L4聯預應力連續梁頂升改造設計

 

L4聯改造前后的平面及立面均位于直線段上，改造后的設計標高比現狀橋面高3.522～11.261 m。本聯的改造采用整體頂升的方案，通過頂升、轉體后，將既有橋梁結構調整到與改造后的橋面設計標高的高差在8 cm以內，僅通過增減調平層或鋪裝層的方式來達到設計標高。通過建模對L4聯成橋運營階段進行計算，同時將施工期間可能產生的支座不均勻沉降考慮進去，將原設計的5 mm不均勻沉降調整為10 mm。可得出以下結果:短期效應組合下截面正應力是上緣最小壓應力為1.2 MPa，最大壓應力為11.5 MPa;下緣最小壓應力為0.7 MPa，最大壓應力為9.2 MPa。其余各項指標(承載能力、截面主應力等)均滿足相應規范要求，可保證梁體結構安全橋梁支座更換施工及控制技術

 

1.橋梁支座的主要功能是將上部結構的反力可靠地傳遞給墩臺， 并同時完成梁體結構所需的變形（水平位移和轉角）。 由于支座本身的質量問題， 以及支座在設計、 安裝、 使用過程中的種種不當， 而造成支座過早的破壞， 影響了橋梁的正常使用。 在支座的處置技術中針對不可修復的損壞狀況， 就需要對支座進行更換處置， 在更換的過程中， 更換的方法對橋梁結構安全的影響是非常大的， 因此在更換的過程中需要對橋梁結構的各主要受力部位進行監控， 以保證更換過程的安全和可控制。 下面結合工程實例， 介紹主要的施工及控制技術。 

 

2.橋梁支座更換工程實例

 

大牛站迎春水庫橋位于原平‐太原高速公路 74+515 處， 橋梁全長 246.1m， 為雙幅分離式橋，單幅橋寬 15.5m， 行車道寬 12m。 設計荷載為汽車‐超 20 級、 掛車‐120。 上部結構為先簡支后連續的裝配式預應力砼連續剛構， 斷面為 T 型組合梁。 全橋共分兩聯， 每聯均為 4×30m的連續剛構， 全橋共設有支座 56 個， 布置在各跨聯的兩端， 支座型號為 250×42mm 球冠四氟板圓形橡膠支座。 大橋于 1998 年建成通車， 在使用運營僅 4 年后， 橋梁支座已發生嚴重的損壞。 支座保護層開裂、 剝落、 鋼板外露， 四氟板與支座橡膠剝離等病害， 嚴重影響到橋梁的使用安全， 為了保障該橋的正常運營， 現要求對該橋出現病害的支座進行全部更換處理。 

 

3. 橋梁支座更換處置方案的確定

 

我們首先根據該橋梁的結構特點， 左右幅為分離結構， 更換時可左、 右幅分別進行操作。 同時考慮該橋面結構為整體現澆結構， 為避免分別起頂對橋面板的剪切破壞， 應采用同時起頂方式。 起頂所用的設備應綜合考慮各種不利因素的影響， 取用計算抬升重量的 1.2 倍以上作為選取設備的依據。 其次根據支座的形狀系數計算出支座的抗壓彈性模量容許值（實際抗壓彈性模量值已無法試驗測得）， 計算支座上部承受的恒載外力值與活載外力值， 得出支座可能產生的壓縮變形值， 并適當考慮支座壓潰后的變形增大值， 作為控制該支座最終的起頂量的控制值。 考慮該橋為 4 孔一聯的連續剛構型式， 為了避免在橋臺及橋墩分聯處的起頂可能對固結墩處主梁的損壞， 在起頂前， 首先根據預估的起頂量， 計算出固結墩處主梁可能產生的下緣拉應力值， 計算的拉應力值應小于該標號砼的允許拉應力值， 并作為起頂過程的控制值。 確定千斤頂的起頂位置， 并對該位置進行局部承壓計算， 以保證局部承壓面的安全性。 

 

4. 橋梁支座更換施工監控

4.1 監控的目的

在頂升梁體更換支座過程中， 保證梁體主要斷面的應力和變形處在安全的范圍內， 同時保證在起頂過程中各千斤頂的頂升量同步， 防止由于千斤頂頂升量的不一致， 引起梁間變形的不一致， 而導致的橋面剪切損壞。 

4.2 監控的內容

（1） 應力監控

根據對該橋梁進行有限元程序結構計算后的結果表明， 在梁體頂升過程中， 在固結墩處主梁截面下緣將產生拉應力， 為此在 3#、 4#主梁固結處截面下緣分別布置了一個應力觀測測點進行應力觀測。 同時在主梁與橋墩固結斷面增加了一個固結處拉應力測點。 

（2） 撓度監控

橋梁支座更換在千斤頂起頂的截面位置， 每片主梁下緣均布設一個百分表撓度觀測測點， 用于進行起頂過程及起頂量的最終控制。 根據該橋的實際情況， 確定該橋起頂過程大致五級完成， 每級起頂量為 2mm， 相鄰兩主梁間的位移變化量控制值不得超過 0.1mm。 

（3） 梁體砼、 橋面、 伸縮縫及其它附屬設施的控制

在千斤頂起頂過程中， 適時觀測梁體砼、 橋面是否出現裂縫及其變化情況； 橋梁伸縮裝置及其它附屬設施是否有損壞， 如有異常情況， 應及時查明原因， 并采取相應的措施。 另在千斤頂起頂過程中， 在橋臺伸縮縫中央及外側分別安放了一個位移觀測測點。 

 

5. 橋梁支座更換施工步驟

5.1 施工準備

（1） 根據確定的施工方案， 做好施工場地工作平臺搭設， 要求每更換一組支座搭設兩個支架， 如更換橋臺處支座要求在橋臺及 1#墩位置各搭設一個工作平臺， 便于施工操作人員及監控人員使用， 工作平臺要牢固可靠， 保證人員安全。 

（2） 進行所用千斤頂、 油泵的配套標定。 本橋共標定了 16 臺套扁式千斤頂， 其中 14 臺套為起頂所用， 另外兩套為備用。 

（3） 選用與原有支座同型號新支座， 并做好新支座的試驗檢測工作， 配套支座防塵罩。 

（4） 對支座處雜物進行認真清理、 解除支座附近的多余約束。 

（5） 千斤頂安裝就位， 每一主梁底面平行安放兩臺千斤頂， 具體位置見附圖。 千斤頂上下都采用 400×300×20mm 的兩塊鋼板支墊。 

（6） 布置監控所需應力、 撓度觀測測點。 起頂位移控制用百分表安放在靠近主梁的橫隔梁根部， 每片梁安裝一個百分表； 主梁根部應力監控測點布置在 3#、 4#主梁固結處截面下緣；另外在橋墩設置位移觀測測點， 觀測固結墩的位移變化； 在橋面伸縮縫處設置兩個位移觀測測點， 觀測橋面伸縮縫處的位移變化。（具體測點布置見附圖）。 

（7） 施工人員組織安排： 進場人員共 26 名， 其中項目負責人一名， 負責項目的統一安排、指揮； 項目技術負責人一名， 負責施工及監控人員的技術、 任務交底及技術培訓； 專家兩名，負責施工過程中出現臨時狀況的應急處理， 監控人員 8 名， 其中梁底位移監控人員 5 名， 負責監控期間的施工控制， 固結墩應力監控人員 2 名， 負責主梁應力控制及橋墩位移觀測， 橋臺伸縮縫變位監控人員 1 名， 負責伸縮縫變化測試及橋面裂縫觀測； 施工操作人員 14 名，負責千斤頂的起頂及起頂過程的臨時支撐。 

5.2 頂升施工

（1） 頂升前應將所施工的橋幅， 進行臨時封閉， 避免施工過程發生意外。 

（2） 準備工作完成后， 在項目負責人的統一指揮下， 十四臺千斤頂同時頂升。 將千斤頂打壓， 頂住梁底， 觀察百分表讀數的變化， 百分表開始有規律的轉動， 記錄初讀數。 控制梁的頂升速度， 按 2#梁控制， 每頂升 2mm 為一個程序， 每個頂升程序完畢， 由監控人員統一完成讀數， 對起頂不均勻造成相鄰兩主梁間的位移變化量超過 0.1mm 的進行局部頂壓調整，調整完成后進行下一過程的頂升， 直到全部頂升到位， 支座可順利取出。 整個頂升過程均須對主梁、 橋面及附屬設施進行認真觀察， 如有異常立即停止頂升。 

（3） 頂升到位后， 統一在梁底安放預先準備的楔形枕木及預制鋼板進行臨時支墊， 支墊要求牢固可靠， 支墊過程不可放松千斤頂。 

（4） 支墊完成取出舊支座后， 先認真清除原梁底不銹鋼板上的銹跡及污垢， 涂上一層潤滑油脂， 然后用水平量尺檢查支座下墊石表面是否平整， 能否滿足安裝要求， 對墊石表面的油污及浮漿表面要打磨清除干凈。 在安放新支座前， 還需在原支座位置及新支座表面進行十字定位， 以確保支座更換后位置準確。 

（5） 對于由于梁體安裝不當或梁底表面不平整所造成的支座偏壓， 可采用結構膠進行脫空部位的局部填充， 以保證支座全截面受壓。 

（6） 在安裝前將四氟板支座中的四氟板表面的儲油槽內的硅脂充滿， 保證四氟板表面和不銹鋼表面的潔凈， 不得有損傷、 拉毛現象； 同時按要求安裝支座防塵罩。 

（7） 橋梁支座更換完畢主梁就位時， 也應分布進行， 先將梁底臨時支撐解除， 然后順序下落梁體就位。 注意要交叉放松千斤頂， 不能同時放松， 以防橋面損壞或壓壞個別千斤頂。 

 

6.橋梁支座更換施工注意事項

（1） 對不同形式的橋梁應采用不同的頂升方式。 對于由 T 梁或工字梁組成的截面形式， 一般可在梁體下安放墊板直接用千斤頂頂升的方法進行； 但頂升空心板、 箱梁時， 則必須注意頂升部位， 避免直接頂升梁體底部， 而易選在兩肋及箱梁腹板部位， 防止對梁體的損壞。 

（2） 由于邊梁本身自重及橋面附屬設施（如護欄、 分聯處連接件） 的影響， 與中梁在頂升力上差異較大， 在頂升時一定要壓力與行程雙控制， 并以行程為最終控制。 避免由于起頂不均勻而造成橋面的剪切破壞。 

（3） 嚴格控制梁體的頂升高度， 避免頂升高度過高造成橋面及附屬設施的損壞。