辅助墩更换拉压支撑座工艺设计研究.pdf

95交通科技与管理工程技术0引言斜索桥是大跨度桥梁建设广泛采用的一种桥梁形式，早期混凝土预应力斜索桥建设，因为设计规范、技术工艺以及工程经验存在不足，桥梁结构自身存在一定技术不足，交付使用后，在交通量和轴载不断发展的背景下，桥梁技术状态面临考验，部分桥梁发生工程病害，严重影响了桥梁持久性和使用安全性，因此需要有针对性的工程加固技术。在斜拉桥的边跨配置辅助墩，可以增加桥梁总体刚度。辅助墩顶部设置拉压支撑座，能够较好控制和改善结构的应力状态。可一旦该支撑座状态失效，桥梁结构就会再度面临安全风险，因此更换支撑座也是一种常用的桥梁养护技术。案例桥 12#辅助墩的拉压支撑座水平抗剪载承能力不足，已经不符合桥梁结构和运行安全需要，为了避免病害进一步发展，确保该桥梁使用安全，相关部门对该拉压支撑座实施了更换处理。这里结合工程应用，介绍该更换拉压支撑座方案以及操作工艺设计，希望对同类工程应用提供技术参考。1工程概况某桥梁桥梁长度 1 001 m，其中主桥长度 632 m，主桥上部采取双塔双索面混凝土预应力斜索结构，全桥跨度组合为混凝土预应力简支 T 梁 140 m+斜索桥（50 m+108 m+316 m+108 m+50 m）+混凝土预应力连续 T 梁。主梁采取挂篮悬臂浇筑，主桥辅助墩的墩顶及交接墩的墩顶均配置拉压支撑座梁，设计单位未曾对拉压支撑座进行特殊设计，支撑座成套向厂商订购。桥梁设计载荷为挂-120，汽超-20 级，于 2008 年末建成通车。原桥梁结构符合规范要求，除了 12#辅助墩的拉压支撑座的螺栓松动、脱落，导致支撑座虚空外，并没有出现其他结构性问题。病害主要源于材料、结构设计细节、施工、营运养护、外载荷等多个方面。12#辅助墩的拉压支撑座的水平抗剪载承能力相对不足，已经出现严重的病害，为了避免病害进一步恶化，影响结构安全，需要制定特别加固方案，更换拉压支撑座。该桥在 12#墩处各设置了 1 个双向活动支撑座和单向活动支撑座，采取同心圆承拉结构。当产生拉力时，转动面时常发生锁定，造成上下拉杆的受力不均匀，原支撑座技术指标如表 1 所示。2更换拉压支撑座方案拉压支撑座发生病害，或是因为本身质量不好，或是由于施工质量隐患所致。因此针对辅助墩支撑座出现的问题，可以按照原设计形式，恢复 12#墩拉压支撑座，并适当增强其水平抗剪载承力至 1 000 kN，以满足质量要求。这不仅可以解决设计图纸变更和缺失施工监控资料带来的不便，还可以确保新支撑座胜任承载桥梁重量。该次设计还考虑为新支撑座施加一个初始预压力，以提高其抗拉安全储备。为此确定采用抬高桥墩顶部的梁结构，利用其自重向支撑座施加预压力。在提高主梁方法上，比较了桥面车辆加荷和直接千斤顶推顶两种方式，以确定哪种方法更适合。考虑结构恒载内部应力影响，最终选择桥面车辆加荷方。由于难以完全阻断桥面交通，拆除旧支撑座后，在车量载荷影响下，主梁会对辅助墩产生拍击现象，这将导致桥梁发生过大振动，千斤顶或临时支承失稳，不利于施工安全。为解决这一问题，决定采取压重方法，只收稿日期：2023-09-01作者简介：朱永波（1979）,男,本科,高级工程师,从事公路桥梁设计相关工作。表 1原支撑座主要技术指标位置型号垂向载/kN允许活动量/mm约束向水平载承/kN抗拔力/kNL12#DX5 000顺桥 3005003 000SX5 000横桥 20，顺桥 300辅助墩更换拉压支撑座工艺设计研究朱永波（江西省交通设计研究院有限责任公司,江西 南昌 330000）摘要文章围绕辅助墩更换拉压支撑座工艺要点进行阐述，首先简要概述了案例桥梁的基本情况，而后重点介绍更换拉压支撑座工艺方案，并从操作流程、更换操作工艺要点、滑动平台设计、旧支撑座拆除以及新支撑座安装等方面，深入分析了该支撑座更换操作的相关工艺设计要点，对辅助墩更换拉压支撑座工艺设计与技术实施，具有一定的工程应用参考价值。关键词斜索桥；混凝土预应力；辅助墩；拉压支撑座；更换工艺；设计研究中图分类号U448.27文献标识码A文章编号2096-8949（2023）21-0095-032023 年第 4 卷第 21 期96交通科技与管理工程技术保留超车道，封闭应急车道和行车道，在辅助墩的墩顶以沙袋压重，确定了压重重量、高度和面积1。3更换拉压支撑座操作方案更换拉压支撑座操作的难点在于下述 2 点：（1）L12#辅助墩支撑座的抗拉载承力设计为300 t，垂向抗压载承力为 500 t，顶推重量较大，需要配备更多的顶推设备。此外由于某些载荷组合下支撑座会产生拉力，所以还需要配置临时抗拉保障措施。（2）桥梁跨径较大，受昼夜温度差影响，主梁纵向形变较大。在作业过程中，需要考虑临时支承结构的滑动问题。3.1操作流程更换拉压支撑座的工序：工前准备 定制支撑座 搭建作业平台 支撑基面临时选择整理 千斤顶（含监测设备）配置 试推顶及调节 一次推顶 配置临时支撑 推顶设备拆除 拆除旧支撑座 凿除破旧垫石 凿墩顶锚固孔 安装调整新支撑座 浇筑垫石 养生 压重形成二次推顶 灌浆调整总支撑高度 拆除临时支撑 落梁操作 连接新支撑座及后续处理 检核验收。3.2更换支撑座操作工艺要点在改造支撑座时，应同时更换上下游两侧的支撑座，以保证同跨同侧的同时推顶。在施工作业时，应查看桥梁原始记录，以确保千斤顶的推顶吨位高于推顶重量的2倍。（1）横隔板加宽。由于箱梁底板横向规格的限制，导致支撑座上钢盆的锚固面积不足，因此在箱梁支撑座处的横隔板两侧，需要浇注一块高度 5.00 cm，厚度80.00 cm 的混凝土，以增加支撑座钢盆的锚固面积。同时根据新支撑座顶板图纸操作对拉锚杆。对拉锚杆必须严格遵照设计标准，确保锚杆规格和孔位符合施工图要求，确保锚杆操作到位，并及时进行混凝土浇筑。同时要严格控制混凝土配合比，确保混凝土浇筑质量和效果。（2）液压系统配置。墩台清理合格后，根据施工图配置液压系统。（3）压重计算与堆载。根据工程计算，确定主梁的恒载压重在 82.50 t，方式为沙袋堆载，注意堆载不超出2.00 m 高度，并进行放坡处理，以确保堆载稳定。（4）拆卸支撑座螺栓和推顶梁体，拆除旧支撑座。（5）墩顶部分混凝土凿除，插入地脚栓套筒，如图1 所示。根据梁底至墩顶距离以及新支撑座的安装高度，需要考虑是否须对墩顶混凝土进行凿除。如果有凿除的必要，那么凿除高度需要根据实际情况进行确定。严格按照设计进行凿除操作，操作平台合理设置防护措施，包括密目网和竹条板的全封闭防护，以防止高空操作事故和掉渣伤人。根据新支撑座地脚栓平面图，在墩台的侧面设孔，然后安装新的套筒2。（6）装配新支撑座。装配新支撑座并对其给予临时锁定。（7）对主梁施加活载压重。如图 2 所示，使用汽车载荷对主梁再次施加压重载荷，以确保新支撑座高度与调节前保持一致。（8）完成回油落梁并清理墩台。图 1地脚栓套筒装配示意（cm）3.3滑动平台的设计该次加固需要安置的拉压支撑座总重量约在 4.70 t，且现场操作空间有限，拆除旧支撑座后无法人工取出和再安置。因此在 12#墩台的外侧，配置了墩顶滑动平台，用于取出旧支撑座并安置新支撑座。左右幅配置，共两套滑动平台，根据钢结构公路桥梁设计规范，对滑动平台规格和载荷进行了如下设计：（1）规格及用材设计：为了进行墩台支撑座整改，在 12#墩台的外侧设计了一个墩顶滑动平台，图 2车辆压立面配置示意（cm）97交通科技与管理工程技术规 格 为 7.502.60 m。平 台 下 方 的 主 梁，由 2 根HM340250914 形式的分配梁组成。锚板规格 1 40045020 mm，墩侧采取 M20 化学锚栓计 18 根进行锚板固定，锚板与分配梁采取角焊缝连接，焊脚规格 8.00 mm，采取 E50 焊条，焊缝须达到三级质量。在分配梁间，每隔 50.00 cm 配置 1 道横隔板，隔板采用厚度为 10.00 mm的钢板。吊杆位于横隔板上方，并进行了加强处理。分配梁上部，配置厚度 4.00 mm 的花纹钢板，滑道设置在花纹钢板上。滑道由厚度为 2.00 mm 的不锈钢板和厚度 4.00 mm 的 PTFE 组成。滑动平台的外侧，悬挂 2台2吨级倒链，用于拖动支撑座。滑动平台设置防护网，采用 8 钢筋和 5L50 角钢组成网骨架，并在网骨架上装配钢丝防护网。（2）主要荷载设计：恒载：考虑钢材自身重量，自身重量系数为 1.04。支撑座载荷及施工载荷：支撑座自重为 4.70 t，为了保证安全，将施工载荷和支撑座自身重量合并计算，取为 10.00 t。基于参考的滑动平台结构设计以及操作流程，基于 5 种可能的不利工况，通过工程有限元分析模型开展分析计算，结果显示，在最大拉力下，滑动平台的最大压应力为 89.70 MPa，最大拉应力为 45.90 MPa，所选钢材强度符合设计标准。3.4拆除旧座及安装新座（1）旧支撑座拆除方案：先临时固定支撑座上下座板，接着拆除垫石与下座板的连接螺栓。然后在预设螺栓套筒内塞入棉布，以防止杂物进入，并用棉布覆盖不锈钢滑动面，保护其免受杂物和灰尘的损害。在 12#墩的两个支撑座处，同时顶起 10.00 mm，将整个支撑座抬升，使其与预设钢板脱离。应保证同步顶推时操作，并在顶推过程中随着高度的增加，在千斤顶上增加半环形钢垫块，其径值为 20.00 cm，总重量在 15.77 t，这是为了避免作业中千斤顶突然失效可能带来的操作风险。为了确保顺利拖出，在支撑座预设钢板的表面，铺置 2道摩擦副，由厚 4.00 mm 四氟滑板和厚 2.00 mm 不锈钢板组成，氟滑板和不锈钢板的规格根据现场情况确定。用千斤顶推顶支撑座，解除主梁与上座板的连接螺栓，使其落在四氟滑板上。然后通过在滑动平台外端装配的倒链，将其向外拖至临时支撑座存放平台。用吊车将旧支撑座从临时支撑座存放平台进行吊出，完成拆除操作。（2）新支撑座装配方案。在安装支撑座时，采用吊运加横向拖拉复位的方式，将其拖回至设计位置，并按照以下步骤进行操作。首先需要核实设计位置的基准线，检验无误后，按设计标高及位置将预设钢板调平就位。采取重力敞口注浆方法进行注浆操作，完成注浆后须检验灌浆密实度和四角平面度，确保预设钢板底部注浆密实。安装后四角的相对高差应 2.00 mm，检验合格后，才可进入下道操作工序。待注浆料达到设计强度的 75.00%以后，将新支撑座用吊车从梁顶吊运至临时置放平台。在预设钢板表面配置滑动摩擦副，借助墩顶装配的倒链，将支撑座拉回梁底装配位置。支撑座滑动就位后，使用机械千斤顶或撬杠进行位置微调，对齐主梁连接螺栓孔与支撑座上座板的螺栓孔后，将支撑座与主梁以锚件给予连接。移除滑动摩擦副，选择温度合适的时段进行落梁操作，固定桥墩与下座板连接螺栓，解除上下座板临时固定。查验钢梁与上座板的连接栓，保证连接栓无松动，查验支撑座装配状态符合设计标准后，装配支撑座防尘罩，完成支撑座装配。移除抄垫梁、墩顶千斤顶等临时支承，拆卸墩顶其他辅助设施。完成装配后，需测量支撑座精度，允许误差应满足表 2 规定3。表 2支撑座装配允许误差技术项允许误差支撑座中心线配位横向误差 1 cm支撑座中心配位纵向误差 2 cm下支撑座板十字中心线偏转下支撑座板尺寸 200 cm1.00%边宽下支撑座板尺寸 200 cm 0.1 cm活动支撑座中心线配位纵向错动量 0.3 cm活动支撑座中心线配位横向错动量 0.3 cm支撑座底板相对四角高差0.2 cm4结语基于工程养护设计案例，进行了混凝土预应力斜索桥辅助墩更换拉压支撑座工艺设计研究。（1）介绍了更换拉压支撑座工艺设计方案。恢复 12#墩拉压支撑座，并适当增强其水平抗剪载承力至 1 000 kN；为新支撑座施加一个初始预压力，以提高其抗拉安全储备；考虑结构恒载内部应力影响，最终选择桥面车辆加荷方式；只保留超车道，封闭应急车道和行车道，在辅助墩的墩顶以沙袋压重。（2）介绍了更换拉压支撑座操作设计方案。包括支撑座操作流程、更换支撑座操作工艺要点、滑动平台的设计、拆除旧座及安装新座等；其中更换支撑座操作工艺要点，包括横隔板加宽、液压系统配置、压重计算与堆载、拆卸支撑座螺栓与推顶梁体、拆除旧支撑座、墩顶部分混凝土凿除与插入地脚栓套筒、装配新支撑座、主梁活载压重、落梁及清理墩台等一系列技术设计要点。（3）辅助墩顶部设置拉压支撑座，能够较好控制和改善结构的应力状态。案例工程采取上述工艺设计，如期完成了辅助墩更换拉压支撑座的养护工程任务，梳理这些工艺设计要点，为同类工程应用提供技术借鉴。参考文献1 黄莹颖.PC 斜拉桥拉压支座失效影响因素分析与风险评估 D.长沙：长沙理工大学，2013.2 李亚林.预应力混凝土斜拉桥加固技术研究 D.重庆：重庆交通大学,2008.3 彭鹏.重庆涪陵乌江大桥支座受力分析及辅助墩优化设计 D.长沙：长沙理工大学,2014.