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橋梁支座更換施工及控制技術(shù)

來(lái)源:http://wrjzzs.com日期:2020-04-06 發(fā)布人:admin

  1.前言
  橋梁支座的主要功能是將上部結(jié)構(gòu)的反力可靠地傳遞給墩臺(tái),并同時(shí)完成梁體結(jié)構(gòu)所需的變形。由于支座本身的質(zhì)量問(wèn)題,以及支座在設(shè)計(jì)、安裝、使用過(guò)程中的種種不當(dāng),而造成支座過(guò)早的破壞,影響了橋梁的正常使用。在支座的處置技術(shù)中針對(duì)不可修復(fù)的損壞狀況,就需要對(duì)支座進(jìn)行更換處置,在更換的過(guò)程中,更換的方法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響是非常大的,因此在更換的過(guò)程中需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的各主要受力部位進(jìn)行監(jiān)控,以保證更換過(guò)程的和可控制。
  下面結(jié)合工程實(shí)例,介紹主要的施工及控制技術(shù)。
  2、工程案例
  岔路口立交橋工程始于寧鎮(zhèn)公路北側(cè),下穿寧鎮(zhèn)公路,向北跨越滬寧鐵路,進(jìn)入棲霞區(qū)后,左右線分行,左線沿既有寧棲公路而行,右線靠東側(cè)直行。在左線ZK0+239.872ZK0+817.020及右線YK0+239.872YK0+846.132設(shè)橋區(qū)段,左右幅分幅設(shè)橋,并行段設(shè)1m分隔帶,分叉后各設(shè)防撞墻。
  左線共七聯(lián),橋跨布置為:(5×20m)+(3×20m)+(22.5m+35m+22.5m)+(17.944m+3×20m+17.944m)+(4×20m)+(4×20m)+(4×20m);右線共七聯(lián),橋跨布置為:(5×20m)+(5×17m)+(22.5m+35m+22.5m)+(3×20m)+(4×20m)+(5×20m)+(5×20m)。左幅橋第2聯(lián)第3跨8號(hào)墩頂支座支座四氟板嚴(yán)重偏位、滑動(dòng)功能失效形成半固定支座,為了保障該橋的正常運(yùn)營(yíng),現(xiàn)要求對(duì)該橋出現(xiàn)病害的支座進(jìn)行更換處理。
  3、左幅8#墩頂升計(jì)算
  3.2計(jì)算目的
  (1)通過(guò)計(jì)算分析,確定8#墩頂升時(shí)所結(jié)構(gòu)所允許的頂升量,即在多大頂升量范圍內(nèi),主體結(jié)構(gòu)受力是的;
  (2)通過(guò)計(jì)算分析,確定8#墩頂頂升時(shí)的支反力,為選擇合適量程的千斤頂提供依據(jù);
  (3)通過(guò)恒活載組合驗(yàn)算,分析在不中斷交通情況下更換支座時(shí)結(jié)構(gòu)的受力狀況,為確定支座更換方案提供依據(jù)。
  3.4計(jì)算概況
  3.4.1計(jì)算內(nèi)容
  結(jié)構(gòu)驗(yàn)算主要包括以下內(nèi)容:
  在8#墩橫向同步頂升過(guò)程中結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算;
  在8#墩橫向同步頂升過(guò)程中結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算;
  計(jì)算結(jié)構(gòu)受力允許范圍內(nèi)頂升量所對(duì)應(yīng)的頂升力。
  3.4.2計(jì)算模型
  結(jié)構(gòu)靜力分析采用橋梁博士V3.2.0程序進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算模型中箱梁采用平面梁?jiǎn)卧M,其單元和節(jié)點(diǎn)劃分見(jiàn)圖4-1所示,橋面瀝青鋪裝以及附屬設(shè)施等作為均布荷載作用在結(jié)構(gòu)上,忽略其對(duì)結(jié)構(gòu)縱向整體的剛度貢獻(xiàn),按自重作用進(jìn)行考慮。
  3.4.3計(jì)算參數(shù)
  箱梁混凝土:40號(hào),抗壓彈性模量:3.3×104MPa,容重26kN/m3;
  荷載:一期荷載(結(jié)構(gòu)自重)在計(jì)算過(guò)程中由程序自動(dòng)計(jì)算,5cm現(xiàn)澆混凝土調(diào)平層和6cm瀝青混凝土鋪裝自重?fù)Q算成荷載作用在結(jié)構(gòu)上;
  汽車荷載:城-A級(jí),橫向3車道,取0.78橫向折減系數(shù);
  人群荷載:按3.5kN/m2計(jì)。
  3.4.4邊界條件
  邊界條件根據(jù)設(shè)計(jì)采用的支座布置方式確定。
  3.4.5作用(荷載)
  結(jié)構(gòu)驗(yàn)算主要考慮以下荷載:
  (1)結(jié)構(gòu)重力(包括結(jié)構(gòu)附加重力),即二期恒載;
  (2)預(yù)加力:按原設(shè)計(jì)縱向預(yù)應(yīng)力束不參與結(jié)構(gòu)受力計(jì)算;
  (3)頂升力,分別按1cm和2cm頂升力進(jìn)行考慮;
  (4)支座不均勻沉降,按設(shè)計(jì)取用的5mm沉降值進(jìn)行考慮;
  (5)溫度:整體升降溫按15℃計(jì),溫度梯度按頂板升溫5℃;
  (6)混凝土收縮徐變作用:按照規(guī)范計(jì)算;
  (7)活載:車道荷載按城-A級(jí)、人群荷載按3.5kN/m2計(jì)。
  3.5計(jì)算結(jié)果
  3.5.1頂升力計(jì)算
  8#墩在頂升2cm時(shí),正常使用極限狀態(tài)荷載組合Ⅰ支承反力左右兩支承反力為451噸,正常使用極限狀態(tài)組合Ⅱ兩支承反力為471噸,因此要確保順利將梁體頂起,其布設(shè)千斤頂?shù)目倗嵨徊粦?yīng)小于471×1.3=612噸。
  表5-1正常使用極限狀態(tài)荷載組合Ⅰ支承反力匯總
  表5-2正常使用極限狀態(tài)荷載組合Ⅱ支承反力匯總
  3.5.2正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算
  左幅8#墩分別在頂升10mm和20mm時(shí),其梁體上下緣裂縫寬度驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表5-3和圖5-1~圖5-8所示,從表中數(shù)據(jù)可以看出:在頂升力和恒活載組合作用下,裂縫寬度均小于規(guī)范允許值,且梁體裂縫寬度對(duì)頂升量不敏感。
  3.5.3承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算
  左幅8#墩分別在頂升10mm和20mm時(shí),其梁體承載能力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)圖5-9~圖5-16所示,從圖中數(shù)據(jù)可以看出:在頂升力和恒活載組合作用下,梁體內(nèi)力均小于結(jié)構(gòu)抗力,承載能力滿足規(guī)范要求。
  圖5-9右幅8#墩頂升梁體10mm時(shí)上部連續(xù)箱梁抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖(組合Ⅰ)
  圖5-10右幅8#墩頂升梁體10mm時(shí)上部連續(xù)箱梁更小抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖(組合Ⅰ)
  圖5-11右幅8#墩頂升梁體10mm時(shí)上部連續(xù)箱梁抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖(組合Ⅱ)
  圖5-12右幅8#墩頂升梁體10mm時(shí)上部連續(xù)箱梁更小抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖(組合Ⅱ)
  圖5-13右幅8#墩頂升梁體20mm時(shí)上部連續(xù)箱梁抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖(組合Ⅰ)
  圖5-14右幅8#墩頂升梁體20mm時(shí)上部連續(xù)箱梁更小抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖(組合Ⅰ)
  圖5-15右幅8#墩頂升梁體20mm時(shí)上部連續(xù)箱梁抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖(組合Ⅱ)
  圖5-16右幅8#墩頂升梁體20mm時(shí)上部連續(xù)箱梁更小抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力分布圖(組合Ⅱ)
  3.6驗(yàn)算結(jié)論
  (1)8#墩在頂升2cm時(shí),兩支承反力為471噸,因此要確保順利將梁體頂起,其布設(shè)千斤頂?shù)目倗嵨徊粦?yīng)小于471×1.3=612噸;
  (2)左幅8#墩分別在頂升10mm和20mm時(shí),在頂升力和恒活載組合作用下,裂縫寬度均小于規(guī)范允許值,且梁體裂縫寬度對(duì)頂升量不敏感(頂升量每增加10mm,裂縫寬度增加0.01mm);
  (3)左幅8#墩分別在頂升10mm和20mm時(shí),在頂升力和恒活載組合作用下,梁體內(nèi)力均小于結(jié)構(gòu)抗力,承載能力滿足規(guī)范要求;
  (4)從計(jì)算結(jié)果可以看出,8#墩梁體頂升量控制在20mm以內(nèi),結(jié)構(gòu)受力是的。
  4、左幅8#墩頂升方案
  4.1頂升位置及其高度
  本次僅對(duì)左幅8#墩2根立柱頂部支點(diǎn)進(jìn)行同步頂升,頂升高度為5mm。如果在此頂升高度情況下未能將支座取出,則可增加頂升高度,但是頂升高度不能超過(guò)20mm。
  4.2頂升平臺(tái)設(shè)計(jì)
  由于立柱頂面空置面積較小,放置不下千斤頂,因此需在立柱頂部50cm高度范圍內(nèi)加設(shè)混凝土圍套,以增大柱頂面積,形成反力架工作平臺(tái)。在該平臺(tái)頂面設(shè)置千斤頂,由此組成箱梁的頂升體系。柱頂截面加大見(jiàn)鋼圍套加固示意圖。
  1、柱頂截面加大范圍表面鑿毛
  在柱頂50cm高度范圍內(nèi)對(duì)混凝土表面鑿毛,直露出新鮮骨料,并用潔凈水沖洗干凈。
  2、安裝鋼護(hù)套
  (1)搭設(shè)穩(wěn)固支架,作為鋼護(hù)筒安裝和澆筑混凝土的反力支撐體系;
  (2)將兩半鋼護(hù)套對(duì)接,通過(guò)接縫滿焊連接成為一體;
  4、澆筑混凝土
  鋼護(hù)筒內(nèi)混凝土采用KL-40無(wú)收縮免振自流平砂漿,其強(qiáng)度1天可達(dá)C15,3天可達(dá)C40,28天可達(dá)C50~C60。
  5、粘貼柱頂鋼板和安裝鋼墊板
  (1)安裝之前,采用結(jié)構(gòu)膠修補(bǔ)立柱頂面,然后用砂輪將墩頂打磨水平,保證柱頂粘貼鋼板時(shí)完全密貼;
  (2)安裝千斤頂時(shí),為了避免出現(xiàn)局部承壓破壞,在千斤頂與墩柱頂面、千斤頂與箱梁底面均須設(shè)置鋼墊板;
  (3)鋼墊板安裝前需要將墩柱頂面和箱梁底面打磨平整、調(diào)平,以保證各鋼墊板水平,從而實(shí)現(xiàn)千斤頂軸線與水平面垂直。
  4.3千斤頂及臨時(shí)支撐布置
  本次頂升千斤頂布置圖見(jiàn)施工圖中"千斤頂布置圖"
  (1)千斤頂布置及其數(shù)量
  左幅8#墩每個(gè)柱頂各布置6只千斤頂,具體布置見(jiàn)千斤頂布置圖。
  (2)千斤頂?shù)陌惭b
  在柱頂和箱梁底放樣,并用水平尺校準(zhǔn)水平,將鋼護(hù)筒上的焊渣、毛刺以及箱梁底面混凝土用砂輪打磨平整所有支撐接觸面密實(shí)為準(zhǔn)。然后在預(yù)先放樣的位置裝上一塊鋼板,上置標(biāo)定好的千斤頂,千斤頂上再放一塊鋼板,保證千斤頂垂直作用于梁底支點(diǎn)。柱頂以及箱梁底板與千斤頂接觸的部位均放置30*30*2cm的鋼板。
  (3)頂升設(shè)備的保障措施
  要保證各千斤頂同步頂升,通過(guò)計(jì)算同步機(jī)控制系統(tǒng)控制供油量達(dá)到同步頂升,每一個(gè)點(diǎn)均設(shè)置電磁閥組和液控閥組,以保證漏油時(shí)能及時(shí)鎖定各千斤頂油壓。
  4.4施工流程
  千斤頂選用:采用單個(gè)100噸千斤頂,頂身高度80mm,底座直徑218mm,行程20mm。千斤頂布置:采用"3+3"的方式布置,具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定;施工平臺(tái):搭設(shè)支架,在加設(shè)混凝土圍套的立柱頂上進(jìn)行頂升。
  施工總流程圖:
  一、頂升步驟
  a、步:稱重
  在頂升系統(tǒng)的控制下開(kāi)始稱重,使用位移計(jì)或百分表確認(rèn)各支撐點(diǎn)已經(jīng)分離,橋梁的全部荷載已轉(zhuǎn)移油缸上,此時(shí)記錄各點(diǎn)反饋的實(shí)際荷載壓力及位移量。通過(guò)反復(fù)調(diào)整各千斤頂?shù)挠蛪海梢允垢鼽c(diǎn)的壓力與上部荷載大致平衡,并能保證頂升過(guò)程中的位移同步,則該組數(shù)據(jù)即為更終的稱重結(jié)果。如發(fā)現(xiàn)某一點(diǎn)的壓力已超出液壓缸適用范圍,及時(shí)更換該點(diǎn)的頂升油缸。
  b、第二步:試頂升
  主要用于檢驗(yàn)頂升系統(tǒng)的可靠性及橋梁整體頂升的性,同時(shí)檢驗(yàn)稱重結(jié)果的真實(shí)性、可靠性。試頂升過(guò)程中要進(jìn)行位移監(jiān)測(cè),以便為正式頂升提供可靠的依據(jù)。試頂升的高度為5mm。
  c、第三步:正式頂升
  每個(gè)千斤頂?shù)捻斄Ρ3植蛔?,分?jí)將橋梁抬升滿足支座更換施工所需的空間高度。整個(gè)頂升過(guò)程仍由同步頂升系統(tǒng)控制,并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱梁的頂升位移,保持各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的位置同步誤差小于0.5mm。當(dāng)達(dá)到要求高度后加入臨時(shí)滑板支座代替原支座,同時(shí)確保整個(gè)頂升過(guò)程可靠。
  三、支座更換及補(bǔ)缺
  當(dāng)梁體抬升后,原支座與梁體脫離,完全由臨時(shí)油頂支撐橋梁。取出原來(lái)的支座,將新支座按標(biāo)準(zhǔn)安放到位。
  四、第五步:落頂就位
  當(dāng)支座放到位時(shí)后,將千斤頂收缸落梁。如有半脫空需增設(shè)楔形鋼板處理。如有偏位調(diào)整到位。待千斤頂收完后拆除千斤頂及墊塊鋼架,整個(gè)頂升過(guò)程結(jié)束。
  4.5位移監(jiān)測(cè)方法
  為便于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂升過(guò)程中的梁體豎向位移,本次支座更換位移擬采用支座更換專用們移傳感器進(jìn)行測(cè)試,在需整體起頂?shù)亩张_(tái)蓋梁上布設(shè)位移計(jì),左幅8#墩每個(gè)立柱頂部布設(shè)2個(gè)位移測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)下圖)。
  在頂升過(guò)程中派測(cè)試人員實(shí)時(shí)采集豎向位移數(shù)據(jù),將橫向頂升量偏差控制在0.5mm以下,并確保豎向位移不超過(guò)10mm,以保障頂升過(guò)程中梁體受力,且不損壞橋面鋪裝。
  頂升位移測(cè)點(diǎn)布置示意圖
  4.6更換支座施工注意事項(xiàng)
  4.6.1頂升前須落實(shí)的工作
  (1)頂升施工之前有必要對(duì)頂升梁體及其相應(yīng)的上下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行的檢測(cè),以了解橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀,避免已有病害對(duì)頂升施工的性造成隱患;
  (2)正式頂升前,需要對(duì)各支撐點(diǎn)(千斤頂和臨時(shí)支撐)處對(duì)應(yīng)的梁底、柱頂逐一檢查,如果有病害存在,行相應(yīng)的維修工作,然后才能進(jìn)行下一部的頂升工作;
  (3)頂升前必須測(cè)量支點(diǎn)處梁體標(biāo)高,確保落梁后梁體恢復(fù)到原有標(biāo)高處。
  4.6.2施工要點(diǎn)
  (1)當(dāng)梁體自重全部轉(zhuǎn)換到千斤頂上時(shí),頂升力不再明顯增加,此時(shí)采用頂升力控制實(shí)際上無(wú)太大意義,應(yīng)改用每次的頂升量來(lái)控制比較合適,可以避免某墩頂升太多而橋面開(kāi)裂等。各千斤頂每次頂升2~3mm,各支墩頂升量相差控制在0.5mm以下,直到可將原支座順利取出為止;
  (2)梁體應(yīng)力變化量對(duì)頂升位移較為敏感,為確保頂升過(guò)程中梁體受力,頂升位移控制以支座脫空為原則,頂升量不應(yīng)超過(guò)10mm;
  (3)在拆除舊支座過(guò)程中,必須保證各支撐點(diǎn)牢固可靠;
  (4)拆除舊支座時(shí),可以鑿除梁底混凝土楔形塊,但是鑿除時(shí)不能大范圍內(nèi)同時(shí)施工,需要采用人工方式、利用小功率電錘一點(diǎn)點(diǎn)局部鑿除,禁止采用大功率設(shè)備,以免損傷梁底臨時(shí)支撐點(diǎn)部位的混凝土;
  (5)舊支座在取出的過(guò)程中,如果受到梁底預(yù)埋錨筒(用來(lái)固定支座上鋼板)的阻擋,可以將錨筒部分割斷,截?cái)嘁阅苋〕雠f支座為準(zhǔn),切不可隨意截?cái)?,以免增加后續(xù)安裝難度;
  (6)錨筒截?cái)喙ぷ骺稍诹旱谆炷列ㄐ螇K鑿除之后進(jìn)行,這樣可以控制錨筒截?cái)嚅L(zhǎng)度,并且將截?cái)嗪蟮腻^筒底面標(biāo)高控制在同一標(biāo)高處;
  (7)取出舊支座時(shí),可將整個(gè)支座一起取出,以免增加頂升高度;
  (8)安裝新支座前,根據(jù)錨筒長(zhǎng)度、支座高度將錨筒進(jìn)行第二次截?cái)?,其保留長(zhǎng)度不應(yīng)太長(zhǎng),否則落梁過(guò)程中會(huì)受阻礙。梁體落梁后,錨筒底面與支座上鋼板頂面間距控制在5mm左右即可;
  (9)安裝新支座時(shí),將拼裝好的支座作為一個(gè)整體進(jìn)行安裝。