汕头海湾大桥引桥T 梁支座更换技术

1 概况 汕头海湾大桥北引桥包括自N41# 桥台至N2# 桥墩共38 跨桥梁结构，上部结构有3 种形式: 35 m、25 m 简支T 梁，2 × 50 m 刚构。桥梁全长 1 224 m，桥面总宽28． 1 m，共分5 联，从南至北跨径 组合为: ( 4 × 25 m) + 锚室+ ( 7 × 25 m) + ( 10 × 25 m) + ( 2 × 35 m + 2 × 50 m + 2 × 35 m) + ( 11 × 35 m) ，桥跨均位于直线上，桥面设3%和2． 5%两种 纵坡，桥跨横向每孔间距2． 5 m 布置11 片T 梁，梁 体采用预制吊装施工，预制T 梁和现浇湿接缝均采 用C50 混凝土。设计荷载: 汽－ 超20，挂车－ 120。桥梁支座更换 2 病害分析桥梁支座更换 2． 1 病害表现 本桥支座存在支座局部脱空、老化开裂、支座剪 切变形，部分支座有较大角度的变形、开裂，产生受 力不均现象和脱空现象，且部分支座加劲钢板外露 锈蚀、支座承压钢板锈蚀和支座垫石破损，影响支座 的正常使用。 桥梁支座更换2． 2 病害成因 首要原因: 汕头海湾大桥修于1995 年通车，通 车17 a，桥梁位于汕头港东部出入口妈屿岛海域处， 为跨海公路桥，由于海洋性有害气体的侵蚀，支座存 在老化现象需要进行更换。 次要原因: 运营期间交通流量大，北引桥纵坡 达3%，汽车制动力造成的梁体位移累计较大，且不 具有可恢复性。桥梁支座更换 2． 3 病害发展的危害 桥梁支座病害如果任其发展，可能造成的后果 是:桥梁支座更换 1) 支座钢板的锈蚀使橡胶加速破坏，导致支座 支撑力的损失; 桥梁支座更换2) 橡胶的老化开裂，不利于梁体移动，约束梁 体正常伸缩;桥梁支座更换 3) 支座脱空造成支座受力不均和局部应力集 中，加速支座的损坏，并失去正常支承功能。桥梁支座更换 3 支座病害处理方案桥梁支座更换 3． 1 方案比较选择 桥面连续的简支T 梁结构更换支座一般采用 整体顶升法。整体顶升法更换法，即将桥面板整跨 或整联的抬升，该方法特点如下: 优点: 工程量较小，施工时间相对较短，对交通 的影响较小。 难点: 需要专用顶升设备和设施，对施工人员 的要求高，需要挑选有经验的施工单位。 根据施工时的顶升范围，可以分为3 种整体顶 升更换方式: 1) 单跨顶升更换法。 该法必须切断每跨之间的桥面联系，包括切割 铺装层、防撞栏，将施工桥跨受力形式为简支，在梁 端用顶升设备将整跨顶升后更换支座。 缺点: 施工期间影响交通，需要中断桥面交通， 汕头海湾大桥是汕头市最重要的交通要道，不可能 进行中断交通的方式施工，该方法不可行。 桥梁支座更换2) 单墩顶升更换法。 在保持桥面铺装完整性的情况下进行施工，单 个桥墩处使用顶升设备顶升梁体，待梁体抬升5 ～ 10 mm 进行支座更换。 优点: 不需破坏桥面铺装和附属设施，只需在盖 梁上进行顶升作业即可。施工时间短，对交通无干 扰。因桥面铺装连续，对梁体进行顶升类似于连续 梁向上起挠，需要更大的顶升力，盖梁完全能满足承 压能力。 该法对交通没有影响，因此完全可以考虑选用。桥梁支座更换 3) 一联( 多跨) 顶升法。 即将北引桥需要更换支座的多跨简支梁按每联 进行更换，将多跨梁体作为一联同步顶升。 优点: 大大减少顶升的次数和施工时间，最低 限度减少对交通的干扰。 缺点: ①投入大，同步顶升需要设备和施工人 员加倍投入，虽可缩短工期，但是施工成本高昂。② 同步顶升难度大，一联顶升的难点在于如何协调顶 升设备的同步工作。各千斤顶行程差过大，铺装层 的整体性就会破坏，各个千斤顶之间的行程差需要 控制在允许范围内。数量众多的千斤顶同步工作需 要性能卓越的设备和高素质的施工队伍。③前期准 备工作量大，顶升所需的总体时间是最短，但是顶升 时支点多、设备协同复杂，人员配合协调困难，存在 较多不可控因素。 综合3 种方式对比分析，选择单墩顶升法进行 施工。 3． 2 施工机具选择 3． 2． 1 顶升荷载计算 见表1。 表1 T 梁梁体单跨重量计算表 T 梁跨 径/m 梁、桥面铺装等 恒载重量/t 梁单端布置千斤 顶数量/个 千斤顶分配 重量/t 25 682 20 34． 1 35 958 20 47． 8 50 1 371 20 68． 6 3． 2． 2 确定顶升机具 顶升原理为将梁体顶升0． 5 ～ 1． 0 cm 左右，使 结构整体发生0． 5 /2 500 ～ 1． 0 /2 500、0． 5 /3 500 ～ 1． 0 /3 500、0． 5 /5 000 ～ 1． 0 /5 000 的转角变化，这 样最小限度地不破坏桥面达到更换支座的目的。 千斤顶的选取: 采用单墩顶升法，单跨恒载重 量见表1，根据梁端和盖梁的结构，拟选取20 个千 斤顶分别放置在梁端横隔板下方，单个千斤顶应满 足顶升所需的支承力并考虑一定的安全储备系数， 假定整跨荷载全部分布在千斤顶上，则需最大需要 68． 6 t 的顶升力。这样选用定推力为100 t 的千斤 顶完全能够满足荷载要求。 顶升系统选用由50 个液压千斤顶、2 台高压电 动油泵、4 个平衡分流阀、50 个百分表和动力电源组 成，液压千斤顶选用的TYZF 型千斤顶( 最大吨位 100 t，最大行程30 mm) 和YZB7． 5 电动泵站( 压力 为2 ～ 150 MPa) 。 根据千斤顶标定后的标定公式P = 0． 134 × F － 0． 98( P 为千斤顶指示器示值MPa，F 为负荷力值 kN) ，则25、35 和50 m 桥跨顶升时油表读数最大示 值分别为44、63 和90 MPa。 千斤顶摆放在盖梁上，T 梁横隔板的下方，距离 梁体30 ～ 40 cm，中梁梁体两侧对称布置，9 片中梁 两侧布置共18 个千斤顶，2 片边梁只单侧布置共2 个千斤顶，所以1 个盖梁上两个梁端共布置40 个千 斤顶。见图1。 4 更换施工 施工前，做好检查工作，查看梁体边界是否存在 阻碍物或者联系，对顶升工作有阻碍的，必须设法解 除，确定可以顺利顶升才能实施支座更换施工，施工 过程如下: 1) 顶梁作业平台搭设: 千斤顶摆放在盖梁之 上，施工人员需要上到施工平台进行作业，因本桥为 高架水陆桥，盖梁距离地面或水面均为20 ～ 30 m 距 离，普通的钢管支架和门式架落地搭设方式是没法 实施的。因高度高且还有水面上作业，最终确定采 用高空吊架作为施工平台，通过在T 梁上设置植筋 吊点，施工平台采用方管焊接而成的小挂篮，然后通 过吊点下系钢丝绳反吊挂篮，基本固定后施工人员 进行平台加固，确保平台的稳定性。施工人员在挂 篮上进行操作，并摆放油泵等设施。 2) 机具摆放: 油泵和分油阀摆放在作业平台 上; 施工平台安装后开始安放千斤顶，千斤顶摆放在 盖梁上，T 梁横隔板的下方( 高差过高的位置下面须 用钢垫板垫高，以便千斤顶行程可以有效顶升梁 体) ，距离梁体30 ～ 40 cm，中梁梁体两侧对称布置， 9 片中梁两侧布置共18 个千斤顶，2 片边梁只单侧 布置共2 个千斤顶，所以1 个盖梁上两个梁端共布 置40 个千斤顶。桥梁支座更换 3) 设备检查: 在靠近梁体两侧均匀布置千斤 顶，千斤顶上下必须用钢板垫平，使千斤顶全面接触 受力，对于高差大的，可用钢垫板超垫平稳。油泵设 备接上高压油管，注意各油管的有效长度的均匀性， 接好油路之后测试是否存在漏油或者未接好的现 象，确保压力可均匀升降。桥梁支座更换 4) 试顶: 千斤顶和油泵检查完毕，即可进行试 顶。试顶的目的是为了消除非弹性变形或沉降，确 保顶升受力结构均紧密接触，在梁体还没有正式顶 起时即停止，并停放0． 5 h，经观察无任何变化后即 可进行顶升作业。桥梁支座更换 5) 顶升控制: 试顶完成后，在专业人员统一指 挥下所有千斤顶缓慢加载整体顶起梁体使其离开原 支座约10 mm 左右，即可停止，并在横隔板下增设 若干个支撑，以增加接触点和面积，提高顶升系统的 稳定性，确保桥梁整体安全。注意千斤顶的控制过 程应严格按操作规程进行，进油和回油应做分级、缓 慢，直到全部工作结束千斤顶才能卸载，确保桥梁整 体安全。桥梁支座更换 6) 支座更换过程: ① 在梁端头处布置百分表、在每个千斤顶附近 安装一个百分表( 0 ～ 50 mm) ，每个工人监控2 个百 分表，以便在顶升时同步监控顶升的高度及梁体状 况，同步填制百分表初始数据。检查梁体升高位移 情况，保证梁横向顶升高差值控制在1 ～ 2 mm 内。 顶升前记录好各标尺的初始读数，顶升到支座可取 出时应记录最后读数。这个最后读数与初始读数之 差为梁体的最终位移值，该值一般在10 mm 以内。 ② 顶升应由慢到快进行，随时随地检查升高位 移值的均匀性，并即时进行调整。为了保持梁体在 横向上的连续性，防止变形过大而开裂，控制各顶升 力在横向上的分配非常重要。 ③ 在各梁梁端千斤顶旁设置临时支撑，该支撑 随顶升升高而进行加高，当停止工作时应将该支撑 即时楔紧，以防止意外，确保结构物及施工安全。 ④ 当梁体顶升高度达到设计顶升高度时，将对 应更换的支座处千斤顶的闸门关紧，保持该千斤顶 的顶升力度，这时立即更换损坏的支座。更换支座 只能单个进行，更换一个后再进行下一个的更换，为 避免意外情况不得同时进行。 ⑤ 将破坏支座取出，取出前应对原有支座的位 置进行测量记录，然后用专用工具将新支座安放在 原位置上，并检查位置是否正确，高低是否合适，接 触是否良好。应该说所更换的支座应与原支座位置 一致，但高度上应略高于原支座为宜。 7) 卸载落梁: 卸载前去掉临时支撑，油泵缓慢 回油控制落梁速度。卸载完毕拆除临时支撑，整孔 梁体在施工过程中相对几乎是不动的，对桥面系结 构也基本没有任何影响，支座更换前后支撑反力变 化也不大，但梁体的支撑受力情况已经得到大大改 善。桥梁支座更换 5 更换后效果 整个支座更换过程是在保证行车的情况下进行 的，保证了桥梁正常交通用途，参建各方很满意。施 工过程历时两个月，从工程完成后的桥梁检测情况 来看，支座受力情况得到良好改善，桥面整体状况良 好，达到了预期的目的。

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