公路桥梁是我国交通基础设施的重要组成部分。作为桥梁结构中的关键支承构件,支座被设置在梁体与墩台之间,起到承上启下的作用(类似于关节对于人体的功能),可以传递梁体作用的反力、适应桥梁位移并满足桥梁梁端转角。而随着桥梁运维时间的增长(年龄的增长),桥梁支座也出现不同程度的损伤(关节老化),有些甚至危及结构安全,一定要进行桥梁支座的维修或更换才可能正真的保证运营安全。
本文述及的大规格支座包括竖向承载能力为65000kN的盆式橡胶支座和纵向变形量≥±1000mm的球形钢支座,由于其性能指标明显大于中小桥梁支座,决定了其养护技术方案复杂,顶升施工难度更高、潜在施工风险更大的特点,有必要对大规格竖向支座养护的关键技术进行阐述和总结。
3.四氟板磨损、失效:受限于原材料耐久性影响,四氟板出现挤出、过度磨耗,导致梁体局部偏压,出现支座钢对钢摩擦的情况。
根据病害情况、施工难易程度、工程建设价格等考虑,一般采取两种处置方式:第一种为整体更换。即将旧支座取出后,更换新制作的新支座(新工艺、新材料、耐久性更好);第二种则为现场维修。在同步顶升后更换新四氟滑板,需考虑现场维修过程中使用临时支撑,并对其他构件做现场养护。
某主跨为165m预应力混凝土连续箱梁桥,于2001年建成通车,其主墩采用QPZ65000盆式支座,支座型号包括纵向、双向、横向和固定四类,单个支座重量达15吨。
该桥因支座出现滑动受限和异响明显(钢对钢摩擦)的情况,拟对其进行顶升更换维修。
由于建成年代比较早远,支座锚固螺杆均未设置套筒,且主墩净空空间存在限制,主要技术难度在于千斤顶的布置、既有支座的拆除和新支座的固定安装等。
受限于现场主墩空间,为便于施工(施工空间充足)、满足利用原墩顶主梁横隔板、便于千斤顶临时锁定空间等要求,布置如图4。
受梁体纵向位移影响,原预埋钢板存在与千斤顶碰撞风险。为保证顶升有效,需对梁底进行调平,调平高度与预埋钢板外露高度持平,找平后在底面设置不锈钢板+双层四氟板,满足梁体纵向位移。
因墩顶存在局部错台、局部混凝土松散的情况,在千斤顶布置前需对错台部分进行现场墩顶调平,凿除松散混凝土20~30mm,采用结构胶进行调平,保证千斤顶顶升安全。
支座的取出和新支座安装均受现场上下螺杆外露长度的影响。理想状态是梁体整体抬高,高度至少要达到上、下螺杆外露长度之和(上螺杆至梁体底面、下螺杆至垫石顶面),需要将全桥梁底同步顶升40cm以上。若考虑此顶升高度,因现场无法实施,则一定要采取封闭桥梁的交通组织方案。
受原梁底预埋钢板限制,上螺杆无法增设套筒,更换新支座必须利用原上锚固螺杆。同时为控制顶升高度,本次采用旧支座分体取出,新支座分体安装的方案。
将旧支座分体取出,再将新支座分体安装,当新支座上下构件就位后,安装限位挡块。
对原下螺杆位置混凝土进行局部凿除,切割原螺杆部分。套筒下半部分与原螺杆相连,上半部分则与新螺杆连接,套筒周边设置焊接钢筋,与原混凝土梁体钢筋焊接。
将固定支座拆除,在安装前可将前后支座更换完成并临时锁定后进行。固定支座安装好后,将临时锁定解除。
某大跨钢箱梁斜拉桥已投入运营超过12年,采用球形钢支座,其竖向承载能力最大值为17000kN,纵向允许变形为±1000mm。该桥支座存在平面滑板剩余磨耗较低、滑动面钢对钢摩擦和钢构件锈蚀等状况。鉴于支座原钢构件功能完好,具备重复利用的功能,从经济合理的角度考虑,在进行顶升后,对支座钢构件实施维修保养,并更换滑板材料。
该桥梁支座的顶升维护具有“柔性”梁底(钢箱梁底板刚度低)、大吨位、大位移和现场保养等技术特点。
钢箱梁底板板厚较混凝土箱梁小很多,其结构刚度则远小于混凝土梁,如果采用千斤顶直接顶升钢箱梁的方式,因千斤顶位于梁底顶升力较大且集中,易造成钢箱梁局部受力不足以满足结构承载力要求,而产生局部梁底变形。
为保证顶升安全,可选用千斤顶+顶升分配梁的方式。将顶升分配梁布置于支座横桥向两侧及纵桥向横隔板位置(横隔板具有承受支座局部荷载、分散支座反力的作用),并保证顶升过程中分配梁始终顶升在横隔板位置,以满足最大纵向位移要求。
旧支座拆卸后,需在现场做维修保养工作。整个维养周期较长,若在维修保养期间全部利用千斤顶+顶升分配梁的方式来进行临时支撑,有可能会出现个别千斤顶失效,导致临时支撑系统失稳,危及主梁安全。为防止此情况,在维修保养施工期间,应当设置通用支座代替原支座,起到临时支撑的作用。
涂装选用单涂层刷涂体系,一次性成膜厚度400um。涂料可使用无溶剂改性环氧纳米级重防腐涂料,达到现场操作的环保、安全性要求,涂层体系附着力不低于3MPa。
在传统桥梁支座更换中,需要对顶升力、顶升高度进行监控,主要强调顶升安全和同步性。而大规格支座的顶升监控,还应当对主梁变形、关键截面应力和索力等进行监控,根据计算分析情况设定各预警值。
普通桥梁支座更换验收一定要满足《公路工程质量检验评判标准》(JTG F80-1-2017)规范的要求,更换后梁体标高要求与支座更换前一致;大吨位支座顶升更换后验算,则受限于梁底标高测量、支座压缩变形和顶升精度控制等,落梁后标高的控制要求也有所不同。
针对大规格竖向支座的养护维修,项目团队当前已经成功完成多座悬索桥(主跨>1000m)、斜拉桥(主跨>600m)和预应力混凝土连续梁桥(主跨>150m)的竖向支座顶升养护工程,支座竖向承载能力最大值可达到65000kN。
大规格竖向支座通常应用于跨江跨海等重要桥梁。开展此类支座养护关键技术探讨研究和实施,有利于指导支座维修养护工作,从而可提高结构安全与耐久性能,降低桥梁运行风险,并获得良好的社会效益。
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