一種自平衡反壓式橋梁單支座更換方法
【專利摘要】本發明涉及一種自平衡反壓式橋梁單支座更換方法，該方法主要包括調平處理、安裝更新支座、安裝監控設備、施加預壓力、鎖定頂升支撐裝置與澆筑支座墊石等施工步驟。本發明使更換新支座在經受恒載預壓后，在后期活載作用下不會脫空和變位，同時又保證該支座處的梁體不會出現強迫位移，從而避免出現橫橋向梁體間的附加內力，保有充足的安全儲備；支座更換整個施工過程操作簡單便捷，對橋梁結構安全幾無影響；最大限度地簡化了單支座更換施工工藝并且節約了施工成本，具有極高的經濟效益。
【專利說明】一種自平衡反壓式橋梁單支座更換方法
【【技術領域】】
[0001]本發明屬于中小跨徑橋梁養護維修施工【技術領域】。更具體地，本發明涉及一種自平衡反壓式橋梁單支座更換方法。
【【背景技術】】
[0002]支座是橋梁上、下部結構的連接點，其作用是將橋梁上部結構荷載順適、安全地傳遞給橋梁墩臺，同時保證上部結構在荷載、溫度變化和混凝土收縮徐變等因素作用下的自由變形，并保護梁體、墩臺不受損傷。
[0003]在橋梁日常巡檢、定期檢查以及特殊檢查過程中發現，支座病害十分普遍。其中中小跨徑橋梁的板式橡膠支座病害顯得尤為突出，具體表現為支座脫空、局部承壓、剪切變形過大、支座老化、支座墊石和梁底楔形塊開裂、破損等。
[0004]隨著橋梁營運時間的推移，一旦支座出現上述病害，其傳遞上部結構荷載及順應梁體變形的功能將逐漸衰減甚至喪失，這將直接影響橋梁結構的受力安全。因此，應在不影響橋梁結構安全的情況下，采取合理有效措施對病害支座及時進行更換以恢復其原有功能，確保橋梁運營安全。由此橋梁頂升更換支座技術應運而生。
[0005]隨著我國公路建設的發展，橋梁頂升技術在新建橋梁施工和舊橋維修改造中已經開始普遍采用。橋梁頂升即是在橋梁需要頂升的部位設置千斤頂，利用千斤頂和同步頂升控制設備對橋梁結構進行抬高或降低的移位操作，頂升就位后安放臨時支撐且保證其穩定，然后對墩臺、支座或主梁進行改造施工，更換新支座，最后將梁體恢復至原有標高處。在通常情況下，橋梁頂升更換支座施工須按照下述步驟進行:
[0006](I)搭設橋梁頂升支撐平臺等施工準備；
[0007](2)安放千斤頂和臨時支撐件；
[0008](3)監測設備的安裝；
[0009](4)試頂升(問題反饋及處理)；
[0010](5)正式同步頂升；
[0011](6)多次、分級同步頂升至預定位置；
[0012](7)調整臨時支撐的高度使其與梁底密貼；
[0013](8)將梁體支撐于千斤頂和臨時支撐上；
[0014](9)改造墊石、楔形塊、更換支座；
[0015](10)再次頂升，取出臨時支撐，多次、分級同步落梁，將梁體恢復至原有標高；
[0016](11)清理現場,結束同步頂升更換支座施工。
[0017]由于橋梁結構形式多樣，支座更換的難易程度、施工方法也不盡相同，其頂升施工方法的選擇主要受制于梁底頂升區域施工操作空間的限制。根據梁底操作空間的實際狀況，可靈活選擇合適于該橋的頂升支撐平臺(即安置千斤頂和臨時支撐的平臺)。就目前而言，國內常用的橋梁支座更換支撐平臺包括直接頂升法、枕木滿布式支架法、鞍型支架法、鋼扁擔梁法、鋼抱箍法等。上述方法主要有如下所述特點:
[0018]1、直接頂升法:以橋梁墩臺頂部為頂升支承面，選配合適的千斤頂及臨時支撐直接實施梁體頂升和支座更換。這種方法適用于梁底須具備足夠的、可操作的頂升空間和平面位置，各類橋型均可采用。直接頂升法的優點是操作簡單、經濟實用；缺點是對頂升施工操作空間要求較高。
[0019]2、枕木滿布式支架法:這種方法的工作原理是對墩臺兩側地基進行處理，然后在其上搭設支架至橋梁頂升區域，最后在支架上安置千斤頂及臨時支撐等設備以頂升梁體。支架主要由排架、縱梁等部件組成，其縱梁為受壓構件。這種方法適用于橋下地基強度較高，經適當處理后即能承受橋梁上部結構荷載且變形較小；另外，特別適用于淺河枯水季，橋下凈空高度不大(3?4m)的橋梁。枕木滿布式支架法的優點是架設設備比較簡單，施工方法簡單、易操作；缺點是對支架地基強度要求較高，不允許出現較大的變形，不適宜橋墩過高的場合，為保證頂升過程的安全，支架的剛度、穩定性、承載力要求均較高，從成本控制角度而言不夠經濟。對孔跨下有深水，地基過于松軟的場合通常不能采用該方法。
[0020]3、鞍型支架法:該方法直接在蓋梁上搭設支架，即用蓋梁自身做支承設計鞍型支架，放置千斤頂頂升梁體。鞍型支架法的優點是施工方便，不受河床地質、橋下水深和橋梁高度的限制，同時施工現場集中，便于管理，縮短中斷交通時間，效益好；缺點是需對蓋梁進行偏心受壓、抗彎強度驗算；必須在墩臺上預埋可靠的錨固措施；主梁兩側的千斤頂定位精度高，一般需對稱布置且頂升過程中要嚴格控制主梁高程。
[0021]4、鋼扁擔梁法:鋼扁擔梁法的支撐位置在橋面上，支撐面為頂升梁相鄰跨的梁體。根據類似的杠杠原理，利用鋼梁和鋼帶在相鄰橋面的作用點，以鋼扁擔梁為脫離體，采用千斤頂頂升梁體。鋼扁擔梁法的優點是施工方便，無需大型設備，對橋下場所要求低，適用于多種橋梁類型，整個起梁過程都在橋上進行，不影響橋下通航、通車要求；無需支架，節約費用，工期短；缺點是設計復雜，需進行專門計算；要求用大噸位千斤頂，對橋面局部壓力較大的情況需要進行驗算；對橋面交通影響較大；橋墩受較大偏心荷載，需進行偏心驗算。
[0022]5、鋼抱箍法:在墩臺立柱側面設置鋼抱箍，鋼抱箍頂面與橋墩立柱頂面(扣除支座墊石區域)一起作為反力支撐平臺，在其頂面放置千斤頂和臨時支撐。鋼抱箍法的優點是僅對立柱頂部進行改造即可提供放置千斤頂及臨時支撐所需的區域；缺點是千斤頂頂升梁體產生的支反力通過鋼抱箍與立柱側面間的摩擦力來傳遞，支反力較大時，該方法安全風險較高。
[0023]綜上所述，上述各種方法的適用范圍迥異，技術要求不一，有著各自的優缺點，但原理上均屬于同步頂升的技術范疇。橋梁墩臺同步頂升更換支座是指在更換支座過程中，采用千斤頂橫橋向同步頂升橋梁墩臺上所有梁體，即同一墩臺上各支點頂升必須同步頂升，然后再進行支座更換等后續施工操作。該方法的關鍵點在于同一墩臺上各支點在頂升過程中的同步性。
[0024]針對現澆箱梁，或者多梁式橋(橫橋向有多片梁體)同一墩(臺)斷面有大批量支座需要進行更換時，同步頂升方法具有無可比擬的優勢，是相對成熟的技術。
[0025]然而，在橋梁日常養護中發現，多梁式橋(橫橋向有多片梁體)經常會出現同一墩(臺)斷面僅有少量支座存在嚴重病害且必須更換的情況。為了確保橋梁結構受力安全，目前慣用的思路是采用橫橋向同步頂升方法，即將出現支座病害的墩(臺)處所有梁體橫橋向同步頂起來，然后再更換支座。此種情況下，因同一墩(臺)上個別支座需要更換，需要將該墩(臺)上所有梁體同步頂起來，導致頂升工程量較大。此種更換支座的方法，雖然支座更換數量較少，但是因頂升工作量大，施工成本難以降低。因此，業主方往往陷入少量病害支座“換與不換”難以抉擇的兩難境地。究其原因，對于多梁式橋(同一墩臺橫橋向有多片梁體)，采用目前慣用的同步頂升技術更換少量支座的施工成本高、施工工期長、交通影響范圍廣，這些正是同步頂升無法規避的缺點。
[0026]因此，在確保橋梁結構受力安全且不影響交通正常運營的前提下，針對多梁式橋(同一墩臺橫橋向有多片梁體)出現同一墩(臺)斷面僅有少量支座必須更換的情況，提出一種安全、低成本的支座更換技術成為目前亟需解決的關鍵問題。
[0027]本發明人在總結現有梁體頂升支座更換技術的基礎上，通過大量試驗研究解決了這些技術缺陷，提出了一種自平衡反壓式橋梁單支座更換方法。
【
【發明內容】
】
[0028][要解決的技術問題]
[0029]本發明目的是提供一種自平衡反壓式橋梁單支座更換方法。
[0030][技術方案]
[0031]本發明是通過下述技術方案實現的。
[0032]本發明涉及一種自平衡反壓式橋梁單支座更換方法。
[0033]該更換方法的步驟如下:
[0034]A、調平處理
[0035]在現有橋梁支座完全脫空或缺失時，清理梁底至墩臺頂面之間的空間，用環氧結構膠材料對支點處梁底與墩臺頂面進行調平處理；在梁底調平塊對應位置設置十字中線；
[0036]B、安裝更新支座
[0037]在墩臺頂面擬更換支座位置處安裝一種頂升支撐裝置并進行調平，在所述頂升支撐裝置的頂面安裝擬更換新支座，并與預設的梁底調平楔形塊底面十字中線完全對中；
[0038]C、安裝監控設備
[0039]安裝位移監控設備，對支座更換過程中的梁底標高進行監控；
[0040]D、施加預壓力
[0041]對所述頂升支撐裝置施加<10kN的預壓力，觀察并確認所述擬更換新支座與梁底調平楔形塊底面緊密接觸，然后對頂升支撐裝置持續施力；根據頂升支撐裝置施加的反壓力、支座壓縮量與梁底標高指標控制擬更換新支座的反壓施工過程，以達到在平衡支點處梁體恒載的目的；
[0042]E、鎖定頂升支撐裝置
[0043]當頂升支撐裝置反壓力接近于在所述平衡支點處梁體恒載，并且更換支座壓縮量在允許范圍內時，將所述的頂升支撐裝置鎖定；
[0044]F、澆筑支座墊石
[0045]在頂升支撐裝置周邊設置環形鋼筋網，立模澆筑支座墊石澆筑材料，養護直至達到設計強度，然后拆模，完成單個支座更換。
[0046]根據本發明的一種優選實施方式，在步驟A中，在現有橋梁支座局部脫空或局部承壓或現有橋梁支座嚴重老化時，在主梁支點附近設置臨時支撐件，并施加一個預緊力；確認臨時支撐件安全穩定后，再采用人工或機械方式鑿除待更換支座的墊石，使所述的支座脫空；取出待更換支座，使主梁支點處反力全部轉移至所述的臨時支撐件上；清理梁底至墩臺頂面之間的空間，用環氧結構膠材料對支點處梁底與墩臺頂面進行調平處理；在梁底調平塊對應位置設置十字中線。
[0047]根據本發明的另一種優選實施方式，在原支座下方有支座墊石時，首先鑿除所述的支座墊石，然后采用環氧結構膠材料對支點處梁底與墩臺頂面進行調平處理。
[0048]根據本發明的另一種優選實施方式，所述的環氧結構膠材料是滿足國家規范和行業標準要求的環氧結構膠及自流平早強微膨水泥基灌漿料。
[0049]根據本發明的另一種優選實施方式，所述的頂升支撐裝置選自機械式、液壓式或組合式頂升支撐裝置。
[0050]根據本發明的另一種優選實施方式，所述的機械式頂升支撐裝置是三點式頂升支撐裝置或四點式頂升支撐裝置。
[0051]根據本發明的另一種優選實施方式，所述的三點式頂升支撐裝置結構如下:
[0052]頂升支撐裝置頂部是一塊有三個螺孔的厚I?2cm的矩形鋼板，鋼板下方對稱布置三根螺桿支撐，該三根螺桿支撐通過鋼板上的三個螺孔與鋼板鏈接，將待更換新支座放置鋼板頂面，通過調節螺桿支撐高度，使待更換支座達到預期的壓縮量(支點恒載反力對應的支座壓縮量)。
[0053]根據本發明的另一種優選實施方式，所述的四點式頂升支撐裝置結構如下:
[0054]頂升支撐裝置頂部是一塊有四個螺孔的厚I?2cm的矩形鋼板，鋼板下方對稱布置四根螺桿支撐，該四根螺桿支撐通過鋼板上的四個螺孔與鋼板鏈接，將待更換新支座放置鋼板頂面，通過調節螺桿支撐高度，使待更換支座達到預期的壓縮量(支點恒載反力對應的支座壓縮量)。
[0055]根據本發明的另一種優選實施方式，所述的液壓式頂升支撐裝置的結構如下:
[0056]選用液壓千斤頂作為頂升裝置，在其頂部設置一塊厚度I?2cm的鋼板，將待更換新支座放置鋼板頂面，通過調節液壓千斤頂高度，使待更換支座達到預期的壓縮量(支點恒載反力對應的支座壓縮量)。
[0057]根據本發明的另一種優選實施方式，所述的組合式頂升支撐裝置的結構如下:
[0058]在擬更換支座的中心位置安裝所述的四點式頂升支撐裝置，將具有油壓鎖定功能的液壓千斤頂放置在四點式頂升支撐裝置正下方；將待更換的新支座放置在四點式頂升支撐裝置頂部鋼板的上表面，通過液壓千斤頂的頂升，帶動四點式頂升支撐以及其頂部支座向上移動，使待更換支座與梁底緊密貼合；支座反壓至預定壓縮量后，將四點式頂升支撐裝置的四根螺桿擰緊并鎖死，使待更換支座與梁底緊密貼合；支座反壓至預定壓縮量后，將四點式頂升支撐裝置的四螺桿擰緊并鎖死，使待更換支座達到預期的壓縮量(支點恒載反力對應的支座壓縮量)；待四點式頂升裝置穩定，且支座壓縮量以及梁體位移無異常后，將液壓千斤頂卸油并拆除，從而完成反壓力由液壓千斤頂到四點式頂升支撐裝置轉移和托換。
[0059]下面將更詳細地描述本發明。
[0060]本發明涉及一種自平衡反壓式橋梁單支座更換方法。
[0061]本發明針對橋梁結構常見的板式橡膠支座病害情況，設計出兩類支座更換體系。
[0062]第一種是“主動脫空”體系:它適用于支座完全脫空或缺失的情況。該情況下，在拆除支座墊石后(如果有的話)，直接安裝頂升支撐裝置向上反壓擬更換的新支座，通過對反壓力、支座壓縮量及梁底標高等指標的精確控制，以期平衡該支點處梁體恒載，然后及時鎖定頂升裝置(必要時可采用支撐裝置對頂升裝置進行托換)，待其穩定后澆筑支座墊石作為永久性支撐，從而完成單個病害支座的更換。
[0063]第二種是“被動脫空”體系，它適用于支座局部脫空(或承壓)、老化嚴重的情況。該情況下支座尚處于部分持力狀態。因此，與“主動脫空”體系最大不同的是，為確保支座更換前后梁底標高不變，需在梁底支點附近預先設置臨時支撐，將梁體托住，然后拆除病害支座。支座更換的其余施工工序均與“主動脫空”體系相同。
[0064]由于僅對少量病害支座進行更換，為克服現有同步頂升更換支座方法高成本的缺點，本發明提出了自平衡反壓式橋梁單支座更換技術及其施工方法:它根據不同的支座更換體系，采用機械式或液壓式頂升支撐裝置，將固定于設計支點位置的擬更換新支座反向向上頂壓，通過對反壓力、支座壓縮量及梁底標高等指標的精確控制，以期平衡該支點處梁體恒載，及時鎖定頂升裝置(必要時可采用支撐裝置對頂升裝置進行托換)，待其穩定后澆筑支座墊石作為永久性支撐，從而完成單個病害支座的更換。
[0065]自平衡反壓式單支座更換的布置示意圖見附圖1。具體而言，在梁體I與橋梁墩臺7之間自上而下分別為梁底調平層2 (環氧結構膠)、擬更換新支座3、厚I?2cm鋼板4、支座墊石5(水泥基灌漿料)與頂升支撐裝置6。其中頂升支撐裝置6置于橋梁墩臺7之上，而鋼板4置于頂升支撐裝置6之上。
[0066]本發明所用的主要材料要求如下:
[0067]采用強度高、流動性強、微膨脹水泥基材料澆筑支座墊石，需要滿足《水泥基灌漿材料應用技術規范GB/T50448-2008》標準要求。
[0068]鋼板作為施工中傳遞反壓均布力的重要構件，其剛度、強度、穩定性將很大程度上影響整個施工效果。本發明使用鋼板型號是Q235或Q345鋼，并滿足國家標準《橋梁結構用鋼GB/T714-2000》、《碳素結構鋼GB/T700》的要求。鋼板厚I?2cm，在施工過程中，還需根據橋跨結構具體情況計算確定其厚度。
[0069]主梁墩臺及梁底楔形塊調平用環氧結構膠應滿足國家標準《混凝土結構加固設計規范GB50367-2006》及行業標準《公路橋梁加固設計規范JTG/T J22-2008))的要求。
[0070]對于第一種“主動脫空”體系單支座更換方法的主要施工步驟如下:
[0071]A、調平處理
[0072]在現有橋梁支座完全脫空或缺失時，清理梁底至墩臺頂面之間的空間，用環氧結構膠材料對支點處梁底與墩臺頂面進行調平處理；在梁底調平塊對應位置設置十字中線。
[0073]如果原支座下方存在支座墊石，應首先鑿除擬更換支座下方的支座墊石，然后采用環氧結構膠材料對支點處梁底與墩臺頂面進行調平處理。
[0074]如若梁底至墩臺頂面凈空不足，在一定條件下可鑿除墩臺頂面混凝土保護層以適當增加梁底凈空。
[0075]B、安裝更新支座
[0076]在墩臺頂面擬更換支座位置處安裝頂升支撐裝置并進行調平處理，在所述頂升支撐裝置的頂面安裝擬更換新支座，并與預設的梁底調平楔形塊底面十字中線完全對中。
[0077]本發明使用的頂升支撐裝置主要是機械式、液壓式及組合式頂升支撐裝置。
[0078]a、機械式頂升支撐裝置
[0079]機械式頂升支撐裝置包括三點式頂升支撐裝置與四點式頂升支撐裝置。
[0080]三點式頂升支撐裝置是在支座下方外邊緣一定范圍內布置三螺桿支撐裝置，頂部設有預留三處螺孔的厚I?2cm矩形鋼板，其構造見附圖2。在梁體I與橋梁墩臺6之間自上而下分別為梁底調平層2 (環氧結構膠)、擬更換新支座3、厚I?2cm的鋼板4與三點式頂升支撐裝置5，支撐裝置三螺桿之間夾角為120°，其中鋼板4置于三點式頂升支撐裝置5之上。
[0081]在安裝頂升支撐裝置時，首先確定擬更換支座的安裝位置，在梁底調平塊與墩臺頂面位置設置十字中線，確保鋼板、支座、頂升支撐裝置完全對中。
[0082]將擬更換新支座放置鋼板頂面，通過調節螺桿支撐高度，使支座與梁底密貼。在頂升施工時可通過循序漸進地有規律、分批次旋緊三個螺桿來傳遞均布反壓力。為提高反壓力控制精度，螺栓調節過程中應使用已標定的液壓、電動扭矩扳手。為方便頂升支撐裝置的調平，可在鋼板側面方便觀察的位置粘貼高精度水準泡。
[0083]四點式頂升支撐裝置與三點頂升支撐裝置相似，四點頂升支撐裝置是在支座下方外邊緣一定范圍內布置四螺桿支撐裝置，頂部設有預留四處螺孔厚l_2cm的矩形鋼板，其構造見附圖3。在梁體I與橋梁墩臺6之間自上而下分別為梁底調平層2 (結構膠)、擬更換新支座3、厚I?2cm的鋼板4與四點式頂升支撐裝置5，支撐裝置四螺桿之間夾角為90°，其中鋼板4置于四點式頂升支撐裝置5之上。它的安裝步驟與上述三點式頂升支撐裝置類似。
[0084]與三點式相比，四點式具有更好的穩定性能，且能夠承受的最大頂升力亦較大；但是三點式安裝調平操作比較簡單，施工過程較容易實現，在施工中，可根據橋梁病害支座的實際情況有針對性地選擇兩種頂升支撐裝置。
[0085]機械式頂升支撐裝置主要通過調節螺桿高度來實現支座的壓縮及平臺的支撐，構造簡單，人工操作簡單便捷，成本低廉。但在施工過程中，采用人工操作對反壓力和頂升行程控制難度較大，同時三點式或四點式頂升支撐裝置調平操作對施工人員技術素養有較高的要求。但對于跨徑較小的橋梁，機械式頂升支撐裝置仍具有一定的優勢。
[0086]b、液壓式頂升支撐裝置
[0087]選用合適規格的液壓千斤頂作為頂升裝置，在其頂部設置厚I?2cm的鋼板均勻傳遞反壓力。液壓千斤頂的噸位可根據對應支點恒載反力選定，原則上不少于恒載反力的2倍。同時，為提高液壓式支撐裝置的安全性和穩定性，液壓千斤頂需具有油壓鎖定功能。液壓式頂升支撐裝置構造如附圖4所示。在梁體I與橋梁墩臺6之間自上而下分別為梁底調平層2 (環氧結構膠)、擬更換新支座3、厚I?2cm的鋼板4與具有自鎖功能的液壓式千斤頂5，其中鋼板4置于液壓式千斤頂5之上。
[0088]安裝液壓千斤頂時，同樣需首先確定擬更換新支座的安裝位置，在梁底調平塊與墩臺頂面位置設置十字中線，確保鋼板、支座、液壓千斤頂完全對中。
[0089]通過對液壓千斤頂施力，使待更換支座的壓縮量滿足要求，同時液壓千斤頂反力與支點恒載相匹配，然后對液壓千斤頂進行鎖定。
[0090]采用液壓頂升可以精確控制施工過程中反壓力及頂升行程，其頂升噸位的選擇亦有較大的空間，適用于各種跨徑的橋梁。
[0091]特別地，采用具有自動調平功能的液壓千斤頂作為頂升裝置可以保證頂升過程中支座與梁底密貼，均勻受力，從而避免支座偏壓情況出現。
[0092]另一方面，在后續立模澆筑支座墊石的施工過程中，需要將頂升裝置(液壓千斤頂)埋入支座墊石之中，這將產生一定的成本，但是對于少量支座更換仍具有明顯的經濟性。
[0093]c、組合式頂升支撐裝置
[0094]組合式頂升支撐裝置是將機械式與液壓式進行組合，其構造如附圖5所示。在梁體I與橋梁墩臺7之間自上而下分別為梁底調平層2 (環氧結構膠)、擬更換新支座3、厚I?2cm的鋼板4、四點式頂升支撐裝置5與具有自鎖功能的液壓式千斤頂6，其中鋼板4置于四點式頂升支撐裝置5與液壓式千斤頂6之上，其安裝過程與前述機械式四點頂升支撐裝置類似。
[0095]待液壓式千斤頂將支座反壓至預定壓縮量后且液壓千斤頂反力與支點恒載相匹配時，采用液壓、電動扭矩扳手將機械式支撐裝置的四螺桿擰緊并鎖死，然后對液壓千斤頂進行卸油，待機械式頂升裝置穩定后，觀察支座壓縮量以及位移監控裝置數值變化(必要時重復上述操作直至支座壓縮量及主梁標高滿足要求)，確認滿足要求且無任何異常后，將液壓式千斤頂拆除。通過這一過程，完成反壓力由液壓式千斤頂到機械式支撐裝置的轉換和托換。
[0096]組合式頂升支撐裝置具有機械式和液壓式頂升支撐裝置的所有特點。同時，通過液壓式千斤頂到機械式支撐裝置的轉換和托換，液壓式千斤頂可重復使用，降低了單支座更換施工成本。
[0097]C、安裝監控設備
[0098]安裝位移監控設備，對支座更換過程中的梁底標高進行監控；
[0099]D、施加預壓力
[0100]通過對頂升支撐裝置施加<10kN的預壓力，觀察并確認所述擬更換新支座與梁底調平楔形塊底面緊密接觸，然后對頂升支撐裝置持續施力；根據頂升支撐裝置施加的反壓力、支座壓縮量與梁底標高指標控制擬更換新支座的反壓施工過程，以達到在平衡支點處梁體恒載的目的；
[0101]E、鎖定頂升支撐裝置
[0102]當頂升支撐裝置反壓力接近于在所述平衡支點處梁體恒載，并且更換支座壓縮量在允許范圍內時，將所述的頂升支撐裝置鎖定；
[0103]特別地，對于機械式頂升支撐裝置而言，可采用液壓、電動扭矩扳手將支撐裝置的螺桿擰緊并鎖死。
[0104]特別地，對于液壓式頂升支撐裝置而言，液壓千斤頂需具有油壓鎖定功能。
[0105]特別地，對于組合式頂升支撐裝置而言，采用液壓、電動扭矩扳手將支撐裝置的四螺桿擰緊并鎖死。待組合式頂升裝置穩定后，觀察支座壓縮量以及位移監控裝置數值變化，確認無任何異常后，將液壓式千斤頂卸油并拆除。通過這一過程，完成反壓力由頂升裝置到支撐裝置的轉換。
[0106]F、燒筑支座墊石
[0107]在頂升支撐裝置周邊設置環形鋼筋網，立模澆筑支座墊石，養護直至達到設計強度，然后拆模，完成單個支座更換。
[0108]根據本發明的另一種優選實施方式，上述步驟A按照下述方式實施:在現有橋梁支座局部脫空或局部承壓或現有橋梁支座嚴重老化時，在主梁支點附近設置臨時支撐件，并施加一個預緊力；確認臨時支撐件安全穩定后，再采用人工或機械方式鑿除待更換支座的墊石，使所述的支座脫空；取出待更換支座，使主梁支點處反力全部轉移至所述的臨時支撐件上；清理梁底至墩臺頂面之間的空間，用環氧結構膠材料對支點處梁底與墩臺頂面進行調平處理；在梁底調平塊對應位置設置十字中線。在步驟A后接著按照前面描述的步驟B至步驟F實施，于是完成橋梁單支座的更換。
[0109]自平衡反壓式橋梁單支座更換技術具有下述特點:該發明改變了常規支座更換施工中“從墊石到支座”的傳統理念(先做墊石，再更換支座)，立足于“從支座到墊石”的全新思路(先更換支座，再做墊石)，通過頂升裝置將擬更換的新支座反壓至梁底，通過控制調整支座壓縮量以自動平衡支點處梁體恒載，最終完成單支座更換施工。與目前常用的同步頂升施工技術相比，對多梁式橋(同一墩臺橫橋向有多片梁體)出現同一墩(臺)斷面僅有少量支座必須更換的情況，該技術具有極高的經濟效益和和極低的施工成本。
[0110][有益效果]
[0111]本發明提出的針對多梁式橋(同一墩臺橫橋向有多片梁體)出現同一墩(臺)斷面僅有少量支座更換的自平衡反壓式單支座更換技術，在確保橋梁結構受力安全的前提下，對單個病害支座進行更換維修。本發明的有益效果如下:
[0112]1、立足于從“支座到墊石”的逆向思維，通過調整支座壓縮量來平衡擬更換支座處支點梁體恒載，為橋梁支座病害的維修施工開辟了全新的思路；
[0113]2、本發明更換支座，通過反壓(此步驟是創新點和關鍵點)新支座，使更換后的新支座經受恒載預壓，后期不會脫空和變位，同時又保證該支座處的梁體不會出現強迫位移，從而避免出現橫橋向梁體間的附加內力；
[0114]3、支座更換施工結束后，新澆筑的墊石在恒載作用下處于無應力狀態，在后期運營過程中可有效地傳遞上部結構活載效應，并保有充足的安全儲備；
[0115]4、自平衡反壓式單支座更換技術僅對單個病害支座進行施工更換操作，同一墩臺上的其他正常支座不需要頂升施工，工程量遠小于常規的同步頂升支座更換技術，施工成本極大的下降。該技術基本規避了常規同步頂升支座更換所帶來的交通影響大、施工成本高、施工工期長以及影響橋梁結構受力安全等缺點，最大限度地簡化了單支座更換施工工藝并且節約了施工成本，同時能夠達到更好的支座更換效果，特別適用于對于國內占比重較大的、支點恒載反力較小的簡支空心板梁、T梁，先簡支后連續的組合式箱梁橋，具有極高的經濟效益。因此，本發明技術中的反壓思路、頂升施工的過程控制、低成本是本發明的關鍵點和創新點。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0116]圖1是自平衡反壓式單支座更換技術布置示意圖；
[0117]圖2-1是三點式(機械式)頂升裝置布置示意圖；
[0118]圖2-2是圖2-1的1-1方向視圖；
[0119]圖3-1是四點式(機械式)頂升裝置布置示意圖；
[0120]圖3-2是圖3-1的1-1方向視圖；
[0121]圖4是液壓式頂升裝置布置示意圖；
[0122]圖5-1是組合式頂升裝置布置示意圖；
[0123]圖5-2是圖5-1的1-1方向視圖。
【【具體實施方式】】
[0124]通過下述實施例將能夠更好地理解本發明。
[0125]實施例1:自平衡反壓式單支座更換——組合式
[0126]該實施例的實施步驟如下:
[0127]A、調平處理
[0128]針對該橋支座病害展開檢查和調研，包括病害支座調研，確定病害類型、支座墊石平面幾何尺寸、梁體平整度等，確定支座病害嚴重程度；
[0129]清理梁端垃圾，釋放梁端多余約束，取出完全脫空的板式橡膠支座；
[0130]采用人工方式或小功率機械對脫空支座的墊石進行鑿除，鑿除過程中應盡量避免主梁及臺帽造成損傷；
[0131]B、安裝更新支座
[0132]采用結構膠對支座位置上方梁底進行調平處理。梁底調平楔形塊平面尺寸為30 X 30cm,最小厚度不得小于5mm。為方便施工且提高調平精度,可采用厚2mm不銹鋼板作為調平底模；
[0133]梁底調平結構膠養生至設計強度后拆除不銹鋼板，在梁底調平層設置十字線以方便新支座安裝就位；對支座墊石鑿除位置進行清理，采用結構膠進行調平；
[0134]安裝組合式頂升支撐裝置(包括液壓千斤頂頂升裝置和機械式支撐裝置)，見附圖5-1和圖5-2。其中，鋼板幾何尺寸為20X20Xlcm ；
[0135]將擬更換新支座(型號:GYZdl50X42)放置于組合式頂升支撐裝置頂面，調整支座及支撐裝置的相對位置，確保支座、頂升支撐裝置、梁底調平楔形塊嚴格對中；
[0136]C、安裝監控設備
[0137]在頂升支點附近安裝位移監控設備并進行調試，對支座更換施工過程梁底標高進行監控；
[0138]D、施加預壓力
[0139]通過對千斤頂施力從而實現對擬更換新支座的預壓，預壓力不超過10kN，預壓過程中應時刻觀察支座與梁底密貼情況；
[0140]確認支座與梁底調平塊底面完全密貼后，千斤頂持續施力對擬更換新支座進行壓縮。施工過程中，需對千斤頂反壓力進行控制，原則上不超過恒載1.2倍，即54.lkN*l.2 =64.9kN ；
[0141]通過液壓千斤頂的反壓力、支座壓縮量(由廠家提供支座壓縮曲線確定)以及梁底標高等指標控制并校核新支座的反壓過程，最終平衡或趨于平衡支點處梁體恒載；
[0142]E、鎖定頂升支撐裝置
[0143]當液壓千斤頂反壓力接近該支點處梁體恒載且支座壓縮量在允許范圍內時，采取措施鎖定液壓千斤頂；
[0144]待頂升裝置——液壓千斤頂穩定10分鐘后，擰緊機械式支撐裝置四個螺栓，千斤頂卸油，將液壓千斤頂反壓力轉換至機械式支撐裝置；
[0145]千斤頂卸油后，持續觀測支座壓縮量，確保其基本達到穩定狀態。該過程需比對位移監測設備的標高數據，直至變化量在允許范圍內時(必要時重復上述操作直至支座壓縮量及主梁標高滿足要求)，方可拆除液壓千斤頂和位移監控設備；
[0146]F、燒筑支座墊石并養生
[0147]根據支座墊石平面幾何尺寸，在支撐裝置周邊設置環形鋼筋網并與支撐螺桿搭接，采用水泥基灌漿料立模澆筑支座墊石；
[0148]養生支座墊石至設計強度，拆除支座墊石模板，完成單個支座更換施工。
[0149]本實施例的實施效果如下:
[0150]選取施工過程中的典型監控數據，整理成表格如表I所示。監控數據表明，在頂升反力達到該支點恒載反力時，支座壓縮量為0.336mm,梁底標高變化不明顯；將反壓力轉換至螺桿支撐上后，支座壓縮量為0.335mm，梁底標高變化0.049mm。理論計算的支座壓縮量約為0.319_，這表明梁體支反力與支座壓縮量均達到預期的水平，支座更換的施工效果明顯。
[0151]表1:監控數據表格
[0152]
頂升支反力(kN) 壓縮量(mm) 梁底百分表(mm) 鋼板某測點距固定點位移(mm)
OO — 6.28550.000
10" 0.066 — 6.27349.806
200.135 — 6.25749.604—
30" 0.202 — 6.24249.395
40— 0.265 — 6.23549.206
54一 0.336 — 6.22249.001
體系轉換后0.325 — 6.23649.501—
[0153]實施例2:自平衡反壓式單支座更換一三點式(機械式)
[0154]該實施例的實施步驟如下:
[0155]按照與實施例1相同的實施方式進行，只是使用如本申請說明書附圖2-1和圖2-2所示的三點式(機械式)頂升支撐裝置，所述的三點式頂升支撐裝置結構如下:
[0156]在待更換支座下方外邊緣布置三螺桿支撐裝置，在其頂部設置一塊有三個螺孔的厚度I?2cm的矩形鋼板，將待更換新支座放置鋼板頂面，通過調節螺桿支撐高度，使待更換支座與梁底緊密貼合。
[0157]實施例1的中A?C同樣適用于本工藝，待監控設備安裝完成后，使用已經標定的扭矩扳手擰緊三個螺母，并給予30N*m的扭矩(換算后的預緊力約為10KN);觀察支座與梁底密貼后,繼續有規律地給三個螺桿施加分級扭矩,每級約30N*m。持續觀測支座壓縮量，確保其基本達到預期的穩定狀態。該過程需比對位移監測設備的標高數據，直至變化量在允許范圍內時(必要時重復上述操作直至支座壓縮量及主梁標高滿足要求)，方可進行支座墊石的燒筑和養生。支座墊石的燒筑養生工藝與實施例1中F的內容一致。
[0158]該實施例的實施效果如下:
[0159]選取施工過程中的典型監控數據，整理成表格如表2所示。監控數據表明，當預加扭矩達到52X3 = 156N*m時，支座壓縮量為0.348mm,梁底標高變化約0.06mm。理論計算的支座壓縮量約為0.319mm，這表明梁體支反力與支座壓縮量均達到預期的水平，支座更換的施工效果明顯。
[0160]特別注意的是，這里的預加扭矩可根據螺桿直徑、強度等參數換算得到相應的預緊力，進而得出預加扭矩與預緊力的線性關系。但對于不同類型的裝置或設備，該預計扭矩不宜作為參考標準，實際頂升過程中以支座壓縮量、梁底標高等作為控制指標。
[0161]表2:監控數據表格
[0162]
預加扭姐(N*m) 壓縮量(mm) 梁底百分表(mm) 鋼板某測點距固定點位移(mm)
_O__0.000__3.433__70.000_
_H)__0.070__3.415__69.7%_
_20__0.135__3.398__69.600_
_30__0.202__3.394__69.393_
_40__0.266__3.390__69.203_
_52__0.348__3.374__68.961_
[0163]實施例3:自平衡反壓式單支座更換一四點式(機械式)
[0164]該實施例的實施步驟如下:
[0165]按照與實施例1相同的實施方式進行，只是使用如本說明書附圖3-1和圖3-2所示的四點式(機械式)頂升支撐裝置，所述的四點式頂升支撐裝置結構如下:
[0166]在待更換支座下方外邊緣布置四螺桿支撐裝置，在其頂部設置一塊有四個螺孔的厚度I?2cm的矩形鋼板，將待更換新支座放置鋼板頂面，通過調節螺桿支撐高度，使待更換支座與梁底緊密貼合。
[0167]實施例3與實施例2操作方式基本相同，但是與3不同的是，擰緊螺母的順序不同，該方法是先擰緊對角方向的螺母，再擰緊另外兩個螺母。
[0168]該實施例的實施效果如下:
[0169]選取施工過程中的典型監控數據，整理成表格如表2所示。監控數據表明，當預加扭矩達到38*4 = 152N*m時，支座壓縮量為0.336mm,梁底標高變化約0.05mm。理論計算的支座壓縮量約為0.319mm，這表明梁體支反力與支座壓縮量均達到預期的水平，支座更換的施工效果明顯。
[0170]特別注意的是，這里的預加扭矩可根據螺桿直徑、強度等參數換算得到相應的預緊力，進而得出預加扭矩與預緊力的線性關系。但對于不同類型的裝置或設備，該預計扭矩不宜作為參考標準，實際頂升過程中以支座壓縮量、梁底標高等作為控制指標。
[0171]表3:監控數據表格
[0172] 預加扭矩(N*m) 壓縮量(mm)梁底百分表(mm) 鋼板某測點距固定點位移(mm)
O0.000 —.3.433—70.000
100.093 —3.429—69.723
200.180 ~3.419—69.466
300.268 —3.403—69.197
38— 0.336 —3.38668.996—
[0173]實施例4:自平衡反壓式單支座更換——液壓式
[0174]該實施例的實施步驟如下:
[0175]按照與實施例1相同的實施方式進行，只是在現有橋梁支座局部脫空或局部承壓或現有橋梁支座嚴重老化時，在主梁支點附近設置臨時支撐件，并施加一個預緊力；確認臨時支撐件安全穩定后，再采用人工或機械方式鑿除待更換支座的墊石，使所述的支座脫空；取出待更換支座，使主梁支點處反力全部轉移至所述的臨時支撐件上；接著調平處理及其后續處理。
[0176]所不同的是，實施例4的千斤頂最終不降取出，而是作為支座墊石的一部分共同參與受力；待支座壓縮量及主梁標高滿足要求時，直接澆筑支座墊石。
[0177]該實施例的實施效果如下:
[0178]選取施工過程中的典型監控數據，整理成表格如表I所示。監控數據表明，在頂升反力達到該支點恒載反力時，支座壓縮量為0.332mm,梁底標高變化0.07mm。而理論計算的支座壓縮量約為0.319mm，這表明梁體支反力與支座壓縮量均達到預期的水平，支座更換的施工效果明顯。
[0179]表4:監控數據表格
[0180]
頂升支反力(kN) 壓縮量(mm) 梁底百分表(mm) 鋼板某測點距.固定點位移(mm)
OO — 6.28560.000
100.067 — 6.26559.799—
20" 0.132 — 6.25459.607
30" 0.202 — 6.24659.397
40" 0.267 — 6.23059.200
54" 0.332 — 6.21859.014
【權利要求】
1.一種自平衡反壓式更換橋梁單支座的方法，其特征在于該更換方法的步驟如下: A、調平處理 在現有橋梁支座完全脫空或缺失時，清理梁底至墩臺頂面之間的空間，用環氧結構膠材料對支點處梁底與墩臺頂面進行調平處理；在梁底調平楔形塊對應位置設置十字中線； B、安裝更新支座 在墩臺頂面擬更換支座位置處安裝一種頂升支撐裝置并進行調平，在所述頂升支撐裝置的頂面安裝擬更換新支座，并將支座中心與預設在梁底調平楔形塊底面十字中線完全對中； C、安裝監控設備 安裝位移監控設備，對支座更換過程中的梁底標高進行監控； D、施加預壓力 讓所述的頂升支撐裝置施加<10kN的預壓力，觀察并確認所述擬更換新支座與梁底調平楔形塊底面緊密接觸，然后對頂升支撐裝置持續施力；根據頂升支撐裝置施加的反壓力、支座壓縮量與梁底標高指標控制擬更換新支座的反壓施工過程，以達到平衡支點處梁體恒載的目的； E、鎖定頂升支撐裝置 當頂升支撐裝置反壓力接近于支點處梁體恒載，并且更換的新支座壓縮量在允許范圍內時，將所述的頂升支撐裝置鎖定； F、澆筑支座墊石 在頂升支撐裝置四周設置環形鋼筋網，采用水泥基灌漿料立模澆筑支座墊石，養護直至達到設計強度后拆模，完成單個支座更換。
2.根據權利要求1所述的更換橋梁單支座的方法，其特征在于在步驟A中，在現有橋梁支座局部脫空或局部承壓或現有橋梁支座嚴重老化時，在主梁支點附近設置臨時支撐件，并施加一個預緊力；確認臨時支撐件安全穩定后，再采用人工或機械方式鑿除待更換支座的墊石，使所述的支座脫空；取出待更換支座，使主梁支點處反力全部轉移至所述的臨時支撐件上；清理梁底至墩臺頂面之間的空間，用環氧結構膠材料對支點處梁底與墩臺頂面進行調平處理；在梁底調平塊對應位置設置十字中線。
3.根據權利要求1所述的更換橋梁單支座的方法，其特征在于在原支座下方有支座墊石時，首先鑿除所述的支座墊石，然后采用環氧結構膠材料對支點處梁底與墩臺頂面進行調平處理。
4.根據權利要求1所述的更換橋梁單支座的方法，其特征在于所述的維修材料是滿足國家規范和行業標準要求的環氧結構膠及自流平早強微膨水泥基灌漿料。
5.根據權利要求1所述的更換橋梁單支座的方法，其特征在于所述的頂升支撐裝置選自機械式、液壓式或組合式頂升支撐裝置。
6.根據權利要求5所述的更換橋梁單支座的方法，其特征在于所述的機械式頂升支撐裝置是三點式頂升支撐裝置或四點式頂升支撐裝置。
7.根據權利要求6所述的更換橋梁單支座的方法，其特征在于所述的三點式頂升支撐裝置結構如下: 頂升支撐裝置頂部是一塊有三個螺孔的厚I?2cm的矩形鋼板，鋼板下方對稱布置三根螺桿支撐，該三根螺桿支撐通過鋼板上的三個螺孔與鋼板鏈接，將待更換的新支座放置鋼板頂面，通過調節螺桿支撐高度，使待更換支座與梁底緊密貼合。
8.根據權利要求6所述的更換橋梁單支座的方法，其特征在于所述的四點式頂升支撐裝置結構如下: 頂升支撐裝置頂部是一塊有四個螺孔的厚I?2cm的矩形鋼板，鋼板下方對稱布置四根螺桿支撐，該四根螺桿支撐通過鋼板上的四個螺孔與鋼板鏈接，將待更換的新支座放置鋼板頂面，通過調節螺桿支撐高度，使待更換支座與梁底緊密貼合。
9.根據權利要求5所述的橋梁單支座，其特征在于所述的液壓式頂升支撐裝置的結構如下: 選用液壓千斤頂作為頂升裝置，在其頂部設置一塊厚度I?2cm的鋼板，將待更換新支座放置鋼板頂面，通過調節液壓千斤頂高度，使待更換支座與梁底緊密貼合。
10.根據權利要求5所述的橋梁單支座，其特征在于所述的組合式頂升支撐裝置的結構如下: 在擬更換支座的中心位置安裝所述的四點式頂升支撐裝置，將具有油壓鎖定功能的液壓千斤頂放置在四點式頂升支撐裝置正下方；將待更換的新支座放置在四點式頂升支撐裝置頂部鋼板的上表面，通過液壓千斤頂的頂升，帶動四點式頂升支撐以及其頂部支座向上移動，使待更換支座與梁底緊密貼合；支座反壓至預定壓縮量后，將四點式頂升支撐裝置的四根螺桿擰緊并鎖死，使待更換支座與梁底緊密貼合；待四點式頂升裝置穩定，且支座壓縮量以及梁體位移無異常后，將液壓千斤頂卸油并拆除，從而完成反壓力由液壓千斤頂到四點式頂升支撐裝置轉移和托換。
【文檔編號】E01D22/00GK104153303SQ201410431651
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月28日 優先權日:2014年8月28日
【發明者】劉其偉, 羅文林, 王成明, 楊鵬, 肖鵬 申請人:劉其偉