不中断交通条件下更换桥梁支座

文 /岳 鹏

国内早期建成的许多粱桥，相当数量的桥梁支座经过多年使用后已经发生病害。当时盖粱设计大多采用在摆放支座位置局部加强钢筋的做法，没有突出的支座垫石，或有支座垫石但高度不够，造成盖粱与粱体底部间距净空极小，无法摆放普通千斤顶，更无有效的操作空间。因此，类似桥梁的支座更换成了相当棘手的问题，即用传统的支座更换方法，需要将桥面整体提高至少 30～40厘米，导致在施工过程中必须封闭交通，更换一组支座大约要耽误3～5天，其经济损失和社会影响是巨大的。为了保证桥梁的正常使用和行车安全，在不中断交通的情况下，对不能正常使用的支座进行更换成了人们研究的新课题。下面结合贵阳至新寨公路南坳田大桥抢险工程，对其施工工艺作一介绍。

南坳田大桥位于贵阳至新寨公路 k81+575—k81+779处，桥型为50M+90M+50M预应力混凝土T型刚构，全长204米，桥面宽21.5米。全桥共计三个挂孔，均为跨径16米的钢筋混凝土简支粱，单箱单室整体式截面。原设计为挂孔一端设两个固定支座，另一端设两个双向活动支座，均为3500KN盆式橡胶支座。主要技术标准为：设计荷载汽车-超20级，验算荷载挂车-120；桥面净宽为2×净-9.5米，桥面纵宽21.5米，其中中央分隔带宽1.5米，两侧防撞护栏各宽0.5米。

T构为三向预应力砼结构，50号砼，全宽21.5米，采用单箱单室断面。顶板宽度21.5米，底板宽度11米，根部断面高度5.5米，跨中梁高2米。全桥布置三跨挂孔，挂孔长度均为16米，计算跨径15米。挂孔为钢筋砼等高度简支梁，50号砼，采用单箱单室断面。顶板宽度21.5米，底板宽度11米，梁高2米。仅顶板设置横向预应力，采用标准强度为1860MPaΦ15.24钢绞线及BM15-3扁锚。桥面为复合式铺装层。下层为8厘米厚杜拉纤维40号防水砼，上层为4厘米厚中粒式泥青砼。在挂孔梁端处分别设置SSFB80型钢伸缩装置。挂孔每一端均设置两个盆式橡胶支座。

该桥于 2001年建成通车。最近在桥梁的例行检查中，发现全桥12个支座已全部损坏。梁体已呈现明显的竖向位移，直接影响到行车安全。检查中发现，该桥都匀方向贵阳岸支座已完全失去功效，其余三个支座也不同程度的老化和损坏。其中现场测得都匀方向第二条伸缩缝的两角钢之间间隔距离已达12厘米（超过设计值）。

从桥面上看去，牛腿处的桥面及护栏均明显凹陷，车辆通过时已感到较大的起伏。为恢复桥面的设计线形，拟将挂粱抬高到桥面预留铺装层厚度。这样挂粱上将不再为调整桥面线形而增加铺装层厚度，大大减轻了 T构的恒载。

由于挂粱支撑于 T型刚构的牛腿上无支撑面，作业面窄小，最困难的是与牛腿、盖梁之间的净空狭小，一般相应吨位的千斤顶根本放不进去。施工之初，结合原设计考虑了多个顶升方法。为确保不中断交通，最后采用在牛腿（盖梁）处搭设支架设置人工作业平台，用自行研制的钻孔机钻孔，用30～50T的液压扁行千斤顶顶升挂梁，达到了预期的效果。

一、支座布置

新设支座为固定端设置一个固定支座和单向活动支座；活动端设置一个双向活动支座和一个单向活动支座。固定支座为 GPZ3GD，单向活动支座为GPZ3DX，双向活动支座为GPZ3SX。具体位置与原设计相同，仅改变支座型号。支座型号改变后，新支座与对应的老支座高度相同，以保持桥面高程不变。

原支座由于已完全失效，应予全部拆除。原支座的顶板和底盆均为钢构件，用螺栓锚固在混凝土结构上。采用冷切割的方法拆下，不能损伤混凝土。支座拆除后，将固定支座顶板和底盆的螺栓头锯掉。

二、千斤顶布置

由于新支座与旧支座的尺寸不同，因此要合理布置千斤顶。

从靠两岸桥台的边挂孔千斤顶布置开始，纵向在桥台台帽支座垫石顶面靠挂孔侧每个垫石安装 2个最大顶力为1600KN的YBD160—15 扁形千斤顶（高度为6厘米，不含行程），千斤顶顶部及底部必须设置橡胶垫及钢垫板。而靠主粱一端，纵向在挂粱牛腿支座垫石顶面靠主粱腹板每个垫石安装2个YBD160—15扁形千斤顶，千斤顶纵向设在支座外侧，也要设置橡胶垫及钢垫板。

两 T构之间的中挂孔千斤顶布置为，均在挂粱牛腿支座垫石顶面靠主粱腹板沿纵向每个垫石安装2个YBD160—15扁形千斤顶。千斤顶横向设在支座外侧，设置橡胶垫及钢垫板。

为了使安装操作不发生困难，确保安装质量，同时不中断桥上交通，在挂孔箱粱顶升中控制最小极限值为 16厘米，箱粱与支座垫石之间的净空为旧支座高12厘米，加上需顶升高度4厘米，合计为16厘米。控制值为可变值，可随施工过程调整。

三、支座更换安装步骤

（ 1）将挂梁伸缩缝内已损坏的橡胶带剥离，使伸缩缝完全断开。

（ 2）在伸缩缝内全宽嵌入减震阻尼橡胶条，防止挂梁在顶升过程中与主梁或桥台硬接触。

（ 3）在挂梁四角防撞栏杆外侧壁上设置限位钢板（支座安装完毕后拆除）。挂梁顶升过程中应密切注意限位钢板变形情况，如发现限位钢板变形过大，应立即停止顶升，千斤顶回油使挂梁复原，重新检查千斤顶同步情况后再行顶升挂梁。

两岸桥台台帽支座垫石上安装支座，可直接在桥台桩基承台上操作。 T构牛腿支座垫石上安装支座，可由桥面将钢吊架下放至牛腿两侧，形成工作平台；亦可在T构牛腿附近悬臂根部钻孔用钢丝绳挂住吊架，通过手动葫芦吊起吊架置于T构牛腿支座侧面。

挂梁侧面将千斤顶及钢垫板安装在支座垫石顶面设计位，同时确保千斤顶放平，避免顶升时受力不均使挂梁横向错位。

因千斤顶行程较短，仅为 15毫米，需多次顶升，每次顶升完毕后均用钢垫板将挂梁及千斤顶垫高后再继续顶升。顶升过程为千斤顶与临时支座及钢垫板承压相互转换过程，直至将挂梁顶升到预定高度4厘米后，用临时支座及钢垫板承力将千斤顶换出后，再拆除旧支座，安装新支座。然后将临时支座及钢垫板的压力转换给千斤顶，由千斤顶将压力转换给新支座。

顶升应由专人操作，统一指挥千斤顶的操作。观察梁底顶升情况及加放钢垫板，都由专人负责。每个操作人员按统一号令同步操作，将梁顶升至刚离开支座时停止，观察千斤顶上下接触面混凝土有无局部受压破损迹象。静置几分钟若无异常出现，继续顶升一个行程后再停一下，观察千斤顶持荷是否稳定，挂梁各处顶升高度是否一致。若一切正常再重复上述操作，直至同步落梁至支座上。试顶过程中若发现问题，应解决后重试，直至一切正常。顶升时，各千斤顶同步操作几次后暂停一下，观察各受力部位，如无异常时再继续顶升一个行程，将厚度适合的临时支座及钢垫板垫于设计位置，按统一指挥将千斤顶回油至无顶升状态，使挂梁临时支撑于临时支座及钢垫板上，再将千斤顶用钢垫板垫高至紧抵梁底面，完成一个行程的顶升。重复以上过程，直至顶升至预定高度用临时支座及钢垫板支撑挂梁，最终完成支座更换工作。

支座更换完成后，依统一指挥先操作千斤顶使梁底面略高于临时支座及钢垫板，逐抽出钢垫板，同时缓慢回油落梁。当挂梁落于支座上时，检查垫石及支座是否压紧，挂梁位置是否正确，若无问题，即完成顶升施工，可撤除临时支座和千斤顶，卸下吊架。

四、支座安装工艺

首先清除支座处混凝土表面油污，对粘接面进行粗糙处理，分别在与支座顶板及下支座板接触的混凝土表面上钻孔（紧固螺栓孔），清除干净后放入球钢支座钢套筒并灌入植筋胶固定，并配制高强环氧锚固胶。将高强环氧锚固胶涂抹在已处理好的混凝土表面和支座顶板及下支座板的粘合面上，迅速将支座顶板及下支座板安装在设计位置上，使支座顶板及下支座板与混凝土表面粘贴在一起，随即把紧固螺栓螺帽旋紧，使胶体刚从支座顶板及下支座板边缘挤出为止。气温在 20度以上，45分钟后高强环氧锚固胶即固化。固化24小时后方可落粱受力。随后安装支座中间部分构件、球冠衬板、聚四氟乙烯滑板、弹性密封圈。将箱粱缓慢降下，使支座顶板压在支座下半部分上，将支座调平，安装防尘罩，支座安装完成。

五、施工期间保证车辆通行

由于本桥按桥面全宽 21.5米整体式箱粱设计, 支座更换施工期仅将挂粱顶升4厘米, 可以不中断桥上车辆通行,。但在挂粱顶升过程中必须对过往车辆采取限速措施, 一般控制在20公里/小时以下,每侧单向通行一个车道,以减少车辆对已顶起挂粱的冲击。

六、施工时的监控措施。

为了保证施工安全快速的完成，对梁体顶升（落降）阶段相对位移与梁体受力与变形的监测是非常之必要的，因为起梁时必然会引起梁体结构应力的变化。必须对梁体顶升时的位移和千斤顶的起顶力进行双控，保证梁体顶升的安全，快速达到设计位置，为此必须配制精密的检测和校对设备。施工单位和测试单位在施工过程中投入了位移观测系统、挠度观测系统、裂缝观测系统、同步顶升控制及同步实时监控跟踪系统，严格地控制了梁体的同步顶升高度和速度，有效的保护了梁体在顶升时受力的分配关系一致，及时安全快速的完成挂孔支座更换的任务。

根据《公路桥涵养护技术规范》的要求，需对桥梁的主要受力构件进行检查、测量，记录各种病害情况，分析其产生原因，防止危害桥梁。在更换支座的过程中，利用仪器设备对桥梁进行应力应变监测控制，以保证整个过程的安全性以及更换支座后桥梁原受力状态基本不变。检测主要部位为梁体的跨中、梁端、中间铰等位置。对出现了裂缝的构件，先检查裂缝的分布形态，然后运用仪器对主要裂缝的长度、宽度、深度作进一步的检测。检查梁端与墩台的相对位置是否正确，支座附近梁体是否开裂。调查支座的原有状态，盖梁、墩柱控制受力部位是否开裂，以及混凝土外观质量，包括墩台的风化、侵蚀、剥落、破损及裂缝情况。

根据以上的检查情况，制定了如下的监控措施：

——梁体顶升（落梁）阶段相对位移差的监测。为了降低相对位移差对上部结构产生过大的附加应力，每孔挂梁采取同步顶升方法实施支座更换。顶升和落梁过程中，在挂梁支座截面的千斤顶位置和桥轴线位置的底面布置电子百分表测点，监测上部结构梁体的顶升位移量，保证相对位移差满足设计要求。同时在 T构悬臂端牛腿根部处布置应变传感器，以监测其受力和变形，确保各处顶升力与原桥反力分配关系一致，避免出现偏斜。

——梁体顶升（落梁）阶段梁体主控截面应变监测。在主梁的牛腿根部截面和梁墩连接截面布置应变测点，监测梁体各主要控制截面应变分布规律，及时发现不均匀升降对梁体造成的危害，确保应变变化值满足设计要求，保证梁体不受损伤。

——梁体结构裂缝观测。在梁体顶升前后以及整个顶升施工过程中，采用人工观测并布置裂缝计方式对主要受力部位进行观察及观测，及时发现裂缝开展情况。此外，对支撑点附近加强观测，及时发现结构是否出现剪切破坏，保证结构安全。

——支座更换前后桥面线形测量。通过记录支座更换前后桥面线形改变情况，确定桥梁更换支座后梁体是否出现局部过大变形和位移，支座工作状态是否一致，并为后期的长期观测提供初始依据，以获得桥梁运营状态的变化情况。

实践证明，南坳田大桥在支座更换过程中，采用特制钻孔设备和扁形千斤顶，通过计算机控制多点同步顶升，顶升过程中加强梁体的线形、应变、位移监控，在不中断交通的情况下，完成了支座的更换，为同类情况桥梁的加固改造积累了宝贵的经验。

作者单位：贵州高速公路开发总公司