呂 船

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

隨著橋梁設(shè)計(jì)水平和施工水平的不斷提高，橋梁的形式也隨之豐富起來(lái)。在公路橋梁中，現(xiàn)澆整體箱梁橋的橋墩經(jīng)常采用無(wú)蓋梁柱式墩這一形式。此類(lèi)型的橋墩因缺少蓋梁，在后期養(yǎng)護(hù)工作中給支座病害的處理，特別是支座更換時(shí)梁體的頂升帶來(lái)了一定的難度。梁體頂升施工時(shí)，需對(duì)安放頂升千斤頂?shù)姆戳ζ脚_(tái)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。

本文對(duì)筆者工作中遇到的此類(lèi)型橋梁支座更換施工中反力平臺(tái)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的敘述，以供同行參考。

1 橋梁概況

所述橋梁為某高速公路匝道橋梁，上部結(jié)構(gòu)采用12 m×22 m鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、柱式臺(tái)、肋板臺(tái)，樁基礎(chǔ)。該橋橋墩采用的支座型號(hào)為GPZ（Ⅱ）3.5DX和GPZ（Ⅱ）3.5SX。

在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該橋部分橋墩支座出現(xiàn)了轉(zhuǎn)角超限、位移超限以及偏位的病害，需要及時(shí)對(duì)相應(yīng)的支座病害進(jìn)行處治，并對(duì)無(wú)法正常使用的支座進(jìn)行更換處理。

2 頂升系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本次需進(jìn)行處治的支座均位于無(wú)蓋梁的柱式墩上，橋梁墩柱形式見(jiàn)圖1。

因橋墩形式較為特殊，支座更換施工中的梁體頂升需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括千斤頂?shù)臄?shù)量、布置形式以及頂升反力平臺(tái)設(shè)置。

2.1 千斤頂數(shù)量計(jì)算

在梁體頂升過(guò)程中，千斤頂需頂起的重量主要為主梁、防撞墻、橋面鋪裝和車(chē)輛荷載。參考原橋的設(shè)計(jì)圖紙，并按照公路—Ⅰ級(jí)布置單車(chē)道荷載，最終確定的頂升力為3 705 kN。具體構(gòu)成情況見(jiàn)表1。

圖1 橋墩墩柱形式

表1 頂升力計(jì)算表

本次施工采用最大頂升重量為80 t的專(zhuān)用超薄千斤頂。在保證橋梁結(jié)構(gòu)不受到損傷的情況下，為獲得更高的頂升高度，本次采用整聯(lián)主梁同步頂升的施工方案。頂升時(shí)的輔助墩（不進(jìn)行支座處治的橋墩）按照8個(gè)千斤頂考慮，每個(gè)千斤頂?shù)捻斏亓繛?6.3 t；病害支座處治墩需考慮支座取出的通道，只能布置6個(gè)千斤頂，每個(gè)千斤頂?shù)捻斏亓繛?1.75 t。

2.2 反力平臺(tái)的選擇

因該橋橋墩的特殊性，頂升用千斤頂安放位置受到了較大的限制。因此梁體頂升的反力平臺(tái)成為本工程的難點(diǎn)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的考察并查閱相關(guān)資料，確定了3種反力平臺(tái)的設(shè)置方式：

a）方案1 在墩身周?chē)钤O(shè)滿(mǎn)堂碗扣支架作為反力平臺(tái)，千斤頂布置于支架頂部。

b）方案2 在墩柱上設(shè)置鋼抱箍，利用鋼抱箍形成反力平臺(tái)，千斤頂布置于鋼抱箍頂部。

c）方案3 對(duì)既有墩頂進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)算和加固處理作為反力平臺(tái)，千斤頂布置于原墩柱頂部。

方案比選：

方案1的反力平臺(tái)空間較大，可以更為合理地布置頂升千斤頂，但需要對(duì)支架基礎(chǔ)進(jìn)行處理，搭設(shè)碗扣架的工期和費(fèi)用也較高。方案2采用的鋼抱箍一般用于橋墩蓋梁的澆筑施工，一般單個(gè)鋼抱箍的承載力在700 kN左右，而本工程1 700 kN左右的承載力對(duì)鋼抱箍的要求更高，鋼抱箍尺寸偏大，加工、安裝和拆除的工期和成本較高。而且采用鋼抱箍作為反力平臺(tái)，可能會(huì)出現(xiàn)個(gè)別墩柱抱箍滑移后導(dǎo)致另一側(cè)千斤頂受力增大，甚至可能引發(fā)的主梁傾斜。方案3的平臺(tái)空間受到較大的限制，但本工程橋墩頂部墊石外側(cè)空間基本可以滿(mǎn)足要求。因?yàn)樾璨捎么髧嵨磺Ы镯?，考慮到墩頂局部混凝土承壓較大，需進(jìn)行相應(yīng)的分析計(jì)算和局部加固處理。而方案3的工期和成本較前兩個(gè)方案均有所節(jié)省。

因此，本次將方案3，即對(duì)既有墩頂進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)算和加固處理作為梁體頂升的反力平臺(tái)，確定推薦方案。

2.3 千斤頂?shù)牟贾?/h3>

本次采用的超薄千斤頂?shù)酌鏋橹睆?3 cm的圓形截面，可布置于墩柱頂部支座墊石的外側(cè)?？紤]到墊石尺寸誤差和千斤頂安放誤差等因素，千斤頂布置設(shè)計(jì)時(shí)按照15 cm直徑的圓形區(qū)域考慮。因墩頂支座更換時(shí)需同時(shí)起頂同聯(lián)內(nèi)其他橋墩，橋墩頂部千斤頂?shù)牟贾每煞譃檩o助墩和支座病害處治墩兩種情況。此次需進(jìn)行頂升后病害處治的支座均為雙向支座，支座抽取通道沒(méi)有限制。如果更換單向支座時(shí)，支座的抽取通道則只能順橋向設(shè)置。

圖2 輔助墩千斤頂布置圖

圖3 支座病害處理橋墩千斤頂布置圖

3 墩頂局部混凝土應(yīng)力計(jì)算及加固計(jì)算

本次計(jì)算采用midas FEA有限元軟件進(jìn)行梁體頂升時(shí)墩柱混凝土局部應(yīng)力的分析。混凝土的彈性模量取3.0×104N/mm2，泊松比取0.167。模型選取2 m高墩柱進(jìn)行考慮，墩柱底部按照固結(jié)考慮。計(jì)算中僅考慮箍筋的約束作用，不考慮主筋的抗壓貢獻(xiàn)。墩柱螺旋箍筋為間距10 cm，直徑10 mm的R235鋼筋。加固方案為對(duì)墩頂受影響較大的范圍圍箍20 mm厚鋼管的方案，該措施可對(duì)加固墩柱提供加大的環(huán)向約束。另外，原橋墩頂設(shè)置的鋼筋網(wǎng)片的應(yīng)力分散作用作為安全系數(shù)未在計(jì)算中考慮。

計(jì)算按照最不利的支座病害處治橋墩千斤頂布置情況進(jìn)行模擬，千斤頂壓力取650 kN，形成的局部混凝土壓強(qiáng)為49 MPa。

3.1 工況1 考慮箍筋約束作用

圖4 工況1

根據(jù)分析可知，局部混凝土單元的主拉應(yīng)力達(dá)到了4.26 MPa，超出了1.39 MPa的C30混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。超出C30混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的單元分布在相鄰千斤頂之間的區(qū)域，高度為0.4 m。

3.2 工況2 考慮20 mm厚鋼管?chē)康募s束作用

圖5 工況2

在考慮圍箍鋼管補(bǔ)強(qiáng)后，所有混凝土單元的主拉應(yīng)力均未超過(guò)C30混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（模型底部單元混凝土主拉應(yīng)力偏大與輸入的邊界條件有關(guān)，對(duì)本次分析無(wú)意義，可忽略）。

通過(guò)計(jì)算分析可知，補(bǔ)強(qiáng)后的橋墩在頂升千斤頂?shù)淖饔孟戮植炕炷敛粫?huì)出現(xiàn)破壞。

4 具體實(shí)施方案

4.1 補(bǔ)強(qiáng)鋼管安裝

在墩頂圍箍高度為0.5 m、厚度20 mm的Q235鋼管進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

圍箍鋼管內(nèi)徑直徑略大于墩柱直徑，按平均0.6 mm的空隙考慮。圍箍鋼管采用兩個(gè)半圓，在現(xiàn)場(chǎng)拼裝后焊接成整體。固定封底后由下至上灌注高強(qiáng)灌注膠填充密實(shí)。施工時(shí)，必須保證膠體填充的密實(shí)程度以確?？上蚨罩峁┳銐虻沫h(huán)向約束力。檢查膠體是否填充密實(shí)可采用敲擊鋼管的方法。

4.2 千斤頂上下承壓面的處理

因墩頂安放千斤頂?shù)奈恢没炷帘砻嬉话爿^為粗糙，且平整度較差。為確保千斤頂?shù)撞康木鶆蚴芰?，?yīng)對(duì)相應(yīng)位置的混凝土面進(jìn)行打磨處理，不平整的地方可采用環(huán)氧樹(shù)脂混凝土或環(huán)氧樹(shù)脂砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

而千斤頂頂面位置靠近支座位置受到梁底坡墊的影響，承壓面不平整，也應(yīng)采用加墊鋼板并填充混凝土樹(shù)脂砂漿的方式進(jìn)行找平。

除了對(duì)千斤頂上下承壓面進(jìn)行處理以外，在梁體頂升時(shí)還需在千斤頂?shù)纳舷旅婕訅|盡可能大的厚鋼板以分散應(yīng)力。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，該橋的支座更換施工已經(jīng)完成。采用補(bǔ)強(qiáng)后的墩柱作為梁體頂升的反力平臺(tái)大大節(jié)約了施工時(shí)間、降低了施工成本，取得很好的效果。

但在此想對(duì)新建橋梁的設(shè)計(jì)者提出建議，希望在今后的橋梁設(shè)計(jì)中多考慮后期養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)的因素，讓后期橋梁的養(yǎng)護(hù)維修施工更為方便、快捷。