朱永波

（江西省交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,江西 南昌 330000）

0 引言

斜索橋是大跨度橋梁建設(shè)廣泛采用的一種橋梁形式，早期混凝土預(yù)應(yīng)力斜索橋建設(shè)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)規(guī)范、技術(shù)工藝以及工程經(jīng)驗(yàn)存在不足，橋梁結(jié)構(gòu)自身存在一定技術(shù)不足，交付使用后，在交通量和軸載不斷發(fā)展的背景下，橋梁技術(shù)狀態(tài)面臨考驗(yàn)，部分橋梁發(fā)生工程病害，嚴(yán)重影響了橋梁持久性和使用安全性，因此需要有針對(duì)性的工程加固技術(shù)。在斜拉橋的邊跨配置輔助墩，可以增加橋梁總體剛度。輔助墩頂部設(shè)置拉壓支撐座，能夠較好控制和改善結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)?？梢坏┰撝巫鶢顟B(tài)失效，橋梁結(jié)構(gòu)就會(huì)再度面臨安全風(fēng)險(xiǎn)，因此更換支撐座也是一種常用的橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)。案例橋12#輔助墩的拉壓支撐座水平抗剪載承能力不足，已經(jīng)不符合橋梁結(jié)構(gòu)和運(yùn)行安全需要，為了避免病害進(jìn)一步發(fā)展，確保該橋梁使用安全，相關(guān)部門對(duì)該拉壓支撐座實(shí)施了更換處理。這里結(jié)合工程應(yīng)用，介紹該更換拉壓支撐座方案以及操作工藝設(shè)計(jì)，希望對(duì)同類工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 工程概況

某橋梁橋梁長(zhǎng)度1 001 m，其中主橋長(zhǎng)度632 m，主橋上部采取雙塔雙索面混凝土預(yù)應(yīng)力斜索結(jié)構(gòu)，全橋跨度組合為混凝土預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T 梁1×40 m+斜索橋（50 m+108 m+316 m+108 m+50 m）+混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)T 梁。主梁采取掛籃懸臂澆筑，主橋輔助墩的墩頂及交接墩的墩頂均配置拉壓支撐座梁，設(shè)計(jì)單位未曾對(duì)拉壓支撐座進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，支撐座成套向廠商訂購(gòu)。橋梁設(shè)計(jì)載荷為掛-120，汽超-20 級(jí)，于2008 年末建成通車。

原橋梁結(jié)構(gòu)符合規(guī)范要求，除了12#輔助墩的拉壓支撐座的螺栓松動(dòng)、脫落，導(dǎo)致支撐座虛空外，并沒(méi)有出現(xiàn)其他結(jié)構(gòu)性問(wèn)題。病害主要源于材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、施工、營(yíng)運(yùn)養(yǎng)護(hù)、外載荷等多個(gè)方面。12#輔助墩的拉壓支撐座的水平抗剪載承能力相對(duì)不足，已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的病害，為了避免病害進(jìn)一步惡化，影響結(jié)構(gòu)安全，需要制定特別加固方案，更換拉壓支撐座。

該橋在12#墩處各設(shè)置了1 個(gè)雙向活動(dòng)支撐座和單向活動(dòng)支撐座，采取同心圓承拉結(jié)構(gòu)。當(dāng)產(chǎn)生拉力時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)面時(shí)常發(fā)生鎖定，造成上下拉桿的受力不均勻，原支撐座技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

表1 原支撐座主要技術(shù)指標(biāo)

2 更換拉壓支撐座方案

拉壓支撐座發(fā)生病害，或是因?yàn)楸旧碣|(zhì)量不好，或是由于施工質(zhì)量隱患所致。因此針對(duì)輔助墩支撐座出現(xiàn)的問(wèn)題，可以按照原設(shè)計(jì)形式，恢復(fù)12#墩拉壓支撐座，并適當(dāng)增強(qiáng)其水平抗剪載承力至1 000 kN，以滿足質(zhì)量要求。這不僅可以解決設(shè)計(jì)圖紙變更和缺失施工監(jiān)控資料帶來(lái)的不便，還可以確保新支撐座勝任承載橋梁重量。

該次設(shè)計(jì)還考慮為新支撐座施加一個(gè)初始預(yù)壓力，以提高其抗拉安全儲(chǔ)備。為此確定采用抬高橋墩頂部的梁結(jié)構(gòu)，利用其自重向支撐座施加預(yù)壓力。在提高主梁方法上，比較了橋面車輛加荷和直接千斤頂推頂兩種方式，以確定哪種方法更適合?？紤]結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)部應(yīng)力影響，最終選擇橋面車輛加荷方。

由于難以完全阻斷橋面交通，拆除舊支撐座后，在車量載荷影響下，主梁會(huì)對(duì)輔助墩產(chǎn)生拍擊現(xiàn)象，這將導(dǎo)致橋梁發(fā)生過(guò)大振動(dòng)，千斤頂或臨時(shí)支承失穩(wěn)，不利于施工安全。為解決這一問(wèn)題，決定采取壓重方法，只保留超車道，封閉應(yīng)急車道和行車道，在輔助墩的墩頂以沙袋壓重，確定了壓重重量、高度和面積[1]。

3 更換拉壓支撐座操作方案

更換拉壓支撐座操作的難點(diǎn)在于下述2 點(diǎn)：

（1）L12#輔助墩支撐座的抗拉載承力設(shè)計(jì)為300 t，垂向抗壓載承力為500 t，頂推重量較大，需要配備更多的頂推設(shè)備。此外由于某些載荷組合下支撐座會(huì)產(chǎn)生拉力，所以還需要配置臨時(shí)抗拉保障措施。

（2）橋梁跨徑較大，受晝夜溫度差影響，主梁縱向形變較大。在作業(yè)過(guò)程中，需要考慮臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)問(wèn)題。

3.1 操作流程

更換拉壓支撐座的工序：工前準(zhǔn)備→定制支撐座→搭建作業(yè)平臺(tái)→支撐基面臨時(shí)選擇整理→千斤頂（含監(jiān)測(cè)設(shè)備）配置→試推頂及調(diào)節(jié)→一次推頂→配置臨時(shí)支撐→推頂設(shè)備拆除→拆除舊支撐座→鑿除破舊墊石→鑿墩頂錨固孔→安裝調(diào)整新支撐座→澆筑墊石→養(yǎng)生→壓重形成二次推頂→灌漿調(diào)整總支撐高度→拆除臨時(shí)支撐→落梁操作→連接新支撐座及后續(xù)處理→檢核驗(yàn)收。

3.2 更換支撐座操作工藝要點(diǎn)

在改造支撐座時(shí)，應(yīng)同時(shí)更換上下游兩側(cè)的支撐座，以保證同跨同側(cè)的同時(shí)推頂。在施工作業(yè)時(shí)，應(yīng)查看橋梁原始記錄，以確保千斤頂?shù)耐祈攪嵨桓哂谕祈斨亓康? 倍。

（1）橫隔板加寬。由于箱梁底板橫向規(guī)格的限制，導(dǎo)致支撐座上鋼盆的錨固面積不足，因此在箱梁支撐座處的橫隔板兩側(cè)，需要澆注一塊高度5.00 cm，厚度80.00 cm 的混凝土，以增加支撐座鋼盆的錨固面積。同時(shí)根據(jù)新支撐座頂板圖紙操作對(duì)拉錨桿。對(duì)拉錨桿必須嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保錨桿規(guī)格和孔位符合施工圖要求，確保錨桿操作到位，并及時(shí)進(jìn)行混凝土澆筑。同時(shí)要嚴(yán)格控制混凝土配合比，確?；炷翝仓|(zhì)量和效果。

（2）液壓系統(tǒng)配置。墩臺(tái)清理合格后，根據(jù)施工圖配置液壓系統(tǒng)。

（3）壓重計(jì)算與堆載。根據(jù)工程計(jì)算，確定主梁的恒載壓重在82.50 t，方式為沙袋堆載，注意堆載不超出2.00 m 高度，并進(jìn)行放坡處理，以確保堆載穩(wěn)定。

（4）拆卸支撐座螺栓和推頂梁體，拆除舊支撐座。

（5）墩頂部分混凝土鑿除，插入地腳栓套筒，如圖1 所示。根據(jù)梁底至墩頂距離以及新支撐座的安裝高度，需要考慮是否須對(duì)墩頂混凝土進(jìn)行鑿除。如果有鑿除的必要，那么鑿除高度需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行鑿除操作，操作平臺(tái)合理設(shè)置防護(hù)措施，包括密目網(wǎng)和竹條板的全封閉防護(hù)，以防止高空操作事故和掉渣傷人。根據(jù)新支撐座地腳栓平面圖，在墩臺(tái)的側(cè)面設(shè)孔，然后安裝新的套筒[2]。

圖1 地腳栓套筒裝配示意（cm）

（6）裝配新支撐座。裝配新支撐座并對(duì)其給予臨時(shí)鎖定。

（7）對(duì)主梁施加活載壓重。如圖2 所示，使用汽車載荷對(duì)主梁再次施加壓重載荷，以確保新支撐座高度與調(diào)節(jié)前保持一致。

圖2 車輛壓立面配置示意（cm）

（8）完成回油落梁并清理墩臺(tái)。

3.3 滑動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

該次加固需要安置的拉壓支撐座總重量約在4.70 t，且現(xiàn)場(chǎng)操作空間有限，拆除舊支撐座后無(wú)法人工取出和再安置。因此在12#墩臺(tái)的外側(cè)，配置了墩頂滑動(dòng)平臺(tái)，用于取出舊支撐座并安置新支撐座。左右幅配置，共兩套滑動(dòng)平臺(tái)，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)滑動(dòng)平臺(tái)規(guī)格和載荷進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：

（1）規(guī)格及用材設(shè)計(jì)：①為了進(jìn)行墩臺(tái)支撐座整改，在12#墩臺(tái)的外側(cè)設(shè)計(jì)了一個(gè)墩頂滑動(dòng)平臺(tái)，規(guī)格為7.50×2.60 m。②平臺(tái)下方的主梁，由2 根HM340×250×9×14 形式的分配梁組成。③錨板規(guī)格1 400×450×20 mm，墩側(cè)采取M20 化學(xué)錨栓計(jì)18 根進(jìn)行錨板固定，錨板與分配梁采取角焊縫連接，焊腳規(guī)格8.00 mm，采取E50 焊條，焊縫須達(dá)到三級(jí)質(zhì)量。④在分配梁間，每隔50.00 cm 配置1 道橫隔板，隔板采用厚度為10.00 mm的鋼板。吊桿位于橫隔板上方，并進(jìn)行了加強(qiáng)處理。⑤分配梁上部，配置厚度4.00 mm 的花紋鋼板，滑道設(shè)置在花紋鋼板上?；烙珊穸葹?.00 mm 的不銹鋼板和厚度4.00 mm 的PTFE 組成。⑥滑動(dòng)平臺(tái)的外側(cè)，懸掛2臺(tái)2 噸級(jí)倒鏈，用于拖動(dòng)支撐座。⑦滑動(dòng)平臺(tái)設(shè)置防護(hù)網(wǎng)，采用φ8 鋼筋和5×L50 角鋼組成網(wǎng)骨架，并在網(wǎng)骨架上裝配鋼絲防護(hù)網(wǎng)。

（2）主要荷載設(shè)計(jì)：①恒載：考慮鋼材自身重量，自身重量系數(shù)為1.04。②支撐座載荷及施工載荷：支撐座自重為4.70 t，為了保證安全，將施工載荷和支撐座自身重量合并計(jì)算，取為10.00 t?；趨⒖嫉幕瑒?dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及操作流程，基于5 種可能的不利工況，通過(guò)工程有限元分析模型開(kāi)展分析計(jì)算，結(jié)果顯示，在最大拉力下，滑動(dòng)平臺(tái)的最大壓應(yīng)力為89.70 MPa，最大拉應(yīng)力為45.90 MPa，所選鋼材強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 拆除舊座及安裝新座

（1）舊支撐座拆除方案：①先臨時(shí)固定支撐座上下座板，接著拆除墊石與下座板的連接螺栓。然后在預(yù)設(shè)螺栓套筒內(nèi)塞入棉布，以防止雜物進(jìn)入，并用棉布覆蓋不銹鋼滑動(dòng)面，保護(hù)其免受雜物和灰塵的損害。②在12#墩的兩個(gè)支撐座處，同時(shí)頂起10.00 mm，將整個(gè)支撐座抬升，使其與預(yù)設(shè)鋼板脫離。應(yīng)保證同步頂推時(shí)操作，并在頂推過(guò)程中隨著高度的增加，在千斤頂上增加半環(huán)形鋼墊塊，其徑值為20.00 cm，總重量在15.77 t，這是為了避免作業(yè)中千斤頂突然失效可能帶來(lái)的操作風(fēng)險(xiǎn)。③為了確保順利拖出，在支撐座預(yù)設(shè)鋼板的表面，鋪置2道摩擦副，由厚4.00 mm 四氟滑板和厚2.00 mm 不銹鋼板組成，氟滑板和不銹鋼板的規(guī)格根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。④用千斤頂推頂支撐座，解除主梁與上座板的連接螺栓，使其落在四氟滑板上。然后通過(guò)在滑動(dòng)平臺(tái)外端裝配的倒鏈，將其向外拖至臨時(shí)支撐座存放平臺(tái)。⑤用吊車將舊支撐座從臨時(shí)支撐座存放平臺(tái)進(jìn)行吊出，完成拆除操作。

（2）新支撐座裝配方案。在安裝支撐座時(shí)，采用吊運(yùn)加橫向拖拉復(fù)位的方式，將其拖回至設(shè)計(jì)位置，并按照以下步驟進(jìn)行操作。

①首先需要核實(shí)設(shè)計(jì)位置的基準(zhǔn)線，檢驗(yàn)無(wú)誤后，按設(shè)計(jì)標(biāo)高及位置將預(yù)設(shè)鋼板調(diào)平就位。②采取重力敞口注漿方法進(jìn)行注漿操作，完成注漿后須檢驗(yàn)灌漿密實(shí)度和四角平面度，確保預(yù)設(shè)鋼板底部注漿密實(shí)。安裝后四角的相對(duì)高差應(yīng)≤2.00 mm，檢驗(yàn)合格后，才可進(jìn)入下道操作工序。③待注漿料達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75.00%以后，將新支撐座用吊車從梁頂?shù)踹\(yùn)至臨時(shí)置放平臺(tái)。④在預(yù)設(shè)鋼板表面配置滑動(dòng)摩擦副，借助墩頂裝配的倒鏈，將支撐座拉回梁底裝配位置。⑤支撐座滑動(dòng)就位后，使用機(jī)械千斤頂或撬杠進(jìn)行位置微調(diào)，對(duì)齊主梁連接螺栓孔與支撐座上座板的螺栓孔后，將支撐座與主梁以錨件給予連接。⑥移除滑動(dòng)摩擦副，選擇溫度合適的時(shí)段進(jìn)行落梁操作，固定橋墩與下座板連接螺栓，解除上下座板臨時(shí)固定。⑦查驗(yàn)鋼梁與上座板的連接栓，保證連接栓無(wú)松動(dòng)，查驗(yàn)支撐座裝配狀態(tài)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，裝配支撐座防塵罩，完成支撐座裝配。⑧移除抄墊梁、墩頂千斤頂?shù)扰R時(shí)支承，拆卸墩頂其他輔助設(shè)施。完成裝配后，需測(cè)量支撐座精度，允許誤差應(yīng)滿足表2 規(guī)定[3]。

表2 支撐座裝配允許誤差

4 結(jié)語(yǔ)

基于工程養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)案例，進(jìn)行了混凝土預(yù)應(yīng)力斜索橋輔助墩更換拉壓支撐座工藝設(shè)計(jì)研究。

（1）介紹了更換拉壓支撐座工藝設(shè)計(jì)方案。恢復(fù)12#墩拉壓支撐座，并適當(dāng)增強(qiáng)其水平抗剪載承力至1 000 kN；為新支撐座施加一個(gè)初始預(yù)壓力，以提高其抗拉安全儲(chǔ)備；考慮結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)部應(yīng)力影響，最終選擇橋面車輛加荷方式；只保留超車道，封閉應(yīng)急車道和行車道，在輔助墩的墩頂以沙袋壓重。

（2）介紹了更換拉壓支撐座操作設(shè)計(jì)方案。包括支撐座操作流程、更換支撐座操作工藝要點(diǎn)、滑動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)、拆除舊座及安裝新座等；其中更換支撐座操作工藝要點(diǎn)，包括橫隔板加寬、液壓系統(tǒng)配置、壓重計(jì)算與堆載、拆卸支撐座螺栓與推頂梁體、拆除舊支撐座、墩頂部分混凝土鑿除與插入地腳栓套筒、裝配新支撐座、主梁活載壓重、落梁及清理墩臺(tái)等一系列技術(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

（3）輔助墩頂部設(shè)置拉壓支撐座，能夠較好控制和改善結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)。案例工程采取上述工藝設(shè)計(jì)，如期完成了輔助墩更換拉壓支撐座的養(yǎng)護(hù)工程任務(wù)，梳理這些工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為同類工程應(yīng)用提供技術(shù)借鑒。