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矮千斤顶顶升法更换连续梁桥支座
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内容提示：通过对某高速公路L1、L2、L4三座连续空心板梁互通式立交桥的支座更换，恢复桥梁的安全正常运营。用矮千斤顶顶升桥梁上构进行支座更换施工工艺既科学、实效，又简便、安全，具有较强的适用效果和参考意义。
论文关健词：桥梁 支座 顶升 更换
论文摘要：通过对某高速公路L1、L2、L4三座连续空心板梁互通式立交桥的支座更换，恢复桥梁的安全正常运营。用矮千斤顶顶升桥梁上构进行支座更换施工工艺既科学、实效，又简便、安全，具有较强的适用效果和参考意义。（参考《建筑中文网》）
一、前 言
某高速公路L1、L2、L4互通式立交桥建于1997年，至今运营时间已有6年，桥梁墩柱、梁底、桥面都有不同程度的裂纹出现，特别是桥面破损严重，经交通科研单位检测鉴定为支座变形所造成，需对桥台及各桥墩处支座予以更换。
二、工程概况
该高速公路L1、L2、L4三座连续空心板梁互通式立交桥是一个多肢、混合型的立体交叉，按荷载汽——超20级，挂——120设计。其中L1桥桥跨布置为16m 4×20m 16m，梁高0.85m，宽9m，桥墩为单桩式桩基础，桥台一侧为双桩式桩基础，另一侧为一字型桩基础桥台；L2桥桥跨布置为 10m 16m 10m，梁高0.85m，宽9m，桥墩为单桩式桩基础，桥台一侧为一字型桩基础桥台，另一侧为重力式U型桥台；L4桥桥跨布置为13m 4×16m 13m，梁高0.85m，宽12m，其中左右两边各有2m宽人行道挑梁，桥墩为单桩式桩基础，桥台为双桩式桩基础。L1、L2、L4桥均属于弯桥，其平、纵断面均处于曲线上。
三、施工组织
根据本次施工任务组建L1、L2、L4桥支座更换项目经理部，制定详细、严密的施工方案，配置人力、机械及设备，使本次施工安全、有序、顺利地进行。
本顶目配置高70mm，φ=300mm的圆形扁式油压千斤顶（最大顶升重量为250T，最大行程为15mm）共20台。
四、制定施工方案
项目初步制定的是采用万能杆件拼装支架支撑，大吨位千斤顶起顶的支座更换方案，为便于安装支架并提供足够的支承能力，需在支架下设置钢筋砼基础。经详细审查设计图纸，地基为人工素填土，钢筋砼基础置于其上产生的沉降量较大，若采用大吨位螺旋千斤顶，同时高行程（80mm左右）起顶，当发生不均匀沉降时，同排一部分千斤顶受力增大（可能超出千斤顶最大受力，使千斤顶损坏），另一部分千斤顶受力减小而此时行程很大（大于梁的允许变形值），会损坏梁体。为了减小沉降量，必须增大钢筋砼基础尺寸，并对支架进行预压，此方案工程量较大且工期加长，安全性也不是很高。出于安全的角度考虑，充分利用梁体与墩顶的空间，制定了一个更加可靠的施工方案，此方案采用钢管包箍墩柱，用高度为70mm，φ=300mm的圆形扁式油压千斤顶（最大顶升重量为250T，最大行程为15mm）配电动油泵进行梁体顶升更换支座，避免沉降造成突然卸载的影响，圆形扁式油压矮千斤顶的最大行程为15 mm，且为单油路，操作控制顶升量更为简便，使梁体的变形值控制在允许的范围内。由于千斤顶放置于梁体垫石与墩顶之间，方案制定时需对每座立交桥各墩台处顶升的重量、墩顶及垫石顶局部受压、钢管包箍增强等进行计算，同时由原设计部门提供起顶时梁板的允许变形值，以便在实际施工过程中对施工工序进行严格控制，确保梁体的变形在允许范围内，保证施工过程中的桥梁结构安全。以L1桥为例，起顶重量、钢管包箍增强、局部受压等计算过程如下：
1 L1桥不等跨径连续梁支承反力计算（按去掉桥面铺装计算）:
根据连续梁电算程序计算得各墩台支承反力：
2. 局部承压计算
依据各墩台受力情况，在各桥墩顺桥向支座两侧安设两台250吨圆形扁式千斤顶（规格为φ300×70mm），在各桥台横桥向三个支座之间安设两台250吨圆形扁式千斤顶（规格为φ300×70mm），千斤顶最大行程为15mm，每次顶起时控制在10mm左右。由于千斤顶作用，使墩台顶部处于局部承压状态，根据最不利原则，以4#墩为例进行局部承压应力计算：
(1) 墩柱混凝土加钢管包箍后通过钢管预压紧箍作用可提高砼抗压强度（如图4，单位cm），
钢筋砼短柱轴心受压组合强度计算式为：
N0=Ra×Aa（1 θ1/2 θ） ①
θ=Rs×As/Ra×Aa ②
Ra 1=Ra×（1 θ1/2 θ） ③
式中：
θ——钢管砼杆件的套箍指标，
Rs——钢管材料的抗拉、抗压设计强度
As——钢管包箍截面面积
Ra——砼抗压强度设计值
Ra 1——钢管包箍砼抗压强度
Aa——核心砼截面面积
套箍指标：
θ=Rs×As/Ra×Aa=215×3.14×（0.612-0.62）/（14.5×3.14×0.62）
=0.49837
混凝土加钢管包箍砼抗压强度：
Ra1=14.5（1 0.498371/2 0.49837）=31.963 Mpa
说明：①②③式套用钢管砼短柱轴心受压的承载力计算方法，《CECS28：90》。短柱轴心受压承力计算有三种方法《CECS28：90》、《DL5099-97》、《JC101-89》，其中《CECS28：90》采用的是显式，直接计算，没有限制使用范围；《DL5099-97》、《JC101-89》采用了系数表达方式，系数的具体表达式极为繁杂，以表格的形式直接给出，实际应用时受应用范围的限制。故这里套用《CECS28：90》中的方法计算。
(2) 4#墩局部应力计算（千斤顶位置如图5、6，单位cm）
Nc=0.6×β×Ra1×Ac（按素混凝土局部承压计算）
式中：
Nc——局部承压时的纵向力
β——砼局部承压强度提高系数
Ad——局部承压时的计算底面积
Ac——局部承压面积
计算过程如下：
Ad=4×（3.14×602×（arctg（39.686/45）/360）-45×39.686/2）
=1624.284cm2
Ac=3.14×152=706.5cm2
β=（1629.284/706.5）1/2=1.519
Nc=0.6×1.519×31.963×3.14×1502=2058110 N=2058.11 KN
4#墩的支承反力为3493.7KN，每个千斤顶反力为1746.85KN，小于Nc=2058.11KN，局部承压满足要求。
四、施工步骤及施工工艺
1.旧桥面凿除、清理
采用小型凿岩机、把桥面板分成两幅，从桥台一侧开始，一幅一幅凿除，小型凿岩机在施工中严格控制风镐的功率，使风镐正好凿至桥面与梁板的接触面，以免凿伤梁体，凿除完后采用小型拖拉机人工装运至废旧场丢弃。这样可以减轻一部分恒载。
2.拆除伸缩缝
拆除桥头两侧伸缩缝，在两桥台与梁板的间隙处用木板或橡胶临时填塞，避免起顶时梁体的纵向滑移。
3.支架搭设
采用竹子、木材、铁线搭设施工平台安放设备，平台宽度要求满足油泵、材料、工作人员操作的要求，支架要稳固。
4.制作包箍钢管砼及安装千斤顶等设备。
墩柱直径为120cm，钢筋保护层厚7cm，旧支座所占中心面积为66×66 cm2，φ300mm矮千斤顶的支垫位置较窄，为保护墩柱顶局部砼承压安全，需采用钢板包箍包裹墩柱顶提高边缘砼抗压强度。先在墩柱顶支座钢板范围以外凿开部分砼，深度大约3cm，清理干净，按墩柱顶面尺寸（扣除支座钢板面积）加工好四块厚度为2cm的钢板并开好坡口，将四块钢板焊接在支座钢板的四周，相邻钢板相互焊接，形成一个直径为122cm的圆板盖在墩顶。钢板焊缝要密实，后焊钢板要与支座钢板平齐，然后加套包箍，包箍厚度为1.2cm，直径为120cm，宽为50cm的两个半环，两个半环间采用高强螺栓连接（规格为φ27mm，长为120mm），在包箍下缘与墩柱接触面粘贴宽5cm、厚0.5cm的环形橡胶条，使下缘密封，在包箍上缘焊接方形5cm×5cm厚0.5cm的6块小钢板（均布于圆周），包箍上缘接触到墩顶钢板后，上紧高强螺栓，将钢板与包箍上缘接触面焊接紧密，再把高强螺栓部分加焊紧密，在顶钢板开一个压浆孔，两个排气孔，在墩顶钢板压浆孔处压灌环氧树脂砼，使墩柱与钢管包箍紧密结合为一体形成钢管砼，达到提高砼强度的目的。待环氧树脂砼强度达到要求后，将矮千斤顶放置于各墩顶顺桥向盆式支座两侧，台帽顶则放置于三个板式支座的中间，并安装好油泵。
5.梁体顶升及支座更换
(1).更换方法
由于旧盆式支座上、下板的锚固螺栓全部扭曲，下板与支座垫石混凝土结合在一起，要取出上、下板，需要凿除上、下板粘结的混凝土并割除连接件，要求墩顶与垫石必须有足够的空间，即梁体顶升需有较大高度，施工的危险性较大。考虑到以上因素，经业主、设计、监理、施工单位共同研究，决定在不拆除旧盆式支座上、下板的情况下，顶升桥梁至一个新盆式支座的高度后，取出旧盆中的橡胶块，填充一块大小、高度一致的圆形钢板把整个盆塞满（保证支座传力良好），然后将新盆式支座的上、下板与旧盆式支座的下、上板焊接在一起（旧盆式支座的上、下板安装反了），达到更换旧支座的目的。新的盆式支座安装后，整个梁体比原来抬高了一个相同的高度（约12cm），在桥台板式支座处通过调节支座垫石高度来协调，在桥头两侧通过引道来调整抬高的高差。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200907/13995.htm
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