接用千斤顶顶升的方法进行； 但顶升空心板、 箱梁时， 则必须注意顶升部位， 避免直接顶升梁体底部， 而易选在两肋及箱梁腹板部位， 防止对梁体的损坏。 

（2） 由于边梁本身自重及桥面附属设施（如护栏、 分联处连接件） 的影响， 与中梁在顶升力上差异较大， 在顶升时一定要压力与行程双控制， 并以行程为最终控制。 避免由于起顶不均匀而造成桥面的剪切破坏。 

（3） 严格控制梁体的顶升高度， 避免顶升高度过高造成桥面及附属设施的损坏。