張萬橋

摘要：在本文的研究中分析連續(xù)箱梁支座病害，并以筆者曾經(jīng)施工過的4跨連續(xù)梁3號(hào)墩支座為案例，進(jìn)行具體的分析。常見的病害概述為支座脫空、支座偏位、支座變形過大等幾種類型。支座出現(xiàn)這些病害會(huì)引起其他支座所承擔(dān)的壓力過大，從而影響其他支座的使用壽命；還會(huì)造成整個(gè)高架橋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)受力不均勻的現(xiàn)象，最終影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：連續(xù)箱梁；支座；病害；調(diào)整

中圖分類號(hào)：ITU997 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-7973（2016）04-0042-0

“橋上道路”已經(jīng)成為我國交通建設(shè)領(lǐng)域中的主要代表之一，高架橋無論是在國內(nèi)還是在國外都有普遍的使用，其使用規(guī)模是巨大的。但是，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸量不斷的增長(zhǎng)。特別是在一些資源較為豐富的地區(qū)，以運(yùn)輸資源為主的交通貨運(yùn)方式變得十分的普遍。在這種情況下高架橋的使用頻率和強(qiáng)度都有較大的增加，很多高架橋目前的負(fù)載已經(jīng)超過了設(shè)計(jì)的能力。高架橋支座的損壞情況日益加劇。因此，對(duì)高架橋支座進(jìn)行工程調(diào)整、更換以提高其利用的價(jià)值，就成為相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者和工程師關(guān)注的焦點(diǎn)，也是他們需要解決的難點(diǎn)問題。當(dāng)前，對(duì)于高架橋支座進(jìn)行更換改造的技術(shù)研究還不豐富，進(jìn)展較慢，到目前為止尚無一個(gè)學(xué)術(shù)界和工程界普遍認(rèn)可和接受的技術(shù)方案。這是因?yàn)楦呒軜蛑ё鼡Q技術(shù)較為復(fù)雜，而不同地區(qū)的具體氣候、地質(zhì)和水文環(huán)境不一樣從而使得研究的成果難以形成一種普遍的適應(yīng)性。

1.連續(xù)箱梁支座病害概述

1.1多跨連續(xù)箱支座常見病害

多跨連續(xù)箱支座多采用盆式支座，其遭受到的病害狀況也較為普遍。結(jié)合文獻(xiàn)記載和筆者的工作實(shí)踐，本文將常見的病害概述為以下幾種類型。

（1）支座脫空

支座脫空是當(dāng)前最為常見的一種病害，也是對(duì)整個(gè)橋梁危害最為嚴(yán)重的病害和質(zhì)量問題。在高架橋中如果某個(gè)支座出現(xiàn)了脫空的現(xiàn)象，那么其他支座所承擔(dān)的壓力將過大，從而影響其它支座的使用壽命。最終，還會(huì)造成整個(gè)高架橋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)受力不均勻的現(xiàn)象，影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。

（2）支座偏位

支座偏位是當(dāng)前在工程領(lǐng)域經(jīng)常面臨的一個(gè)問題，也是控制難度較大的一種支座病害現(xiàn)象。根據(jù)偏向的特點(diǎn)可以分為縱向偏位和橫向偏位。如果支座偏位較為嚴(yán)重的話將可能造成支座的各部分受力存在較大的差異，從而給整個(gè)梁體增加更大的附加內(nèi)力，引起其他病害現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（3）支座變形過大

支座變形超過設(shè)計(jì)規(guī)范預(yù)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)引起支座的病害現(xiàn)象發(fā)生。支座出現(xiàn)變形可以分為剪切變形和壓縮變形兩種類型。支座在進(jìn)行安裝的過程中也會(huì)出現(xiàn)初始變形過大的問題，從而影響支座的耐久性并會(huì)加速橡膠老化，降低整個(gè)支座的使用周期。

在本文的研究中所選案例的支座病害情況就表現(xiàn)為支座變形過大（如圖1所示），從而影響高架橋的結(jié)構(gòu)安全。

1.2病害原因分析

造成上述病害現(xiàn)象的主要原因包括以下方面：①造成支座脫空的原因在于以下幾點(diǎn)：首先，在工程施工的過程中支座墊石標(biāo)高與設(shè)計(jì)的存在一定的誤差。其次，梁底三角楔型沒有做到完全的平整。再次，在支座的墊石澆筑時(shí)沒有控制好質(zhì)量，使得墊石在受壓后出現(xiàn)破損而引發(fā)支座脫空。支座在安裝的過程中溫度控制沒有達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，從而造成梁體伸縮超過標(biāo)準(zhǔn)誤差水平而引起支座脫空。②根據(jù)大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明出現(xiàn)支座偏位的原因在于墊石或者是支座在放樣時(shí)出現(xiàn)了偏差。針對(duì)這種情況應(yīng)當(dāng)及時(shí)的對(duì)支座進(jìn)行位置校正。例如，當(dāng)出現(xiàn)墊石的位置小規(guī)模偏差時(shí)則可以采用環(huán)氧砂漿來進(jìn)行充填；如果偏差的幅度較大的話則應(yīng)當(dāng)進(jìn)行重新澆筑。③引起支座變形較大的原因主要包括以下方面：首先，在梁體結(jié)構(gòu)中由于其它的支座出現(xiàn)了脫空，從而造成別的支座所承受的力增大，從而引起初始變形。其次，支座在安裝時(shí)的溫度狀況不符合要求，以及受到后期混凝土熱脹冷縮的影響，和汽車制動(dòng)的作用而共同引起剪切變形。再次，在高架橋縱向坡度設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)坡度較大，從而引起縱向剪切變形超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值。

2.支座更換方法

2.1頂升支架施工

是否需要設(shè)置頂升支架，需要根據(jù)連續(xù)箱梁的下部情況而定，對(duì)于設(shè)置了蓋梁下部結(jié)構(gòu)可以對(duì)蓋梁加固后作為頂升基座，對(duì)于沒有蓋梁的下部構(gòu)造（柱頂直接安裝支座），則需要設(shè)置頂升架，頂升架的形式根據(jù)橋下地形、地貌、空間以及結(jié)構(gòu)形式而定。

支架基礎(chǔ)可根據(jù)不同情況，或采用擴(kuò)大基礎(chǔ)或采用樁基礎(chǔ)；由于本橋3#墩采用樁柱式基礎(chǔ)，沒有蓋梁墩頂直接安裝支座，需要設(shè)置頂升支架，由于墩位處覆蓋層較淺，地基承載力較好，橋下有足夠的施工空間，頂升支架基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果地基承載力要求達(dá)到0.8Mpa。（如下圖所示）

第一步：頂升支架基礎(chǔ)基坑開挖，鋼管立柱預(yù)埋件安裝和基礎(chǔ)混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)。在進(jìn)行基坑開挖時(shí)候，要確保原橋梁基礎(chǔ)的安全。

第二步：鋼管立柱安裝，由于橋下空間有限，鋼管立柱采用人工配合隨車進(jìn)行安裝，在按設(shè)計(jì)要求焊接鋼管立柱的剪刀撐、水平撐，以保障鋼管的穩(wěn)定性。

第三步：安裝頂升橫梁，頂升橫梁先按設(shè)計(jì)要求下好料、連接好，采用隨車調(diào)進(jìn)行吊裝，由于受空間限制，需要采用手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)整。

第四步：搭設(shè)施工平臺(tái)，安置千斤頂，試頂。

第五步：正式頂升，采用鋼墩作為臨時(shí)支座，鑿除楔形塊，支座的處理及落梁，支座處理監(jiān)控，支架拆除及垃圾清理。

2.2梁體頂升

試頂完成后，正式頂升之前再作一次全面的檢查，檢查無誤后，隨指揮信號(hào)“開始”發(fā)出后，每臺(tái)油泵同時(shí)緩慢、均勻地供油，隨信號(hào)指揮，以頂升高程和油壓兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行雙控，按每頂起2mm為活塞行程步長(zhǎng)；每到一個(gè)步長(zhǎng)均停留1-2min，由技術(shù)員全面檢查比較每個(gè)工作油壓及高程變化，以便下一步頂升時(shí)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，逐步進(jìn)行頂升，當(dāng)達(dá)到每級(jí)指標(biāo)后立即把結(jié)果報(bào)告給指揮組；安全巡視員同時(shí)把責(zé)任區(qū)內(nèi)的安全信息報(bào)告給指揮組。每級(jí)操作都必須同步進(jìn)行，高差、油壓誤差必須嚴(yán)格控制在誤差范圍內(nèi)（高程誤差不大于0.2mm，油壓誤差不大于0.5Mpa），上一級(jí)操作的誤差可在下一級(jí)操作中進(jìn)行調(diào)整，按以上步驟完成10個(gè)步長(zhǎng)頂升。直到梁體提升到所需的15mm。整個(gè)頂升過程當(dāng)中必須及時(shí)進(jìn)行記錄，對(duì)操作過程隨時(shí)進(jìn)行反饋。

為了降低相對(duì)位移差對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的附加應(yīng)力，梁體采取橫向同步頂升方法實(shí)施支座處理。頂升和落梁過程中，在梁體支座截面的千斤頂位置和橋軸線位置的底面布置電子百分表測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)上部結(jié)構(gòu)梁體的頂升位移量，保證相對(duì)位移差滿足設(shè)計(jì)要求。

在梁體頂升前后及整個(gè)頂升施工過程中，采用人工觀測(cè)方式對(duì)主要受力部位進(jìn)行觀察，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂縫發(fā)展情況。此外，對(duì)支撐點(diǎn)附近加強(qiáng)觀測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)沖切破壞，保證結(jié)構(gòu)安全（施工后的結(jié)果如圖3所示）。

2.3支座調(diào)整養(yǎng)護(hù)

支座調(diào)整養(yǎng)護(hù)涉及到橋梁的安全，不破壞橋面結(jié)構(gòu)，技術(shù)含量較高，應(yīng)對(duì)頂升過程進(jìn)行全面監(jiān)控、支座調(diào)整養(yǎng)護(hù)。

（1）梁體頂升前，應(yīng)詳細(xì)查閱原設(shè)計(jì)圖，查勘現(xiàn)場(chǎng)，詳細(xì)測(cè)量支座處間隙及墩臺(tái)標(biāo)高，以便精確計(jì)算頂升高度，合理選擇千斤頂型號(hào)；

（2）在梁體布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，在支座處位移傳感器，采用精密水準(zhǔn)儀或高精度全站儀進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)；

（3）整體頂升需要按步驟分階段進(jìn)行，每一頂升階段最大頂升位移不超過2mm，相鄰階段應(yīng)留一定間隔，一般不少于30分鐘；

（4）每階段對(duì)測(cè)量的參數(shù)進(jìn)行分析，支座頂升脫空量原則上控制在15mm以內(nèi)。

2.4卸載、拆除頂升架

支座處理完成后，從上到下拆除橫梁和支撐，為了確保拆除工程中的安全，采用鋼管支架搭設(shè)臨時(shí)支撐，確保施工安全。

3.施工計(jì)算

3.1計(jì)算依據(jù)

在本次工程項(xiàng)目施工中依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)包括以下內(nèi)容：

（1）國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004）

（2）國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）

（3）《施工圖設(shè)計(jì)文件》

（4）《支座處理方案》

3.2主要計(jì)算內(nèi)容

（1）支座頂升過程中主梁強(qiáng)度、固結(jié)墩強(qiáng)度驗(yàn)算。

（2）相鄰墩上支座有無脫空。

（3）頂升處橫梁受力分析

結(jié)構(gòu)總體靜力計(jì)算計(jì)算采用MIDAS軟件，基于線性理論，建立空間有限元模型、將主梁及墩柱離散為梁?jiǎn)卧?，約束根據(jù)本橋?qū)嶋H進(jìn)行施加。

3.3主要計(jì)算結(jié)果

3.3.1頂升支架

通過計(jì)算頂升梁應(yīng)力最大處應(yīng)力為60.48Mpa，小于規(guī)范允許的135Mpa；

頂升梁的最大變形為1.76mm，小于L/400=7.5mm；根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，其彈性屈曲穩(wěn)定系數(shù)為4.614>4，滿足要求.

3.3.2主粱

（1）主梁正截面抗裂驗(yàn)算，如圖6所示。

在計(jì)入橋面局部降溫的不利條件下，頂升時(shí)上緣最大拉應(yīng)力為1.0MPa，小于1.855MPa，滿足規(guī)范要求。

（2）主梁斜截面抗裂驗(yàn)算（頂升時(shí)頂位置處承受主梁剪力增大）如圖7所示。

在計(jì)入橋面局部降溫的不利條件下，頂升時(shí)主拉應(yīng)力為0.4MPa，小于1.325MPa，滿足規(guī)范要求。

（3）主梁抗壓驗(yàn)算，如圖8所示。

在計(jì)入橋面局部降溫的不利條件下，頂升時(shí)下緣最大拉應(yīng)力為11.0MPa，小于25.92MPa，滿足規(guī)范要求。

（4）墩梁固結(jié)處受力驗(yàn)算（看墩梁固結(jié)處是否出現(xiàn)拉應(yīng)力）如圖9所示。

墩梁固結(jié)處墩最大拉應(yīng)力為O.9MPa，小于1.4MPa，固結(jié)處不會(huì)開裂，滿足要求。

（5）支反力情況如圖10所示。

從以上計(jì)算結(jié)果看頂升時(shí)所有支座并未出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。

（6）頂升處主梁橫梁受力情況

由于在原支座位置附近頂升，且位于箱梁腹板下方，橫梁受力基本不變。

4.總結(jié)

通過本文的研究得出了以下結(jié)論：首先，多跨連續(xù)箱支座是工程應(yīng)用中較為常見的一種類型，所以其遭受到的病害狀況也較為普遍。支座出現(xiàn)這些病害會(huì)引起其它支座所承擔(dān)的壓力過大，從而影響其它支座的使用壽命；還會(huì)造成整個(gè)高架橋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)受力不均勻的現(xiàn)象，最終影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。其次，造成上述病害現(xiàn)象的主要原因包括以下方面：①從以上施工和受力分析結(jié)果看，支座調(diào)整過程中梁體受力滿足規(guī)范要求，施工過程安全可靠。②在工程施工的過程中支座墊石標(biāo)高、平整度與設(shè)計(jì)規(guī)范存在一定的誤差，需要嚴(yán)格控制誤差范圍。③多數(shù)情況由于梁底楔形質(zhì)量問題造成支座偏位或變形過大。在梁體結(jié)構(gòu)中由于其它的支座出現(xiàn)了脫空，從而造成別的支座所承受的力增大，從而引起初始變形；設(shè)計(jì)坡度較大，也引起縱向剪切變形超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值等。