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沙河特大桥橡胶支座更换施工

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浏览:- 发布日期:2018-01-23 13:43:50【

GONGLU J IAOTONG KEJI YINGYONGJISHUBAN 公路交通科技应用技术版 作者简介: 杜金生( 1978- ) , 男, 河北兴隆人, 工程师, 从事桥梁加固设计工作。 1 概述 沙河特大桥位于新乐县承安铺东侧, 是京石高速公 路跨越沙河的一座特大桥, 总长1075.06m。该桥西半幅 于1989 年9 月建成, 上部为43 孔25m 部分预应力组合 连续梁( 横桥向6 片组合I 梁) , 下部为单排三柱式墩 台, 钻孔灌注桩基础, 全桥分为2 联。设计荷载: 汽 车- 超20 级, 挂车- 120; 单幅桥面宽: 净12m+2×0.5m 防撞护栏; 标准跨径25m。 全桥采用3 种形式支座更换, 0# 桥台、22# 墩、43# 桥 台, 即桥面伸缩缝处设定向滑板支座更换; 9~13#、31~35# 墩, 即每联中间部分5 个墩上设板式橡胶固定支座。


2 支座更换病害 大桥管养部门发现该桥下行幅22 墩南侧部分梁底 定向滑板橡胶支座更换发生外移病害, 并且采取了紧急措施 对移位严重的支座进行了固定。 从外侧起的第1 片、第2 片梁支座更换最为严重。第2 片梁支座几乎全部向南侧滑移出来, 约有21.5cm; 第1 片梁支座更换向南侧滑移出约有4.0cm; 第5 片梁支座向南侧 滑移出约有1.0cm; 支座橡胶已出现老化现象, 严重者已 开裂, 不锈钢板滑动面粘连尘土, 表面粗糙, 上支承钢 板锈蚀严重。根据上述情况, 为保证大桥的安全运营, 应立即更换下行幅22 墩南侧全部橡胶支座更换( 共6 个) 。 3 更换支座施工 3.1 施工方案 根据现场踏勘情况, 结合目前国内的技术水平, 以 端横隔梁为反力构件, 用多台千斤顶同步顶升, 在盖梁 上放置超薄型扁千斤顶, 将西半幅第22# 墩南侧上部结 构桥梁顶升使梁体与支座更换脱离, 进行更换( 见图1) 。 图1 千斤顶安放示意图 3.2 施工验算 ( 1) 横隔应力计算 为防止结构的意外损伤, 保证支座更换的顺利进行 和施工技术人员的安全, 在更换支座过程中应封闭西半 幅交通, 不考虑活载作用。 用MIDAS 软件对桥梁顶升过程中桥梁受力进行了分析 计算, 取相邻两跨T 梁建立计算模型, 其中纵梁和横隔 梁用体单元模拟, 桥面系用板单元模拟。桥面铺装不考 虑刚度, 仅作外荷载, 按均布荷载考虑。 表1 桥梁顶升施工千斤顶反力表/ kN 按各千斤顶处横隔梁位移相同时计算得不同工况下 的千斤顶反力列于表1 中, 为桥梁顶升施工控制油压为参 沙河特大桥橡胶支座更换施工 杜金生 1 , 廖军 2 , 魏洪昌 2 ( 1.北京公科固桥技术有限公司, 北京100088; 2.交通部公路科学研究院, 北京100088) 摘要: 桥梁支座是在桥跨结构与桥墩或桥台的支承处设置的传力装置, 不仅要承受和传递很大的荷载, 并且还 应保证桥跨结构可以产生一定的变位, 保证其使用功能正常和使用安全对桥梁上部结构至关重要。由于施工安装 和养护等原因, 沙河特大桥运营15 年来伸缩缝处的定向滑板支座出现了橡胶块偏移和老化、开裂等病害, 为保证 桥梁安全运营必须进行更换, 文章介绍了在封闭交通条件下, 用并联油压千斤顶同步顶升上部结构更换支座施工的全 过程, 可以为桥梁更换支座维修处治提供参考。 关键词: 维修加固; 橡胶支座; 千斤顶; 整体同步顶升 中图分类号: U443.36+1


文献标识码: B 107 GONGLU J IAOTONG KEJIYINGYONGJISHUBAN 考。 计算得到在顶升15mm 后端横隔处最大主拉应力为 2.16MPa, 位于边梁与横隔交角处。从应力云图中可以 看出, 局部出现应力峰值, 但峰值仍小于C40 混凝土拉 应力的允许限值( Rlb=2.6MPa) , 认为该施工状态主梁 和横隔应力满足规范要求, 同样发现T 梁结构其他位置 应力也满足规范要求。图2 为工况: 恒载+15mm (位移) 下, 端横隔处的主拉应力分布图; 图3 为工况: 恒载+ 15mm (位移) 下, 拉应力极值位置附近应力分布图。 图2 端横隔处的主拉应力分布图 图3 拉应力极值位置附近应力分布图 一个油泵控制6 个千斤顶( 并联同步加载) , 对各千 斤顶同步顶升反力相同( 按6 个千斤顶最大位移15mm 情况 下, 平均同步顶升反力337.2kN) 工况, 进行结构验算。在 桥梁顶升后, 发现结构最大主拉应力仍位于边梁与横隔交角 处, 最大主拉应力为2.11MPa, 比强迫位移条件下最不 利位置最大拉应力要小, 因而认为同步顶升施工是是安 全的。 ( 2) 其余部位应力计算 对顶升最大位移情况下主梁底下缘最大拉应力进行 了计算, 此外还对桥梁顶升前后梁体的支撑反力点位置偏移 引起偏心作用对下部结构进行了应力计算。 计算分析表明, 主梁被整体顶升后( 15mm) , 最大 弯矩位于梁底距跨中截面约2m 处( 顶升侧梁端方向) 。 因梁体同步顶升而在T 梁下缘产生的最大拉应力为 0.138MPa, 远小于活载作用在跨中截面产生的拉应力 值。因而可以认为梁底在同步顶升施工过程中不会出现裂 缝, 施工应是安全的。桥梁顶升施工中在各片梁底最大弯矩 处梁底附近粘贴玻璃条, 便于观测梁底变形。 实际测量得到主梁同步顶升千斤顶位置( 端横隔中心线 位置) 较原支座位置向盖量中心线偏移8cm, 对下部结 构按偏心受压构件进行应力计算分析。由偏心荷载产生 立柱混凝土边缘最大拉应力为0.22MPa, 小于规范限 制, 施工应是安全的。


3.3 千斤顶的选择 根据计算结果, 选择适当型号的千斤顶。上海千斤 顶厂的QFB 型薄型弹簧复位千斤顶结构紧凑、扁平, 便于携带, 适用于桥梁顶升、拆卸、校调等作业, 特别是在 空间位置狭窄的地方使用, 在设备维修和拆装工程中更 具有优势。施工选择QFB- 10040 型千斤顶, 额定出力 为100t, 净高110mm, 同步顶升最大游程为40mm, 平面尺 寸为180mm×160mm。计算每台千斤顶所需反力约为 40t, 其安全系数接近2.5, 能确保施工安全。 4 施工步骤 4.1 施工要点 ( 1) 详细检查各支座情况, 包括支座位置、梁底距 支座底面的高度等, 为选择合适厚度的钢板做准备, 以 保证支座更换后, 使梁体位置保持不变。 ( 2) 对盖梁顶面和横隔板底面进行清洁打扫及打磨 处理, 以保证放置千斤顶位置干净、无浮尘、平整。 ( 3) 为防止千斤顶作用下梁板局部受压, 在千斤顶 上下均垫250×350×20 的钢板2 块; 如千斤顶还不能与 盖梁和横隔板接触良好, 则需要加垫相应厚度的钢板, 以保证其相互良好接触。 ( 4) 千斤顶放置在每块梁体的腹板附近, 尽量靠近 支座, 但不能影响更换支座; 并且要求千斤顶中心应与 横隔板中心线对齐。 ( 5) 同步顶升前, 安装位移计或百分表, 以在同步顶升中控 制同步顶升高度, 并能够监控顶升的同步情况。 ( 6) 千斤顶应采用同批生产的标准件, 因为工厂加 工和设计能保证各顶反力偏差值较小; 另外施工前还应 对所有千斤顶都要进行标定, 首先可以作为顶升施工时 的油压控制依据, 其次检验各顶反力是否一致、反力差 是否允许范围内, 保证各梁受力均匀, 同步顶升。 ( 7) 采取顶升力与顶升位移值双控的施工方案, 确 保梁体顶升同步。梁体顶起前油压和位移值较小, 但油 技术论坛 108 GONGLU J IAOTONG KEJI YINGYONGJISHUBAN 公路交通科技应用技术版 压数值增长较快, 位移增长较慢, 相互对应关系较好, 次阶段应以油压控制( 和理论计算反力相比较) , 并随 时观察相应位置的百分表位移读数来控制整体和同步效 应。梁体顶起与支座脱离后, 油压表读数增长缓慢, 位 移变化较快, 此时应以顶升位移量控制施工。施工中一 旦出现不平衡( 位移) , 会采取逐步卸载平衡后再顶升 来确保同步。严格按要求和操作顺序进行施工, 确保梁 体同步、整体顶升。


( 8) 顶升总行程以让所有支座松动来控制, 并控制 在计算允许的范围, 分5~8 次完成, 每次桥梁顶升约2mm。 每级桥梁顶升到位后, 暂停5min 让梁体内的应力释放并达到 新的平衡后再进行下一级的桥梁顶升。顶升过程中, 对梁体、 横隔板、盖梁、桥面板等进行监测, 观察有无异常变化, 应确保在施工中均匀顶升, 上部结构不出现纵向、横向 及斜向裂缝, 不破坏桥梁的整体性。一旦出现异常现象, 应立即停止桥梁顶升, 查明原因, 以确保施工安全。 ( 9) 桥梁顶升到位后, 应立即进行支座更换工作。选取 与原设计相同型号的支座予以更换, 以确保支座更换后 各梁底的相对位置保持不变。检查各支座准确到位后, 逐级回油, 直至完全解除顶内压力, 并拆除桥梁顶升设备。 ( 10) 在正式桥梁顶升前进行试顶, 以便检查各千斤顶 的同步性、稳定性和梁板的完好性。确认一切正常后, 方可正式开始顶升。 ( 11) 在正式施工前, 施工人员提前进场, 做好各 项准备工作, 可以预顶缩短封闭交通时间。桥梁顶升施工 时, 应由业主、施工和监理单位共同组成领导小组, 设 总指挥、观察员、油泵操作员, 更换支座操作员等, 各 负其责。 4.2 施工遇到的特别情况与处理方法 ( 1) 原支座安装于U 形钢板底座中, 侧面有四氟 板, 由于长期荷载作用支座被压变形, 紧紧的嵌在底座 中支座取不出来。梁体顶升最大位移较小, 操作空间有 限, 很难用工具将旧支座拆出。为此现场决定将支座上 钢板和U 形底座连同支座一起拆除后, 将支座拿出。


( 2) 由于底座下钢板长期暴露在干湿交替环境中, 锈蚀严重, 钢板表面不平整, 必须用环氧胶找平, 确保 新安装支座顶面平整, 并使拆除前后支座顶面高程相同。 5 施工交通组织 京石高速公路是河北境内重要的干道, 全线交通流 量大, 重载车辆多, 社会关注程度高, 交通分流工作牵 涉到较多部门。为此在做好各项准备工作后, 相关单位 召开了多次协调会议, 最终确定合理的封闭时段和稳妥 的安全措施。正式桥梁顶升更换支座控制在6h 以内完成, 选 择日交通流量最少的时段进行施工。顶升施工时采取交 通管制, 将下行车辆改到下行幅桥梁通行。交警部门按 新颁布的交通标志布置规范合理、规范安放标志、标牌, 管养部门拆除了桥头两侧附近的中央防撞护栏约30m( 由 于该路段超长车辆较多, 拆除护栏较长便于大车转弯) , 将上行桥梁改为双向行车, 各设一车道。车道间每隔5m 设一个锥形桶, 沿全桥布置。为减缓交通压力, 在该桥 区段附近收费口处, 限制超高、超长和超重车辆上路。 由于封闭时段较长, 为保证在出现交通意外情况下的交 通顺畅, 还在两侧桥头各布置一辆拖车随时待命。 6 实施结果及运营情况 更换支座施工完毕后, 经过详细的检查测量, T 梁 及横隔梁均未出现混凝土开裂现象, 而且各个支座的标 高保持和更换前支座标高相同, 顶、底面维持水平状 态, 受力均匀。为防止支座再次出现外移病害, 在支座 的前后各焊接了一条角钢来限制其位移。到目前为止, 沙河特大桥更换支座后已经运营了将近1 年, 从京石高 速公路养护部门的反馈情况得知, 桥梁更换支座后运营 情况良好, 未出现支座滑移等病害。 7 结语 ( 1) 用传统的油压千斤顶顶升、更换病害支座施工 是较为成熟、可行的办法, 值得推广应用。 ( 2) 可靠的液压系统, 特别对于一泵多顶的桥梁顶升装 置, 可分级调控油压装置和稳定、封闭液压对桥梁顶升施工 至关重要。 ( 3) 虽然同步顶升施工时间短暂, 但高速公路交通管制 实施困难, 因而施工前的准备工作相当重要。正式施工 前最好进行试顶, 利用这一机会再次检查液压系统, 还 可以确定主梁顶起油压( 通常比理论计算值要大) , 为 正式施工提供参考; 施工前应充分考虑到可能出现的各 种意外情况, 做好各项准备工作和应急措施( 若千斤顶 行程不够, 需要二次桥梁顶升, 必须准备临时支撑装置) , 确保施工顺利实施。


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