建筑技术丨快速顶升法在预制梁桥橡胶支座更换中的应用探究

1 工程概况

本项目位于黑龙江省大庆市龙凤区。桥梁主线长约3 960 m，其中主桥长260 m，引桥长约3 700 m，匝道桥总长度约925 m。本次实施支座更换为引桥，引桥单幅宽度13 m。其中引桥NE（外），起点里程K0+347.468~K1+147.677，桥梁长度800.209 m（40跨）。引桥NE（内）起点里程K0+000~K0+487.226，桥梁长度487.226 m（25跨），标准跨径均20 m。全桥下部支撑结构为盖梁，上部结构为预制空心板梁。

本桥于2010年1月建成通车，在2012年、2017年、2021年分别进行了桥梁检测。2021年检测结论为匝道桥总体技术状况评定等级为3类，因此急需对其进行维修改造。本次桥梁更换的支座为橡胶支座（与旧桥支座一致），更换支座1 658个，共计更换42跨。

2 工程特点

（1）本次桥梁加固维修位于主桥的连接匝道，桥下为大庆市龙凤湿地自然保护区（黑龙江省级自然保护区），是大庆市辖区内保留完整的淡水沼泽生态系统，湿地具有面积大、鸟类密度高、原生态性强等特点，所以整个施工必须减少环境污染及噪声污染。

（2）支座更换中不得中断交通。该桥原设计为公路Ⅰ级荷载标准，按不低于Ⅱ级荷载或城市B级标准进行加固维修。桥梁在加固施工中采用了限载、限速措施（大车道限速60 km/h，小车道限速80 km/h），重量小于20 t的车辆可全天候通行。

（3）支座更换施工方案须通过明确的受力计算，以确保在更换中不对盖梁、梁板产生二次受力损坏。

3 桥梁顶升设计

按照设计要求及结构形式特点，在不中断交通的情况下，支座更换采用横向同步、纵向逐墩顶升法，顶升高度为5 mm。更换顶升的最大高度不大于1 cm。顶升量以方便取出原支座，满足施工操作要求即可。逐墩顶升如图1所示。

（a）

（b）

图1 逐墩顶升示意

（a）桥墩示意；（b）顶升示意

4 顶升前准备

（1）顶升前利用桥检车提前对支座、垫石进行检查，记录好每个高度，钢板的厚度及锈蚀情况，做好相关支座修复、支座上下钢垫板材料准备。

（2）切割、断开顶升跨与相邻桥跨的桥面连续，防止顶升时对相邻桥跨桥面产生破坏。

（3）清理好梁板与盖梁之间的杂物，减少顶升阻力，防止对梁板产生破坏。

5 顶升工序

顶升工序：顶升支架→清除墩台顶面杂物及垃圾→准确量取支架顶至梁底的实际高度→顶升系统调试→试顶→梁体同步顶→支座更换→落梁。

（1）顶升支架。桥台支座更换利用桥台作为施工平台，对盖梁及高墩采用桥梁检测车作为施工作业平台及人员材料运输通道。

（2）清除墩台顶面杂物及垃圾。清理桥台或盖梁顶面沉积的土石块及混凝土块，特别是千斤顶支撑面处理，使得干净、平整。清理伸缩缝内沉积的垃圾和杂物，防止横向受力不均互相挤压。

（3）准确量取支架顶至梁底的实际高度。每榀梁板一侧安放2台千斤顶，即每个支座旁边放1台液压千斤顶，准确量取千斤顶位置实际高度，对顶升后高度不满足施工要求的，在千斤顶上下增加钢板支垫。

（4）顶升系统调试。顶升系统安装完毕后，要对系统中的液压系统、控制系统、监测系统等子系统进行检查，做好准备工作，确保各组件连接正确、符合规定，各仪器能正常工作。

操作流程：位移传感器、液压油管连接完毕→电源连接主机开机→设置有效工作口检测位移反馈数值→启动液压泵→手动置零确认基准→液压项贴合→置零确认高度→自动顶升→自动顶升完成→继续顶升、卸荷→启动液压泵重复以上、确认卸荷位置自动卸荷。

（5）试顶。试顶的目的是调试各顶进设备是否正常运转，以及各千斤顶是否能均匀受力。并观察盖梁、梁体及桥面有无变形。试顶时，油泵应逐渐加压，每次生压后还要稳定5 min，并对设备及滑盖梁、板梁等发生的异常情况进行检查。确认一切正常后方可继续。试顶高度一般为2~5mm，根据试顶情况，可适当调整某个顶的顶升基准高度。

（6）梁体同步顶升。梁体顶升时采用顶升高度与顶力双控，以梁体顶升高度为主要控制指标。顶升全过程由PCL系统同步控制。顶的顶力值达到桥体总重量的50 %~80 ％，检查各单顶位移数值的变化，位移数值轻微变化即表示顶与桥体已经紧密接触。过程中各测量点应认真做好测量工作，及时反映测量数据。行程达到设计顶升高度后，停止顶升。

（7）支座更换。旧支座取出前拍照记录每个支座缺陷状况，对原支座垫石、钢板进行清理打磨。测量垫石顶面高程并整平。垫石如需加高或降低，则采用环氧砂浆加高和钢钎凿除部分混凝土等方法处理，修复或加固应满足规范要求。支座安装时控制安装轴线，确保支座精确安放在垫石设计位置。一跨所有支座更换完成后，进行全面检查，确保各项安装指标满足要求。

（8）落梁。支座更换完毕，整体进行落梁，落量过程应缓慢进行，确保更换后的支座有无脱空现象，必要时重新顶升调整。

6 顶升设备系统

为达到快捷、高效的施工目的，本次顶升系统采用PLC同步顶升系统（图2），该系统的顶升和降落进度误差不超过±0.5 mm，顶升荷载为2 000~10 000 kN。千斤顶采用QFB100/30 t，高35~80 mm，底座直径188 mm，顶心直径144 mm，行程为l~50 mm。由于更换支座的匝道均为高架桥，因此选择桁架式桥梁检测车（ZYM5310），作为作业平台及上下施工通道，稳定性好，承载能力大。

图2 PLC同步顶升系统示意

7 顶升过程受力分析计算

在桥梁顶升施工前，以图纸为依据建立空间体系模型（图3），对桥梁各受力部位进行核算，模拟构件最大承载力，本次计算采用有限元计算软件midas Civil。由于全桥为简支梁桥，故取一跨进行计算。

图3 空间体系模型示意

7.1 计算结果

针对盖梁处放置的千斤顶受力进行分析，千斤顶顶布置如图4所示。经过计算分析加载最大顶升力1.3×116.4 kN。顶升力计算荷载分析示意如图5所示。

图4 千斤顶布置示意

图5 顶升力计算荷载分析示意

7.2 模型分析

（1）主梁受力分析。主梁弯矩：最大弯矩为142.67 kN·m，小于2 339 kN·m，符合抗弯要求。主梁剪力：最大剪力196.4 kN，小于840 kN，符合抗剪要求。主梁受拉：最大拉应力1.04 MPa，小于1.83 MPa，符合规范要求。主梁受压：最大压应力7.00 MPa，小于22.4 MPa，符合规范要求。

（2）盖梁受力分析。盖梁弯矩：最大弯矩2 076.86 kN·m，小于21 878 kN·m，符合抗弯要求。盖梁剪力：最大剪力1 046.53 kN，小于7 856 kN，符合抗剪要求。盖梁受拉：最大拉应力1.46 MPa，小于1.65 MPa，符合规范要求。盖梁受压：最大压应力1.74 MPa，小于1.85 MPa，符合规范要求。

（3）千斤顶处盖梁、主梁受力分析。盖梁局部受拉：盖梁局部拉应力0.22 kN·m，小于1.65 kN·m，符合抗弯要求。盖梁局部受压：盖梁局部受压应力3.17 kN，小于18.4 kN，符合抗剪要求。主梁局部受拉：盖梁局部拉应力0.22 kN·m，小于1.83 kN·m，符合抗弯要求。主梁局部受压：主梁局部受压应力3.17 kN，小于22.4 kN，符合抗剪要求。

为保证在顶升过程中混凝土接触面免受损害，在梁底和千斤顶、盖梁与千斤顶的接触面之间，增设应力分散钢板扩大受力面积。

8 结束语

通过以上项目的实施，在不中断交通情况下，每天可以跟换一跨桥梁支座。施工完毕经桥梁沉降、变形检测均达到设计及规范要求。因此采用PLC液压控制系统+桥梁检测车更换支座，有效控制顶升同步进行，同时对各工序的施工起到的监控目的。在缩短施工工期基础上，降低了施工成本，对于桥梁更换支座有较好的效益。