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,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。
一、工程实例
四惠立交京通快速路主线桥是北京市区去往通州区的交通大动脉,并且是市区到机场路迎宾道的重要区段。主线桥分为南、北两幅,共37跨,跨径分布为8×25m+8×30m+20×25m。设计荷载为汽超-20,挂年7月21日东西向主桥北幅桥桥下临建发生火灾,受火灾影响较为严重的区域为该桥东西向主桥北幅桥第4～7跨。其中第4跨和第5跨分别为单箱三室预应力混凝土连续箱梁的边跨和次边跨,第6跨和第7跨为预应力混凝土简支I形梁,各跨设计跨径为25m。在进行桥梁检测时发现第4～7跨支座不同程度损坏,为保证桥梁正常运营,决定更换这几跨的橡胶支座。
二、施工工艺
该桥主要由预应力混凝土简支I形梁和连续梁组成,因此在考虑支座更换的施工工艺时应对这两种不同的桥型分别处理。
(一)连续梁的支座更换施工工艺
1.更换支座施工工艺。
(1)起顶力的计算。为了准确控制起顶升力,保证梁体在安全受力的状况下起顶,起顶前计算墩柱受力值和模拟起梁时的各种受力装态。边跨根部截面的在起梁过程中应力变化不超过0.3MPa。
(2)更换支座型号。1000×700×123F、600×300×57F、400×250×57F。
(3)起梁支点设置在由杆件、I字钢等组成的架子上。
(4)调平及制作调平钢板楔块。
(5)搭设施工平台。起梁工作是一项高空操作,工人要在高空拉提重物、安装支座、位移观测和裂缝观测,因此搭建高空操作平台是一项必不可少的工作。施工平台的要求:1)施工平台有足够的承载力和水平推力;2)平台与肋梁底保持1.6～1.7m的空间,充分保证操作人员的易操作性;3)施工平台采用门架进行搭建,为达到足够的承载力和稳定性,搭设双排架,并联成整体,与立柱相联系;4)在平台顶用木板铺设,要求铺设的范围要宽,用铁丝将木板和门架绑在一起;5)平台周围安装安全护拦。
(6)安装千斤顶。本次起梁更换橡胶支座采用扁形千斤顶。为了保证顶起过程中不致损伤梁底,在梁底钢板垫块与梁底接触处用辅助橡胶支座,确保软接触密合。为了保证各个墩柱的顶的用力的均衡和位移的一致,采用一台油泵控制6个千斤顶,达到千斤顶的同步。
(7)更换支座程序。1)起梁前先将墩柱受压力值的50%顶梁力进行预顶,对各个环节进行检查;2)顶梁时,起初所有千斤顶将梁体顶到将要离开墩柱(原支座)但未离开的临界状态,持荷,再顶梁时最多顶至15mm高;3)此时取出旧支座;4)重新顶梁安装新支座;5)支座安放好后即可进行卸载,卸载时卸载的顺序与加载的顺序相反,使肋梁与支座紧密结合,拆除千斤顶;6)起梁落梁均要求均匀缓慢,协调一致。
2.控制措施。由于本桥为连续梁结构,故起梁时必将会引起桥梁结构应力的变化,因此在起梁时必须采取严格的控制措施:(1)严格控制起梁速度;(2)起梁时应对梁顶起时的位移和千斤顶的起顶力进行双控,保证起梁能达到设计位置;(3)为保证达到要求和施工质量,按要求配置人员和设备;(4)起梁时,用支座作临时辅助支撑,安装完支座后落梁前将其拆除;(5)在墩顶设置位移观测系统,即安装百分表,以便更方便、更快捷、更直观地控制起梁的高度和速度,严格控制每次顶升量和总顶升量;(6)起梁前先计算出各墩柱的受压力值作为参考;(7)在加载时,分级进行,当ΔT达到0、ΔT/2、ΔT-(ΔT=T1-T2)时进行持荷,以使各千斤顶之间的力均衡增加,达到同步顶升,同时加强对梁体的观测,注意:持荷时间应尽可能缩短;(8)对边跨根部进行应力和裂缝监控,起梁时,如果裂缝发育扩大有异常,即超过了规范和设计允许值,则必须停止起梁,查找原因,找到解决办法后,再进行起梁安置支座。
(二)简支I形梁的支座更换施工工艺
1.更换支座施工工艺。由于本桥空心板梁为梁体简支,桥面连续,每跨由8块预制I形梁组成,顶梁时不存在每块板顶起的施工条件,采用在墩的两侧同时整体顶升的方案。
(1)更换支座工艺。
1)搭设施工平台。参照连续梁施工平台。
2)安装千斤顶。采用扁形千斤顶。千斤顶放于盖梁上同步顶升,使预制梁整体均匀受力。
墩柱两侧共使用64台千斤顶和8台超高压ZB4/800B油泵。
为了保证各个墩柱起梁均衡和位移的一致,采用一台油泵控制8个千斤顶,达到千斤顶的同步。
3)整体顶升。在专业人员的统一指挥下所有千斤顶缓慢分级顶升,在梁体脱离支座前每50%分一级,梁体脱空后每上升3～5mm一级,整体顶起梁体使其离开原支座约1cm立刻停止,在顶升过程中及时在每块梁底与盖梁间设一个10×20×20cm的硬木块作为临时支撑点,确保桥梁整体安全。
4)支座更换。台帽、盖梁处治完成后即可去除原有支座,清除杂物、污点等。横坡需用钢板楔块调平,参照设计图,结合实际状况加工钢板楔块,用环氧砂浆粘贴在梁的底板上。在钢楔块上按设计图标出支座位置中心线,同时在橡胶支座也标上十字交叉中心线。将钢楔块斜面用环氧砂浆按放在梁底面上,支座安置在涂抹环氧砂浆的支承垫石和钢楔块之间,使支座的中心线同墩台上的设计位置中心线相重合,调节施工完毕,就可以慢慢落梁。
5)卸载落梁。落梁时将梁体稍稍顶升,解除临时支撑,开始卸载。卸载时与分级加载的顺序相反分级卸载。卸载完毕检查钢楔块和支座之间结合是否紧密,否则需要重新顶升调平支座使其与钢板紧密接触。
(2)控制措施。由于本桥梁体简支,桥面连续的结构,故起梁时必将会引起桥梁结构应力的变化,因此在起梁时必须采取严格的控制措施,具体的控制措施参照连续梁控制措施。
2.加垫钢板施工工艺。主要针对一半面积未受力、产生受力不均现象和有脱空现象的支座,采取如下方法:先以上述方法顶梁,后将支座粘回原支座的梁底,再用带胶(环氧树脂)薄钢板(3mm厚)将其固定。
三、结语
随着我国旧桥检测和加固改造步伐的不断加快,桥梁支座更换日益显得重要,在一些主梁工作工况很好的情况下,如何很好地更换支座,确保桥梁的正常营运,将成为我们值得研究的课题。
