1.前言
橋梁支座的主要功能是將上部結(jié)構(gòu)的反力可靠地傳遞給墩臺(tái)，并同時(shí)完成梁體結(jié)構(gòu)所需的變形。由于支座本身的質(zhì)量問(wèn)題，以及支座在設(shè)計(jì)、安裝、使用過(guò)程中的種種不當(dāng)，而造成支座過(guò)早的破壞，影響了橋梁的正常使用。在支座的處置技術(shù)中針對(duì)不可修復(fù)的損壞狀況，就需要對(duì)支座進(jìn)行更換處置，在更換的過(guò)程中，更換的方法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響是非常大的，因此在更換的過(guò)程中需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的各主要受力部位進(jìn)行監(jiān)控，以保證更換過(guò)程的和可控制。
下面結(jié)合工程實(shí)例，介紹主要的施工及控制技術(shù)。
2、工程案例
岔路口立交橋工程始于寧鎮(zhèn)公路北側(cè)，下穿寧鎮(zhèn)公路，向北跨越滬寧鐵路，進(jìn)入棲霞區(qū)后，左右線分行，左線沿既有寧棲公路而行，右線靠東側(cè)直行。在左線ZK0＋239.872ZK0＋817.020及右線YK0＋239.872YK0＋846.132設(shè)橋區(qū)段，左右幅分幅設(shè)橋，并行段設(shè)1m分隔帶，分叉后各設(shè)防撞墻。
左線共七聯(lián)，橋跨布置為：（5×20m）＋（3×20m）＋（22.5m＋35m＋22.5m）＋（17.944m＋3×20m＋17.944m）＋（4×20m）＋（4×20m）＋（4×20m）；右線共七聯(lián)，橋跨布置為：（5×20m）＋（5×17m）＋（22.5m＋35m＋22.5m）＋（3×20m）＋（4×20m）＋（5×20m）＋（5×20m）。左幅橋第2聯(lián)第3跨8號(hào)墩頂支座支座四氟板嚴(yán)重偏位、滑動(dòng)功能失效形成半固定支座，為了保障該橋的正常運(yùn)營(yíng)，現(xiàn)要求對(duì)該橋出現(xiàn)病害的支座進(jìn)行更換處理。
3、左幅8＃墩頂升計(jì)算
3.2計(jì)算目的
(1)通過(guò)計(jì)算分析，確定8＃墩頂升時(shí)所結(jié)構(gòu)所允許的頂升量，即在多大頂升量范圍內(nèi)，主體結(jié)構(gòu)受力是的；
(2)通過(guò)計(jì)算分析，確定8＃墩頂頂升時(shí)的支反力，為選擇合適量程的千斤頂提供依據(jù)；
(3)通過(guò)恒活載組合驗(yàn)算，分析在不中斷交通情況下更換支座時(shí)結(jié)構(gòu)的受力狀況，為確定支座更換方案提供依據(jù)。
3.4計(jì)算概況
3.4.1計(jì)算內(nèi)容
結(jié)構(gòu)驗(yàn)算主要包括以下內(nèi)容：
在8＃墩橫向同步頂升過(guò)程中結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算；
在8＃墩橫向同步頂升過(guò)程中結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算；
計(jì)算結(jié)構(gòu)受力允許范圍內(nèi)頂升量所對(duì)應(yīng)的頂升力。
3.4.2計(jì)算模型
結(jié)構(gòu)靜力分析采用橋梁博士V3.2.0程序進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算模型中箱梁采用平面梁?jiǎn)卧M，其單元和節(jié)點(diǎn)劃分見(jiàn)圖4-1所示，橋面瀝青鋪裝以及附屬設(shè)施等作為均布荷載作用在結(jié)構(gòu)上，忽略其對(duì)結(jié)構(gòu)縱向整體的剛度貢獻(xiàn)，按自重作用進(jìn)行考慮。
3.4.3計(jì)算參數(shù)
箱梁混凝土：40號(hào)，抗壓彈性模量：3.3×104MPa，容重26kN/m3；
荷載：一期荷載（結(jié)構(gòu)自重）在計(jì)算過(guò)程中由程序自動(dòng)計(jì)算，5cm現(xiàn)澆混凝土調(diào)平層和6cm瀝青混凝土鋪裝自重?fù)Q算成荷載作用在結(jié)構(gòu)上；
汽車荷載：城－A級(jí)，橫向3車道，取0.78橫向折減系數(shù)；
人群荷載：按3.5kN/m2計(jì)。
3.4.4邊界條件
邊界條件根據(jù)設(shè)計(jì)采用的支座布置方式確定。
3.4.5作用（荷載）
結(jié)構(gòu)驗(yàn)算主要考慮以下荷載：
(1)結(jié)構(gòu)重力（包括結(jié)構(gòu)附加重力），即二期恒載；
(2)預(yù)加力：按原設(shè)計(jì)縱向預(yù)應(yīng)力束不參與結(jié)構(gòu)受力計(jì)算；
(3)頂升力，分別按1cm和2cm頂升力進(jìn)行考慮；
(4)支座不均勻沉降，按設(shè)計(jì)取用的5mm沉降值進(jìn)行考慮；
(5)溫度：整體升降溫按15℃計(jì)，溫度梯度按頂板升溫5℃；
(6)混凝土收縮徐變作用：按照規(guī)范計(jì)算；
(7)活載：車道荷載按城－A級(jí)、人群荷載按3.5kN/m2計(jì)。
3.5計(jì)算結(jié)果
3.5.1頂升力計(jì)算
8＃墩在頂升2cm時(shí)，正常使用極限狀態(tài)荷載組合Ⅰ支承反力左右兩支承反力為451噸，正常使用極限狀態(tài)組合Ⅱ兩支承反力為471噸，因此要確保順利將梁體頂起，其布設(shè)千斤頂?shù)目倗嵨徊粦?yīng)小于471×1.3＝612噸。
表5-1正常使用極限狀態(tài)荷載組合Ⅰ支承反力匯總
表5-2正常使用極限狀態(tài)荷載組合Ⅱ支承反力匯總
3.5.2正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算
左幅8＃墩分別在頂升10mm和20mm時(shí)，其梁體上下緣裂縫寬度驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表5-3和圖5-1～圖5-8所示，從表中數(shù)據(jù)可以看出：在頂升力和恒活載組合作用下，裂縫寬度均小于規(guī)范允許值，且梁體裂縫寬度對(duì)頂升量不敏感。
3.5.3承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算
左幅8＃墩分別在頂升10mm和20mm時(shí)，其梁體承載能力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)圖5-9～圖5-16所示，從圖中數(shù)據(jù)可以看出：在頂升力和恒活載組合作用下，梁體內(nèi)力均小于結(jié)構(gòu)抗力，承載能力滿足規(guī)范要求。
圖5-9右幅8＃墩頂升梁體10mm時(shí)上部連續(xù)箱梁抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖（組合Ⅰ）
圖5-10右幅8＃墩頂升梁體10mm時(shí)上部連續(xù)箱梁更小抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖（組合Ⅰ）
圖5-11右幅8＃墩頂升梁體10mm時(shí)上部連續(xù)箱梁抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖（組合Ⅱ）
圖5-12右幅8＃墩頂升梁體10mm時(shí)上部連續(xù)箱梁更小抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖（組合Ⅱ）
圖5-13右幅8＃墩頂升梁體20mm時(shí)上部連續(xù)箱梁抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖（組合Ⅰ）
圖5-14右幅8＃墩頂升梁體20mm時(shí)上部連續(xù)箱梁更小抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖（組合Ⅰ）
圖5-15右幅8＃墩頂升梁體20mm時(shí)上部連續(xù)箱梁抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖（組合Ⅱ）
圖5-16右幅8＃墩頂升梁體20mm時(shí)上部連續(xù)箱梁更小抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖（組合Ⅱ）
3.6驗(yàn)算結(jié)論
(1)8＃墩在頂升2cm時(shí)，兩支承反力為471噸，因此要確保順利將梁體頂起，其布設(shè)千斤頂?shù)目倗嵨徊粦?yīng)小于471×1.3＝612噸；
(2)左幅8＃墩分別在頂升10mm和20mm時(shí)，在頂升力和恒活載組合作用下，裂縫寬度均小于規(guī)范允許值，且梁體裂縫寬度對(duì)頂升量不敏感（頂升量每增加10mm，裂縫寬度增加0.01mm）；
(3)左幅8＃墩分別在頂升10mm和20mm時(shí)，在頂升力和恒活載組合作用下，梁體內(nèi)力均小于結(jié)構(gòu)抗力，承載能力滿足規(guī)范要求；
(4)從計(jì)算結(jié)果可以看出，8＃墩梁體頂升量控制在20mm以內(nèi)，結(jié)構(gòu)受力是的。
4、左幅8＃墩頂升方案
4.1頂升位置及其高度
本次僅對(duì)左幅8＃墩2根立柱頂部支點(diǎn)進(jìn)行同步頂升，頂升高度為5mm。如果在此頂升高度情況下未能將支座取出，則可增加頂升高度，但是頂升高度不能超過(guò)20mm。
4.2頂升平臺(tái)設(shè)計(jì)
由于立柱頂面空置面積較小，放置不下千斤頂，因此需在立柱頂部50cm高度范圍內(nèi)加設(shè)混凝土圍套，以增大柱頂面積，形成反力架工作平臺(tái)。在該平臺(tái)頂面設(shè)置千斤頂，由此組成箱梁的頂升體系。柱頂截面加大見(jiàn)鋼圍套加固示意圖。
1、柱頂截面加大范圍表面鑿毛
在柱頂50cm高度范圍內(nèi)對(duì)混凝土表面鑿毛，直露出新鮮骨料，并用潔凈水沖洗干凈。
2、安裝鋼護(hù)套
(1)搭設(shè)穩(wěn)固支架，作為鋼護(hù)筒安裝和澆筑混凝土的反力支撐體系；
(2)將兩半鋼護(hù)套對(duì)接，通過(guò)接縫滿焊連接成為一體；
4、澆筑混凝土
鋼護(hù)筒內(nèi)混凝土采用KL－40無(wú)收縮免振自流平砂漿，其強(qiáng)度1天可達(dá)C15，3天可達(dá)C40，28天可達(dá)C50～C60。
5、粘貼柱頂鋼板和安裝鋼墊板
(1)安裝之前，采用結(jié)構(gòu)膠修補(bǔ)立柱頂面，然后用砂輪將墩頂打磨水平，保證柱頂粘貼鋼板時(shí)完全密貼；
(2)安裝千斤頂時(shí)，為了避免出現(xiàn)局部承壓破壞，在千斤頂與墩柱頂面、千斤頂與箱梁底面均須設(shè)置鋼墊板；
(3)鋼墊板安裝前需要將墩柱頂面和箱梁底面打磨平整、調(diào)平，以保證各鋼墊板水平，從而實(shí)現(xiàn)千斤頂軸線與水平面垂直。
4.3千斤頂及臨時(shí)支撐布置
本次頂升千斤頂布置圖見(jiàn)施工圖中"千斤頂布置圖"
(1)千斤頂布置及其數(shù)量
左幅8＃墩每個(gè)柱頂各布置6只千斤頂，具體布置見(jiàn)千斤頂布置圖。
(2)千斤頂?shù)陌惭b
在柱頂和箱梁底放樣，并用水平尺校準(zhǔn)水平，將鋼護(hù)筒上的焊渣、毛刺以及箱梁底面混凝土用砂輪打磨平整所有支撐接觸面密實(shí)為準(zhǔn)。然后在預(yù)先放樣的位置裝上一塊鋼板，上置標(biāo)定好的千斤頂，千斤頂上再放一塊鋼板，保證千斤頂垂直作用于梁底支點(diǎn)。柱頂以及箱梁底板與千斤頂接觸的部位均放置30*30*2cm的鋼板。
(3)頂升設(shè)備的保障措施
要保證各千斤頂同步頂升，通過(guò)計(jì)算同步機(jī)控制系統(tǒng)控制供油量達(dá)到同步頂升，每一個(gè)點(diǎn)均設(shè)置電磁閥組和液控閥組，以保證漏油時(shí)能及時(shí)鎖定各千斤頂油壓。
4.4施工流程
千斤頂選用：采用單個(gè)100噸千斤頂，頂身高度80mm，底座直徑218mm，行程20mm。千斤頂布置：采用"3+3"的方式布置，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定；施工平臺(tái)：搭設(shè)支架，在加設(shè)混凝土圍套的立柱頂上進(jìn)行頂升。
施工總流程圖：
一、頂升步驟
a、步：稱重
在頂升系統(tǒng)的控制下開(kāi)始稱重，使用位移計(jì)或百分表確認(rèn)各支撐點(diǎn)已經(jīng)分離，橋梁的全部荷載已轉(zhuǎn)移油缸上，此時(shí)記錄各點(diǎn)反饋的實(shí)際荷載壓力及位移量。通過(guò)反復(fù)調(diào)整各千斤頂?shù)挠蛪?，可以使各點(diǎn)的壓力與上部荷載大致平衡，并能保證頂升過(guò)程中的位移同步，則該組數(shù)據(jù)即為更終的稱重結(jié)果。如發(fā)現(xiàn)某一點(diǎn)的壓力已超出液壓缸適用范圍，及時(shí)更換該點(diǎn)的頂升油缸。
b、第二步：試頂升
主要用于檢驗(yàn)頂升系統(tǒng)的可靠性及橋梁整體頂升的性，同時(shí)檢驗(yàn)稱重結(jié)果的真實(shí)性、可靠性。試頂升過(guò)程中要進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，以便為正式頂升提供可靠的依據(jù)。試頂升的高度為5mm。
c、第三步：正式頂升
每個(gè)千斤頂?shù)捻斄Ρ３植蛔?，分?jí)將橋梁抬升滿足支座更換施工所需的空間高度。整個(gè)頂升過(guò)程仍由同步頂升系統(tǒng)控制，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱梁的頂升位移，保持各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的位置同步誤差小于0.5mm。當(dāng)達(dá)到要求高度后加入臨時(shí)滑板支座代替原支座，同時(shí)確保整個(gè)頂升過(guò)程可靠。
三、支座更換及補(bǔ)缺
當(dāng)梁體抬升后，原支座與梁體脫離，完全由臨時(shí)油頂支撐橋梁。取出原來(lái)的支座，將新支座按標(biāo)準(zhǔn)安放到位。
四、第五步：落頂就位
當(dāng)支座放到位時(shí)后，將千斤頂收缸落梁。如有半脫空需增設(shè)楔形鋼板處理。如有偏位調(diào)整到位。待千斤頂收完后拆除千斤頂及墊塊鋼架，整個(gè)頂升過(guò)程結(jié)束。
4.5位移監(jiān)測(cè)方法
為便于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂升過(guò)程中的梁體豎向位移，本次支座更換位移擬采用支座更換專用們移傳感器進(jìn)行測(cè)試，在需整體起頂?shù)亩张_(tái)蓋梁上布設(shè)位移計(jì)，左幅8＃墩每個(gè)立柱頂部布設(shè)2個(gè)位移測(cè)點(diǎn)（見(jiàn)下圖）。
在頂升過(guò)程中派測(cè)試人員實(shí)時(shí)采集豎向位移數(shù)據(jù)，將橫向頂升量偏差控制在0.5mm以下，并確保豎向位移不超過(guò)10mm，以保障頂升過(guò)程中梁體受力，且不損壞橋面鋪裝。
頂升位移測(cè)點(diǎn)布置示意圖
4.6更換支座施工注意事項(xiàng)
4.6.1頂升前須落實(shí)的工作
(1)頂升施工之前有必要對(duì)頂升梁體及其相應(yīng)的上下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行的檢測(cè)，以了解橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，避免已有病害對(duì)頂升施工的性造成隱患；
(2)正式頂升前，需要對(duì)各支撐點(diǎn)（千斤頂和臨時(shí)支撐）處對(duì)應(yīng)的梁底、柱頂逐一檢查，如果有病害存在，行相應(yīng)的維修工作，然后才能進(jìn)行下一部的頂升工作；
(3)頂升前必須測(cè)量支點(diǎn)處梁體標(biāo)高，確保落梁后梁體恢復(fù)到原有標(biāo)高處。
4.6.2施工要點(diǎn)
(1)當(dāng)梁體自重全部轉(zhuǎn)換到千斤頂上時(shí)，頂升力不再明顯增加，此時(shí)采用頂升力控制實(shí)際上無(wú)太大意義，應(yīng)改用每次的頂升量來(lái)控制比較合適，可以避免某墩頂升太多而橋面開(kāi)裂等。各千斤頂每次頂升2～3mm，各支墩頂升量相差控制在0.5mm以下，直到可將原支座順利取出為止；
(2)梁體應(yīng)力變化量對(duì)頂升位移較為敏感，為確保頂升過(guò)程中梁體受力，頂升位移控制以支座脫空為原則，頂升量不應(yīng)超過(guò)10mm；
(3)在拆除舊支座過(guò)程中，必須保證各支撐點(diǎn)牢固可靠；
(4)拆除舊支座時(shí)，可以鑿除梁底混凝土楔形塊，但是鑿除時(shí)不能大范圍內(nèi)同時(shí)施工，需要采用人工方式、利用小功率電錘一點(diǎn)點(diǎn)局部鑿除，禁止采用大功率設(shè)備，以免損傷梁底臨時(shí)支撐點(diǎn)部位的混凝土；
(5)舊支座在取出的過(guò)程中，如果受到梁底預(yù)埋錨筒（用來(lái)固定支座上鋼板）的阻擋，可以將錨筒部分割斷，截?cái)嘁阅苋〕雠f支座為準(zhǔn)，切不可隨意截?cái)?，以免增加后續(xù)安裝難度；
(6)錨筒截?cái)喙ぷ骺稍诹旱谆炷列ㄐ螇K鑿除之后進(jìn)行，這樣可以控制錨筒截?cái)嚅L(zhǎng)度，并且將截?cái)嗪蟮腻^筒底面標(biāo)高控制在同一標(biāo)高處；
(7)取出舊支座時(shí)，可將整個(gè)支座一起取出，以免增加頂升高度；
(8)安裝新支座前，根據(jù)錨筒長(zhǎng)度、支座高度將錨筒進(jìn)行第二次截?cái)?，其保留長(zhǎng)度不應(yīng)太長(zhǎng)，否則落梁過(guò)程中會(huì)受阻礙。梁體落梁后，錨筒底面與支座上鋼板頂面間距控制在5mm左右即可；
(9)安裝新支座時(shí)，將拼裝好的支座作為一個(gè)整體進(jìn)行安裝。
