摘要 為保障橋梁工程安全運(yùn)行，處理好橋梁工程中主橋支座病害問(wèn)題，文章以新汴河大橋支座更換為例，介紹了主墩支座病害及產(chǎn)生的原因；支座更換設(shè)計(jì)基本原則、頂升力的計(jì)算、頂升高度的控制、頂升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及更換施工的工藝及控制要求，并結(jié)合工程實(shí)例總結(jié)了更換過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)、控制指標(biāo)及養(yǎng)護(hù)建議，以期為此類工程提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 支座；病害研究；更換方案設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) U445.71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）15-0096-03

0 引言

橋梁工程建成投入運(yùn)行使用后，隨著時(shí)間的推移，其在使用中面臨的各種負(fù)荷以及自然氣候等因素影響，容易出現(xiàn)各種病害問(wèn)題，對(duì)橋梁工程的正常運(yùn)行造成一定影響。因此，做好橋梁工程病害研究與更換設(shè)計(jì)，是確保橋梁工程安全運(yùn)行的重要方法。

1 工程概況

新汴河大橋位于宿州市宿州大道上跨汴河處，是連接宿州和宿州東站的主要通道，大橋全長(zhǎng)937 m，分左右雙副分離式設(shè)計(jì)，主橋?yàn)椤埃?5+145+850）m” 三跨連續(xù)四索面矮塔斜拉橋，梁體為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。該橋于2014 年5 月建成通車。

主橋上部結(jié)構(gòu)采用85 m、145 m 現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁；基礎(chǔ)采用樁接承臺(tái)墩柱形式，墩柱采用門形框架墩（如圖1 所示）；主橋采用抗震盆式橡膠支座，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力及變形需要，在不同位置選用固定支座、單項(xiàng)活動(dòng)支座及雙向活動(dòng)支座。

2 支座病害情況

根據(jù)《2022 年宿馬園區(qū)新汴河大橋結(jié)構(gòu)檢測(cè)項(xiàng)目檢查報(bào)告》檢查結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果（如圖2 所示），新汴河大橋主橋右幅12# 橋墩右幅1# 支座的支座墊石出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，其盆式支座底板及盆環(huán)均存在斷裂，12# 墩左1# 支座、4# 支座承壓橡膠板及阻尼橡膠圈被擠出支座底盆，12# 墩內(nèi)側(cè)支座滑板磨耗工作高度低于1 mm，存在異常磨損和過(guò)度壓縮。

3 支座病害原因分析

根據(jù)對(duì)該橋支座承載力的計(jì)算，該橋原設(shè)計(jì)支座承載能力滿足要求，表明原橋支座規(guī)格選擇合理。

（1）支座拆除后發(fā)現(xiàn)，1# 支座壓潰斷裂的主要原因如下：支座中部灌漿層脫空呈鍋底狀，鍋底中心脫空深度約2 cm，導(dǎo)致支座中心底板受剪斷裂后將整個(gè)支座壓潰。2# 支座底板也出現(xiàn)局部斷裂裂縫。

（2）支座承壓橡膠板及阻尼橡膠圈被擠出支座底盆原因如下：支座安裝不平整，導(dǎo)致支座傳力不均勻，在汽車荷載、溫度效應(yīng)等的反復(fù)作用下，使支座承壓橡膠和阻尼橡膠被循環(huán)擠壓出支座底盆。

（3）其他可能的原因：支座本身的缺陷因素，包括鑄鋼件的內(nèi)部缺陷超差、橡膠質(zhì)量問(wèn)題、滑板質(zhì)量問(wèn)題以及承壓橡膠板密封構(gòu)造設(shè)計(jì)不正確等。

4 更換設(shè)計(jì)基本原則

（1）更換設(shè)計(jì)應(yīng)包括頂升方式、頂升力、頂升系統(tǒng)、交通組織、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

（2）更換設(shè)計(jì)應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查基礎(chǔ)上，結(jié)合橋梁設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)及歷年養(yǎng)護(hù)維修資料研究制定。

（3）橋梁支座更換不應(yīng)損傷原結(jié)構(gòu)，不應(yīng)降低橋梁原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)使用年限。

（4）對(duì)于裝配式梁橋，當(dāng)墩臺(tái)部分支座需更換時(shí)，若其他支座仍然存在使用壽命降低的現(xiàn)象，應(yīng)將該墩臺(tái)上與之同排的支座全部更換。

（5）梁板在正式頂升之前應(yīng)進(jìn)行預(yù)頂升。

（6）梁體頂升后，應(yīng)將原支座反力安全轉(zhuǎn)移到滿足原支座約束條件并可調(diào)節(jié)的臨時(shí)支撐上。

（7）以下情況應(yīng)中斷交通更換支座：①頂升引起的伸縮縫處兩側(cè)橋面標(biāo)高差大于5 mm，且無(wú)特殊處理措施。②對(duì)于縱坡≥ 4% 的大縱坡橋梁或曲線半徑≤ 500 m的小半徑彎橋，頂升施工時(shí)解除縱橋向和橫橋向約束且沒(méi)有增加限位裝置。③采用單墩頂升方式更換曲線半徑≤ 500 m 的小半徑彎橋支座。

（8）不中斷交通情況下更換設(shè)計(jì)應(yīng)考慮車輛荷載的沖擊力，沖擊力應(yīng)按JTGD60 的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。

（9）不中斷交通條件下更換連續(xù)梁橋、剛構(gòu)橋、斜拉橋、懸索橋等結(jié)構(gòu)復(fù)雜橋梁支座，應(yīng)對(duì)頂升更換過(guò)程進(jìn)行施工監(jiān)控方案設(shè)計(jì)。

按照更換設(shè)計(jì)的基本原則，結(jié)合主橋支座損壞狀況，設(shè)計(jì)方案為將12# 墩同排支座全部更換，更換支座型號(hào)維持原設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮到支座墊石鋼筋高度不足，將原墊石鑿除后，增設(shè)鋼筋網(wǎng)片，采用UHPC 高性能混凝土灌注。

5 頂升期間交通組織及頂升方式

橋面按分離式設(shè)計(jì)，結(jié)合交通流量采用單側(cè)封閉交通單幅更換方式實(shí)施。支座更換可采用的頂升方式包括縱橋向逐墩同步頂升、縱橋向成比例頂升以及整聯(lián)或整橋同步頂升。因該橋主橋?yàn)槿邕B續(xù)現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，結(jié)合工期及費(fèi)用優(yōu)先采用單墩同步頂升，當(dāng)采用單墩頂升方式不能滿足頂升高度要求時(shí)，可在同一聯(lián)前后相鄰的橋墩處成比例輔助頂升。

6 頂升高度的確定

橋梁頂升高度控制指標(biāo)主要包括墩臺(tái)處最大容許頂升高度、縱橋向頂升高差、橫橋向頂升不同步高差等。支座更換頂升高度的確定：①滿足原支座取出，新支座順利安裝空間操作要求，根據(jù)支座的結(jié)構(gòu)，頂升高度3 cm 能滿足支座抽換的空間要求。②頂升點(diǎn)頂升高度允許值計(jì)算。考慮支座頂升過(guò)程中其他情況影響，頂升高度按照5 cm 進(jìn)行控制驗(yàn)算。采用有限元軟件對(duì)該橋頂升過(guò)程進(jìn)行模擬驗(yàn)算，并在恒載組合作用下進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果標(biāo)明該橋在頂升期間按照控制高度5 cm，僅在恒載作用下主梁承載能力驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

綜上12# 墩的支座更換作業(yè)時(shí)，按照控制頂升高度不大于5 cm。若單墩頂升困難，可在13# 墩處同步頂升10 mm。

7 頂升力

根據(jù)橋梁恒載和活載設(shè)計(jì)荷載等級(jí)，考慮不中斷交通情況下汽車沖擊力的影響以及安全儲(chǔ)備，按式（1）計(jì)算單個(gè)支座頂升力：

Fd=k×R （1）

式中，Fd——所需的單個(gè)支座頂升力（kN）；k——安全系數(shù)，在1.5～2.0 之間取值，具體取值應(yīng)根據(jù)計(jì)算及實(shí)際情況確定；R—— 按結(jié)構(gòu)恒載標(biāo)準(zhǔn)值+ 汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值（考慮汽車沖擊力）計(jì)算的單個(gè)支座反力（kN）。因該橋在封閉交通條件下實(shí)施，不考慮汽車荷載，考慮1.5 倍安全系數(shù)，經(jīng)計(jì)算12# 墩單幅頂升力為18 694.5 t。采用40 臺(tái)630 t 千斤頂同步頂升，單個(gè)千斤頂實(shí)際頂升力450 t。

8 頂升系統(tǒng)

8.1 同步頂升系統(tǒng)

PLC 多點(diǎn)同步控制系統(tǒng)能同時(shí)對(duì)多點(diǎn)實(shí)施頂升，同時(shí)具備對(duì)頂升過(guò)程中各點(diǎn)頂升力、位移等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集功能，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與安全閥值實(shí)時(shí)校核，確定并自動(dòng)執(zhí)行頂升系統(tǒng)各千斤頂?shù)南乱徊絼?dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)多液壓缸負(fù)載均衡同步自動(dòng)升降。

采用一臺(tái)PLC 液壓系統(tǒng)，同時(shí)輸出兩組供油管路，一組供油管路控制20 臺(tái)千斤頂。液壓系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，可以全自動(dòng)地完成同步位移，實(shí)現(xiàn)力和位移的控制、位移誤差的控制、行程的控制和負(fù)載壓力的控制；誤操作自動(dòng)保護(hù)、過(guò)程顯示、故障報(bào)警、緊急停止等多種功能[1]。

8.2 千斤頂布置

（1）布置原則：縱橋向、橫橋向頂升千斤頂?shù)暮狭c(diǎn)應(yīng)與支座中心點(diǎn)盡量重合，在滿足支座拆裝操作空間的前提下，盡可能地靠近支座擺放。頂升千斤頂應(yīng)布置于梁體腹板、肋板、內(nèi)橫隔梁位置處，不應(yīng)布置于箱梁或板梁內(nèi)空腔處。當(dāng)無(wú)法滿足上述要求時(shí)，應(yīng)對(duì)千斤頂布置處局部加強(qiáng)。

（2）千斤頂布置及局部承壓計(jì)算。結(jié)合墩頂結(jié)構(gòu)尺寸，單墩在支座墊石周邊布置40 臺(tái)雙作用螺母自鎖千斤頂（630 t）千斤頂作為頂升設(shè)備，同時(shí)設(shè)置臨時(shí)抄墊鋼板。為增大主梁底面受壓面積，千斤頂上部抄墊邊長(zhǎng)45 cm、厚度2 cm 鋼板，主梁墩頂局部應(yīng)力22.2 MPa，千斤頂頂升位置為實(shí)心段，主梁混凝土為C50 局部承壓滿足要求。

8.3 施工操作平臺(tái)及支座更換滑移軌道設(shè)計(jì)

12# 墩高10.5 m，梁底距橋面凈空高度為80 cm，搭設(shè)雙排鋼管腳手架作為施工平臺(tái)；主支座最大重8.7 t，因墩頂與梁底之間操作空間受限，采用在主墩側(cè)面植錨栓固定型鋼滑動(dòng)平臺(tái)，作為主支座安拆的滑道。

9 施工監(jiān)控

監(jiān)控內(nèi)容包括頂升高度、梁體縱橫向偏位、應(yīng)力/應(yīng)變、裂縫、橋面高程、伸縮縫變形、撓度、溫度、風(fēng)速等。

10 施工作業(yè)

10.1 作業(yè)流程

施工準(zhǔn)備→ 預(yù)頂升→ 正式頂升→ 支座墊石處理→ 支座更換→ 落梁。

10.2 施工準(zhǔn)備

①施工前應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要合理配置施工班組、作業(yè)管理人員，并對(duì)所有操作人員進(jìn)行技術(shù)交底和安全教育培訓(xùn)。②施工所需材料、產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收及檢驗(yàn)，不得使用檢驗(yàn)不合格的材料和產(chǎn)品。③新支座的規(guī)格、型號(hào)及技術(shù)要求應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，并具有出廠合格證明及檢驗(yàn)合格報(bào)告。④應(yīng)對(duì)頂升系統(tǒng)進(jìn)行安裝調(diào)試和校驗(yàn)，并有充足備件。⑤千斤頂示值誤差不應(yīng)超過(guò)2%，油壓表分辨率不大于0.1 MPa；千斤頂、油壓表應(yīng)經(jīng)標(biāo)定合格后方可使用；安裝后、使用前應(yīng)進(jìn)行保壓試驗(yàn)，保壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力應(yīng)維持在千斤頂公稱量程的70%，保壓時(shí)間不低于120 s。⑥安裝千斤頂時(shí)，上下接觸面應(yīng)根據(jù)局部承壓驗(yàn)算結(jié)果配置鋼墊板，并進(jìn)行縱坡、橫坡調(diào)平處理，水平方向的平整度應(yīng)控制在±1 mm 以內(nèi)。⑦頂升千斤頂安裝時(shí)應(yīng)保證其軸向垂直，圓心豎直偏差不應(yīng)大于0.5 mm；⑧當(dāng)采用墩臺(tái)頂作為千斤頂支撐平臺(tái)時(shí)，應(yīng)清理墩臺(tái)頂部并做找平處理。⑨應(yīng)確認(rèn)梁體與墩臺(tái)結(jié)構(gòu)各部位約束或聯(lián)系已完全解除；對(duì)橋上布設(shè)的管線障礙進(jìn)行妥善處理，同時(shí)應(yīng)落實(shí)防護(hù)措施。

10.3 預(yù)頂升

①預(yù)頂升荷載分為兩級(jí)：第一級(jí)頂升力為支座計(jì)算反力的50% 左右，持荷5～10 min 并檢查頂升設(shè)備的安全性，無(wú)異常后進(jìn)行第二級(jí)頂升；第二級(jí)以頂升位移控制為主，頂升至梁體脫離原支座1～2 mm，保持持荷狀態(tài)達(dá)到10 min 以上且無(wú)任何異常后，方可認(rèn)定系統(tǒng)工作正常并將千斤頂回落到原位[2]。②頂升過(guò)程中頂升位移速度不應(yīng)大于1 mm/3 min。③在預(yù)頂升過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)工作異常、管路滲漏、頂升力與理論頂升荷載偏差較大等情況，應(yīng)立即停止作業(yè)，卸載后進(jìn)行調(diào)試，合格后方可繼續(xù)實(shí)施預(yù)頂升。④如出現(xiàn)部分支座不脫空，應(yīng)查找原因，并記錄不脫空支座位置，在正式頂升時(shí)對(duì)頂升力進(jìn)行調(diào)整。

10.4 正式頂升

正式頂升分級(jí)頂升。每一級(jí)頂升標(biāo)準(zhǔn)行程為2 mm，設(shè)置最大頂升速度1 mm/min。每一級(jí)頂升到位時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整千斤頂螺旋裝置（機(jī)械式支撐），保證安全。頂升過(guò)程中對(duì)頂升力和頂升位移進(jìn)行雙控，并以頂升點(diǎn)處梁體位移作為主要控制指標(biāo)。

整個(gè)頂升過(guò)程應(yīng)保持橋墩兩側(cè)位移傳感器的位置同步誤差小于1 mm，一旦位置誤差大于1 mm 或任何一缸的壓力誤差大于5%，控制系統(tǒng)立即關(guān)閉液控單向閥，以確保梁體安全。

頂升到位后及時(shí)調(diào)整螺旋裝置（機(jī)械式支撐）支撐保護(hù)，并將上部結(jié)構(gòu)荷載轉(zhuǎn)換到可調(diào)節(jié)的臨時(shí)支撐上。

10.5 支座更換

頂升高度滿足施工要求后，拆除支座上、下座板錨固螺栓，采用連接件將支座各元件進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)，采用葫蘆將病害舊支座牽引至滑道，采用吊裝設(shè)備將支座移出施工操作區(qū)域。

使用風(fēng)鎬對(duì)破損的墊石進(jìn)行破除，鑿除過(guò)程中注意原鋼筋的保護(hù)，然后使用UHPC 超高性能混凝土對(duì)墊石進(jìn)行恢復(fù)。預(yù)留2～3 cm 作為支座灌漿調(diào)平層，使用重力式灌注高強(qiáng)支座灌漿料調(diào)平。支座墊石頂面高程允許誤差±2 mm，四角高差±2 mm，位置偏差5 mm。

支座灌漿調(diào)平層平整度密實(shí)度控制措施：①重力式灌漿。②自支座一側(cè)或一個(gè)角單點(diǎn)灌注。③采用拉細(xì)鋼筋或鋼絲等方式，確保支座中部灌漿密實(shí)及趕走灌漿層內(nèi)氣泡，起到振搗作用。④正式灌注前應(yīng)模擬灌注試驗(yàn)，檢驗(yàn)灌漿材料性能及灌注工藝。

新支座的安裝恢復(fù)原支座上下預(yù)埋板的聯(lián)結(jié)裝置，采用自上而下的順序安裝新支座。更換施工后支座頂面標(biāo)高及水平偏位應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，標(biāo)高偏差不應(yīng)大于±2 mm，水平偏位不應(yīng)大于2 mm。

10.6 落梁

采用分級(jí)卸載方式落梁，確保各個(gè)支座受力均勻。落梁后應(yīng)檢查確認(rèn)各連接面密貼，新支座受力狀態(tài)正常。落梁到設(shè)計(jì)標(biāo)高位置后，應(yīng)通過(guò)千斤頂自鎖方式或設(shè)置臨時(shí)支撐的方式，確保高度座標(biāo)不發(fā)生變化，并再次檢查支座頂面標(biāo)高和四角高差是否符合規(guī)定要求[3]。

11 結(jié)論與建議

第一，支座更換施工實(shí)際采用12# 墩單墩頂升，頂升力為14 420 t，實(shí)際頂升高度4 cm（含支座病害下沉高度約1 cm）。

第二，因1# 支座完全壓潰后下沉約1 cm。梁體頂升過(guò)程中應(yīng)先將梁體調(diào)平，然后再進(jìn)行同步升高。

第三，梁體頂升的過(guò)程首先克服梁體自重，梁體與支座接觸面脫離，12# 墩位置帶動(dòng)梁體整體抬高，頂升力逐漸增大，當(dāng)頂升應(yīng)力大于梁體變形產(chǎn)生的應(yīng)力后，梁體開(kāi)始變形。支座頂升力應(yīng)考慮梁體變形產(chǎn)生的力。

第四，在原支座安裝相對(duì)高差無(wú)異常偏差的條件下，新支座安裝標(biāo)高按照原樣恢復(fù)控制。標(biāo)高控制以施工監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)為準(zhǔn)，同時(shí)可結(jié)合原套筒預(yù)埋高度及PLC 同步頂升設(shè)備控制高度進(jìn)行復(fù)核。

第五，通過(guò)該橋支座病害處治情況發(fā)現(xiàn)大型盆式橡膠支座因支座底板面積大，施工時(shí)支座灌漿料調(diào)平層灌注平整度、密實(shí)度控制難度大，是支座施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。該項(xiàng)目通過(guò)重力式灌漿、單點(diǎn)單側(cè)面灌注，同時(shí)輔以拉鋼筋、鋼絲調(diào)平及趕走灌漿層內(nèi)氣泡等方式確保施工質(zhì)量，通過(guò)工藝驗(yàn)證試驗(yàn)，顯示取得良好效果。

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