1.前言
橋梁支座的主要功能是將上部結構的反力可靠地傳遞給墩臺，并同時完成梁體結構所需的變形。由于支座本身的質量問題，以及支座在設計、安裝、使用過程中的種種不當，而造成支座過早的破壞，影響了橋梁的正常使用。在支座的處置技術中針對不可修復的損壞狀況，就需要對支座進行更換處置，在更換的過程中，更換的方法對橋梁結構安全的影響是非常大的，因此在更換的過程中需要對橋梁結構的各主要受力部位進行監(jiān)控，以保證更換過程的安全和可控制。
下面結合工程實例，介紹主要的施工及控制技術。
2、工程案例
岔路口立交橋工程始于寧鎮(zhèn)公路北側，下穿寧鎮(zhèn)公路，向北跨越滬寧鐵路，進入棲霞區(qū)后，左右線分行，左線沿既有寧棲公路而行，右線靠東側直行。在左線ZK0＋239.872至ZK0＋817.020及右線YK0＋239.872至YK0＋846.132設橋區(qū)段，左右幅分幅設橋，并行段設1m分隔帶，分叉后各設防撞墻。
左線共七聯，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，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聯第3跨8號墩頂支座支座四氟板嚴重偏位、滑動功能失效形成半固定支座，為了保障該橋的正常運營，現要求對該橋出現病害的支座進行更換處理。
3、左幅8＃墩頂升計算
3.2計算目的
(1)通過計算分析，確定8＃墩頂升時所結構所允許的頂升量，即在多大頂升量范圍內，主體結構受力是安全的；
(2)通過計算分析，確定8＃墩頂頂升時的支反力，為選擇合適量程的千斤頂提供依據；
(3)通過恒活載組合驗算，分析在不中斷交通情況下更換支座時結構的受力狀況，為確定支座更換方案提供依據。
3.4計算概況
3.4.1計算內容
結構驗算主要包括以下內容：
在8＃墩橫向同步頂升過程中結構正常使用出色狀態(tài)進行驗算；
在8＃墩橫向同步頂升過程中結構承載能力出色狀態(tài)進行驗算；
計算結構受力安全允許范圍內頂升量所對應的頂升力。
3.4.2計算模型
結構靜力分析采用橋梁博士V3.2.0程序進行計算。計算模型中箱梁采用平面梁單元模擬，其單元和節(jié)點劃分見圖4-1所示，橋面瀝青鋪裝以及附屬設施等作為均布荷載作用在結構上，忽略其對結構縱向整體的剛度貢獻，按自重作用進行考慮。
3.4.3計算參數
箱梁混凝土：40號，抗壓彈性模量：3.3×104MPa，容重26kN/m3；
荷載：一期荷載（結構自重）在計算過程中由程序自動計算，5cm現澆混凝土調平層和6cm瀝青混凝土鋪裝自重換算成荷載作用在結構上；
汽車荷載：城－A級，橫向3車道，取0.78橫向折減系數；
人群荷載：按3.5kN/m2計。
3.4.4邊界條件
邊界條件根據設計采用的支座布置方式確定。
3.4.5作用（荷載）
結構驗算主要考慮以下荷載：
(1)結構重力（包括結構附加重力），即二期恒載；
(2)預加力：按原設計縱向預應力束不參與結構受力計算；
(3)頂升力，分別按1cm和2cm頂升力進行考慮；
(4)支座不均勻沉降，按設計取用的5mm沉降值進行考慮；
(5)溫度：整體升降溫按15℃計，溫度梯度按頂板升溫5℃；
(6)混凝土收縮徐變作用：按照規(guī)范計算；
(7)活載：車道荷載按城－A級、人群荷載按3.5kN/m2計。
3.5計算結果
3.5.1頂升力計算
8＃墩在頂升2cm時，正常使用出色狀態(tài)荷載組合Ⅰ支承反力左右兩支承反力為451噸，正常使用出色狀態(tài)組合Ⅱ兩支承反力為471噸，因此要確保順利將梁體頂起，其布設千斤頂的總噸位不應小于471×1.3＝612噸。
表5-1正常使用出色狀態(tài)荷載組合Ⅰ支承反力匯總
表5-2正常使用出色狀態(tài)荷載組合Ⅱ支承反力匯總
3.5.2正常使用出色狀態(tài)驗算
左幅8＃墩分別在頂升10mm和20mm時，其梁體上下緣裂縫寬度驗算結果見表5-3和圖5-1～圖5-8所示，從表中數據可以看出：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，且梁體裂縫寬度對頂升量不敏感。
3.5.3承載能力出色狀態(tài)驗算
左幅8＃墩分別在頂升10mm和20mm時，其梁體承載能力驗算結果見圖5-9～圖5-16所示，從圖中數據可以看出：在頂升力和恒活載組合作用下，梁體內力均小于結構抗力，承載能力滿足規(guī)范要求。
圖5-9右幅8＃墩頂升梁體10mm時上部連續(xù)箱梁抗力對應內力分布圖（組合Ⅰ）
圖5-10右幅8＃墩頂升梁體10mm時上部連續(xù)箱梁更小抗力對應內力分布圖（組合Ⅰ）
圖5-11右幅8＃墩頂升梁體10mm時上部連續(xù)箱梁抗力對應內力分布圖（組合Ⅱ）
圖5-12右幅8＃墩頂升梁體10mm時上部連續(xù)箱梁更小抗力對應內力分布圖（組合Ⅱ）
圖5-13右幅8＃墩頂升梁體20mm時上部連續(xù)箱梁抗力對應內力分布圖（組合Ⅰ）
圖5-14右幅8＃墩頂升梁體20mm時上部連續(xù)箱梁更小抗力對應內力分布圖（組合Ⅰ）
圖5-15右幅8＃墩頂升梁體20mm時上部連續(xù)箱梁抗力對應內力分布圖（組合Ⅱ）
圖5-16右幅8＃墩頂升梁體20mm時上部連續(xù)箱梁更小抗力對應內力分布圖（組合Ⅱ）
3.6驗算結論
(1)8＃墩在頂升2cm時，兩支承反力為471噸，因此要確保順利將梁體頂起，其布設千斤頂的總噸位不應小于471×1.3＝612噸；
(2)左幅8＃墩分別在頂升10mm和20mm時，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，在頂升力和恒活載組合作用下，梁體內力均小于結構抗力，承載能力滿足規(guī)范要求；
(4)從計算結果可以看出，8＃墩梁體頂升量控制在20mm以內，結構受力是安全的。
4、左幅8＃墩頂升方案
4.1頂升位置及其高度
本次僅對左幅8＃墩2根立柱頂部支點進行同步頂升，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20mm。
4.2頂升平臺設計
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高度范圍內加設混凝土圍套，以提升柱頂面積，形成反力架工作平臺。在該平臺頂面設置千斤頂，由此組成箱梁的頂升體系。柱頂截面加大見鋼圍套加固示意圖。
1、柱頂截面加大范圍表面鑿毛
在柱頂50cm高度范圍內對混凝土表面鑿毛，直至露出新鮮骨料，并用潔凈水沖洗干凈。
2、安裝鋼護套
(1)搭設穩(wěn)固支架，作為鋼護筒安裝和澆筑混凝土的反力支撐體系；
(2)將兩半鋼護套對接，通過接縫滿焊連接成為一體；
4、澆筑混凝土
鋼護筒內混凝土采用KL－40無收縮免振自流平砂漿，其強度1天可達C15，3天可達C40，28天可達C50～C60。
5、粘貼柱頂鋼板和安裝鋼墊板
(1)安裝之前，采用結構膠修補立柱頂面，然后用砂輪將墩頂打磨至水平，保證柱頂粘貼鋼板時完全密貼；
(2)安裝千斤頂時，為了避免出現局部承壓破壞，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、調平，以保證各鋼墊板水平，從而實現千斤頂軸線與水平面垂直。
4.3千斤頂及臨時支撐布置
本次頂升千斤頂布置圖見施工圖中"千斤頂布置圖"
(1)千斤頂布置及其數量
左幅8＃墩每個柱頂各布置6只千斤頂，具體布置見千斤頂布置圖。
(2)千斤頂的安裝
在柱頂和箱梁底放樣，并用水平尺校準水平，將鋼護筒上的焊渣、毛刺以及箱梁底面混凝土用砂輪打磨平整至所有支撐接觸面密實為準。然后在預先放樣的位置裝上一塊鋼板，上置標定好的千斤頂，千斤頂上再放一塊鋼板，保證千斤頂垂直作用于梁底支點。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)頂升設備的保障措施
要保證各千斤頂同步頂升，通過計算同步機控制系統控制供油量達到同步頂升，每一個點均設置電磁閥組和液控閥組，以保證漏油時能及時鎖定各千斤頂油壓。
4.4施工流程
千斤頂選用：采用單個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，具體根據現場情況確定；施工平臺：搭設支架，在加設混凝土圍套的立柱頂上進行頂升。
施工總流程圖：
一、頂升步驟
a、步：稱重
在頂升系統的控制下開始稱重，使用位移計或百分表確認各支撐點已經分離，橋梁的全部荷載已轉移至油缸上，此時記錄各點反饋的實際荷載壓力及位移量。通過反復調整各千斤頂的油壓，可以使各點的壓力與上部荷載大致平衡，并能保證頂升過程中的位移同步，則該組數據即為更終的稱重結果。如發(fā)現某一點的壓力已超出液壓缸安全適用范圍，及時更換該點的頂升油缸。
b、第二步：試頂升
主要用于檢驗頂升系統的可靠性及橋梁整體頂升的安全性，同時檢驗稱重結果的真實性、可靠性。試頂升過程中要進行位移監(jiān)測，以便為正式頂升提供可靠的依據。試頂升的高度為5mm。
c、第三步：正式頂升
每個千斤頂的頂力保持不變，分級將橋梁抬升至滿足支座更換施工所需的空間高度。整個頂升過程仍由同步頂升系統控制，并實時監(jiān)測箱梁的頂升位移，保持各個測量點的位置同步誤差小于0.5mm。當達到要求高度后加入臨時滑板支座代替原支座，同時確保整個頂升過程安全可靠。
三、支座更換及補缺
當梁體抬升后，原支座與梁體脫離，完全由臨時油頂支撐橋梁。取出原來的支座，將新支座按標準安放到位。
四、第五步：落頂就位
當支座放到位時后，將千斤頂收缸落梁。如有半脫空需增設楔形鋼板處理。如有偏位調整到位。待千斤頂收完后拆除千斤頂及墊塊鋼架，整個頂升過程結束。
4.5位移監(jiān)測方法
為便于實時監(jiān)測頂升過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行測試，在需整體起頂的墩臺蓋梁上布設位移計，左幅8＃墩每個立柱頂部布設2個位移測點（見下圖）。
在頂升過程中派測試人員實時采集豎向位移數據，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10mm，以保障頂升過程中梁體受力安全，且不損壞橋面鋪裝。
頂升位移測點布置示意圖
4.6更換支座施工注意事項
4.6.1頂升前須落實的工作
(1)頂升施工之前有必要對頂升梁體及其相應的上下部結構進行多維度的檢測，以了解橋梁結構現狀，避免已有病害對頂升施工的安全性造成隱患；
(2)正式頂升前，需要對各支撐點（千斤頂和臨時支撐）處對應的梁底、柱頂逐一檢查，如果有病害存在，行相應的維修工作，然后才能進行下一部的頂升工作；
(3)頂升前建議測量支點處梁體標高，確保落梁后梁體恢復到原有標高處。
4.6.2施工要點
(1)當梁體自重全部轉換到千斤頂上時，頂升力不再明顯增加，此時采用頂升力控制實際上無太大意義，應改用每次的頂升量來控制比較合適，可以避免某墩頂升太多而橋面開裂等。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)梁體應力變化量對頂升位移較為敏感，為確保頂升過程中梁體受力安全，頂升位移控制以支座脫空為原則，頂升量不應超過10mm；
(3)在拆除舊支座過程中，建議保證各支撐點牢固可靠；
(4)拆除舊支座時，可以鑿除梁底混凝土楔形塊，但是鑿除時不能大范圍內同時施工，需要采用人工方式、利用小功率電錘一點點局部鑿除，禁止采用大功率設備，以免損傷梁底臨時支撐點部位的混凝土；
(5)舊支座在取出的過程中，如果受到梁底預埋錨筒（用來固定支座上鋼板）的阻擋，可以將錨筒部分割斷，截斷以能取出舊支座為準，切不可隨意截斷，以免增加后續(xù)安裝難度；
(6)錨筒截斷工作可在梁底混凝土楔形塊鑿除之后進行，這樣可以控制錨筒截斷長度，并且將截斷后的錨筒底面標高控制在同一標高處；
(7)取出舊支座時，可將整個支座一起取出，以免增加頂升高度；
(8)安裝新支座前，根據錨筒長度、支座高度將錨筒進行第二次截斷，其保留長度不應太長，否則落梁過程中會受阻礙。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，將拼裝好的支座作為一個整體進行安裝。
