一种自平衡反压式桥梁单支座更换方法
【专利摘要】本发明涉及一种自平衡反压式桥梁单支座更换方法，该方法主要包括调平处理、安装更新支座、安装监控设备、施加预压力、锁定顶升支撑装置与浇筑支座垫石等施工步骤。本发明使更换新支座在经受恒载预压后，在后期活载作用下不会脱空和变位，同时又保证该支座处的梁体不会出现强迫位移，从而避免出现横桥向梁体间的附加内力，保有充足的安全储备；支座更换整个施工过程操作简单便捷，对桥梁结构安全几无影响；最大限度地简化了单支座更换施工工艺并且节约了施工成本，具有极高的经济效益。
【专利说明】一种自平衡反压式桥梁单支座更换方法
【【技术领域】】
[0001]本发明属于中小跨径桥梁养护维修施工【技术领域】。更具体地，本发明涉及一种自平衡反压式桥梁单支座更换方法。
【【背景技术】】
[0002]支座是桥梁上、下部结构的连接点，其作用是将桥梁上部结构荷载顺适、安全地传递给桥梁墩台，同时保证上部结构在荷载、温度变化和混凝土收缩徐变等因素作用下的自由变形，并保护梁体、墩台不受损伤。
[0003]在桥梁日常巡检、定期检查以及特殊检查过程中发现，支座病害十分普遍。其中中小跨径桥梁的板式橡胶支座病害显得尤为突出，具体表现为支座脱空、局部承压、剪切变形过大、支座老化、支座垫石和梁底楔形块开裂、破损等。
[0004]随着桥梁营运时间的推移，一旦支座出现上述病害，其传递上部结构荷载及顺应梁体变形的功能将逐渐衰减甚至丧失，这将直接影响桥梁结构的受力安全。因此，应在不影响桥梁结构安全的情况下，采取合理有效措施对病害支座及时进行更换以恢复其原有功能，确保桥梁运营安全。由此桥梁顶升更换支座技术应运而生。
[0005]随着我国公路建设的发展，桥梁顶升技术在新建桥梁施工和旧桥维修改造中已经开始普遍采用。桥梁顶升即是在桥梁需要顶升的部位设置千斤顶，利用千斤顶和同步顶升控制设备对桥梁结构进行抬高或降低的移位操作，顶升就位后安放临时支撑且保证其稳定，然后对墩台、支座或主梁进行改造施工，更换新支座，最后将梁体恢复至原有标高处。在通常情况下，桥梁顶升更换支座施工须按照下述步骤进行:
[0006](I)搭设桥梁顶升支撑平台等施工准备；
[0007](2)安放千斤顶和临时支撑件；
[0008](3)监测设备的安装；
[0009](4)试顶升(问题反馈及处理)；
[0010](5)正式同步顶升；
[0011](6)多次、分级同步顶升至预定位置；
[0012](7)调整临时支撑的高度使其与梁底密贴；
[0013](8)将梁体支撑于千斤顶和临时支撑上；
[0014](9)改造垫石、楔形块、更换支座；
[0015](10)再次顶升，取出临时支撑，多次、分级同步落梁，将梁体恢复至原有标高；
[0016](11)清理现场,结束同步顶升更换支座施工。
[0017]由于桥梁结构形式多样，支座更换的难易程度、施工方法也不尽相同，其顶升施工方法的选择主要受制于梁底顶升区域施工操作空间的限制。根据梁底操作空间的实际状况，可灵活选择合适于该桥的顶升支撑平台(即安置千斤顶和临时支撑的平台)。就目前而言，国内常用的桥梁支座更换支撑平台包括直接顶升法、枕木满布式支架法、鞍型支架法、钢扁担梁法、钢抱箍法等。上述方法主要有如下所述特点:
[0018]1、直接顶升法:以桥梁墩台顶部为顶升支承面，选配合适的千斤顶及临时支撑直接实施梁体顶升和支座更换。这种方法适用于梁底须具备足够的、可操作的顶升空间和平面位置，各类桥型均可采用。直接顶升法的优点是操作简单、经济实用；缺点是对顶升施工操作空间要求较高。
[0019]2、枕木满布式支架法:这种方法的工作原理是对墩台两侧地基进行处理，然后在其上搭设支架至桥梁顶升区域，最后在支架上安置千斤顶及临时支撑等设备以顶升梁体。支架主要由排架、纵梁等部件组成，其纵梁为受压构件。这种方法适用于桥下地基强度较高，经适当处理后即能承受桥梁上部结构荷载且变形较小；另外，特别适用于浅河枯水季，桥下净空高度不大(3?4m)的桥梁。枕木满布式支架法的优点是架设设备比较简单，施工方法简单、易操作；缺点是对支架地基强度要求较高，不允许出现较大的变形，不适宜桥墩过高的场合，为保证顶升过程的安全，支架的刚度、稳定性、承载力要求均较高，从成本控制角度而言不够经济。对孔跨下有深水，地基过于松软的场合通常不能采用该方法。
[0020]3、鞍型支架法:该方法直接在盖梁上搭设支架，即用盖梁自身做支承设计鞍型支架，放置千斤顶顶升梁体。鞍型支架法的优点是施工方便，不受河床地质、桥下水深和桥梁高度的限制，同时施工现场集中，便于管理，缩短中断交通时间，效益好；缺点是需对盖梁进行偏心受压、抗弯强度验算；必须在墩台上预埋可靠的锚固措施；主梁两侧的千斤顶定位精度高，一般需对称布置且顶升过程中要严格控制主梁高程。
[0021]4、钢扁担梁法:钢扁担梁法的支撑位置在桥面上，支撑面为顶升梁相邻跨的梁体。根据类似的杠杠原理，利用钢梁和钢带在相邻桥面的作用点，以钢扁担梁为脱离体，采用千斤顶顶升梁体。钢扁担梁法的优点是施工方便，无需大型设备，对桥下场所要求低，适用于多种桥梁类型，整个起梁过程都在桥上进行，不影响桥下通航、通车要求；无需支架，节约费用，工期短；缺点是设计复杂，需进行专门计算；要求用大吨位千斤顶，对桥面局部压力较大的情况需要进行验算；对桥面交通影响较大；桥墩受较大偏心荷载，需进行偏心验算。
[0022]5、钢抱箍法:在墩台立柱侧面设置钢抱箍，钢抱箍顶面与桥墩立柱顶面(扣除支座垫石区域)一起作为反力支撑平台，在其顶面放置千斤顶和临时支撑。钢抱箍法的优点是仅对立柱顶部进行改造即可提供放置千斤顶及临时支撑所需的区域；缺点是千斤顶顶升梁体产生的支反力通过钢抱箍与立柱侧面间的摩擦力来传递，支反力较大时，该方法安全风险较高。
[0023]综上所述，上述各种方法的适用范围迥异，技术要求不一，有着各自的优缺点，但原理上均属于同步顶升的技术范畴。桥梁墩台同步顶升更换支座是指在更换支座过程中，采用千斤顶横桥向同步顶升桥梁墩台上所有梁体，即同一墩台上各支点顶升必须同步顶升，然后再进行支座更换等后续施工操作。该方法的关键点在于同一墩台上各支点在顶升过程中的同步性。
[0024]针对现浇箱梁，或者多梁式桥(横桥向有多片梁体)同一墩(台)断面有大批量支座需要进行更换时，同步顶升方法具有无可比拟的优势，是相对成熟的技术。
[0025]然而，在桥梁日常养护中发现，多梁式桥(横桥向有多片梁体)经常会出现同一墩(台)断面仅有少量支座存在严重病害且必须更换的情况。为了确保桥梁结构受力安全，目前惯用的思路是采用横桥向同步顶升方法，即将出现支座病害的墩(台)处所有梁体横桥向同步顶起来，然后再更换支座。此种情况下，因同一墩(台)上个别支座需要更换，需要将该墩(台)上所有梁体同步顶起来，导致顶升工程量较大。此种更换支座的方法，虽然支座更换数量较少，但是因顶升工作量大，施工成本难以降低。因此，业主方往往陷入少量病害支座“换与不换”难以抉择的两难境地。究其原因，对于多梁式桥(同一墩台横桥向有多片梁体)，采用目前惯用的同步顶升技术更换少量支座的施工成本高、施工工期长、交通影响范围广，这些正是同步顶升无法规避的缺点。
[0026]因此，在确保桥梁结构受力安全且不影响交通正常运营的前提下，针对多梁式桥(同一墩台横桥向有多片梁体)出现同一墩(台)断面仅有少量支座必须更换的情况，提出一种安全、低成本的支座更换技术成为目前亟需解决的关键问题。
[0027]本发明人在总结现有梁体顶升支座更换技术的基础上，通过大量试验研究解决了这些技术缺陷，提出了一种自平衡反压式桥梁单支座更换方法。
【
【发明内容】
】
[0028][要解决的技术问题]
[0029]本发明目的是提供一种自平衡反压式桥梁单支座更换方法。
[0030][技术方案]
[0031]本发明是通过下述技术方案实现的。
[0032]本发明涉及一种自平衡反压式桥梁单支座更换方法。
[0033]该更换方法的步骤如下:
[0034]A、调平处理
[0035]在现有桥梁支座完全脱空或缺失时，清理梁底至墩台顶面之间的空间，用环氧结构胶材料对支点处梁底与墩台顶面进行调平处理；在梁底调平块对应位置设置十字中线；
[0036]B、安装更新支座
[0037]在墩台顶面拟更换支座位置处安装一种顶升支撑装置并进行调平，在所述顶升支撑装置的顶面安装拟更换新支座，并与预设的梁底调平楔形块底面十字中线完全对中；
[0038]C、安装监控设备
[0039]安装位移监控设备，对支座更换过程中的梁底标高进行监控；
[0040]D、施加预压力
[0041]对所述顶升支撑装置施加<10kN的预压力，观察并确认所述拟更换新支座与梁底调平楔形块底面紧密接触，然后对顶升支撑装置持续施力；根据顶升支撑装置施加的反压力、支座压缩量与梁底标高指标控制拟更换新支座的反压施工过程，以达到在平衡支点处梁体恒载的目的；
[0042]E、锁定顶升支撑装置
[0043]当顶升支撑装置反压力接近于在所述平衡支点处梁体恒载，并且更换支座压缩量在允许范围内时，将所述的顶升支撑装置锁定；
[0044]F、浇筑支座垫石
[0045]在顶升支撑装置周边设置环形钢筋网，立模浇筑支座垫石浇筑材料，养护直至达到设计强度，然后拆模，完成单个支座更换。
[0046]根据本发明的一种优选实施方式，在步骤A中，在现有桥梁支座局部脱空或局部承压或现有桥梁支座严重老化时，在主梁支点附近设置临时支撑件，并施加一个预紧力；确认临时支撑件安全稳定后，再采用人工或机械方式凿除待更换支座的垫石，使所述的支座脱空；取出待更换支座，使主梁支点处反力全部转移至所述的临时支撑件上；清理梁底至墩台顶面之间的空间，用环氧结构胶材料对支点处梁底与墩台顶面进行调平处理；在梁底调平块对应位置设置十字中线。
[0047]根据本发明的另一种优选实施方式，在原支座下方有支座垫石时，首先凿除所述的支座垫石，然后采用环氧结构胶材料对支点处梁底与墩台顶面进行调平处理。
[0048]根据本发明的另一种优选实施方式，所述的环氧结构胶材料是满足国家规范和行业标准要求的环氧结构胶及自流平早强微膨水泥基灌浆料。
[0049]根据本发明的另一种优选实施方式，所述的顶升支撑装置选自机械式、液压式或组合式顶升支撑装置。
[0050]根据本发明的另一种优选实施方式，所述的机械式顶升支撑装置是三点式顶升支撑装置或四点式顶升支撑装置。
[0051]根据本发明的另一种优选实施方式，所述的三点式顶升支撑装置结构如下:
[0052]顶升支撑装置顶部是一块有三个螺孔的厚I?2cm的矩形钢板，钢板下方对称布置三根螺杆支撑，该三根螺杆支撑通过钢板上的三个螺孔与钢板链接，将待更换新支座放置钢板顶面，通过调节螺杆支撑高度，使待更换支座达到预期的压缩量(支点恒载反力对应的支座压缩量)。
[0053]根据本发明的另一种优选实施方式，所述的四点式顶升支撑装置结构如下:
[0054]顶升支撑装置顶部是一块有四个螺孔的厚I?2cm的矩形钢板，钢板下方对称布置四根螺杆支撑，该四根螺杆支撑通过钢板上的四个螺孔与钢板链接，将待更换新支座放置钢板顶面，通过调节螺杆支撑高度，使待更换支座达到预期的压缩量(支点恒载反力对应的支座压缩量)。
[0055]根据本发明的另一种优选实施方式，所述的液压式顶升支撑装置的结构如下:
[0056]选用液压千斤顶作为顶升装置，在其顶部设置一块厚度I?2cm的钢板，将待更换新支座放置钢板顶面，通过调节液压千斤顶高度，使待更换支座达到预期的压缩量(支点恒载反力对应的支座压缩量)。
[0057]根据本发明的另一种优选实施方式，所述的组合式顶升支撑装置的结构如下:
[0058]在拟更换支座的中心位置安装所述的四点式顶升支撑装置，将具有油压锁定功能的液压千斤顶放置在四点式顶升支撑装置正下方；将待更换的新支座放置在四点式顶升支撑装置顶部钢板的上表面，通过液压千斤顶的顶升，带动四点式顶升支撑以及其顶部支座向上移动，使待更换支座与梁底紧密贴合；支座反压至预定压缩量后，将四点式顶升支撑装置的四根螺杆拧紧并锁死，使待更换支座与梁底紧密贴合；支座反压至预定压缩量后，将四点式顶升支撑装置的四螺杆拧紧并锁死，使待更换支座达到预期的压缩量(支点恒载反力对应的支座压缩量)；待四点式顶升装置稳定，且支座压缩量以及梁体位移无异常后，将液压千斤顶卸油并拆除，从而完成反压力由液压千斤顶到四点式顶升支撑装置转移和托换。
[0059]下面将更详细地描述本发明。
[0060]本发明涉及一种自平衡反压式桥梁单支座更换方法。
[0061]本发明针对桥梁结构常见的板式橡胶支座病害情况，设计出两类支座更换体系。
[0062]第一种是“主动脱空”体系:它适用于支座完全脱空或缺失的情况。该情况下，在拆除支座垫石后(如果有的话)，直接安装顶升支撑装置向上反压拟更换的新支座，通过对反压力、支座压缩量及梁底标高等指标的精确控制，以期平衡该支点处梁体恒载，然后及时锁定顶升装置(必要时可采用支撑装置对顶升装置进行托换)，待其稳定后浇筑支座垫石作为永久性支撑，从而完成单个病害支座的更换。
[0063]第二种是“被动脱空”体系，它适用于支座局部脱空(或承压)、老化严重的情况。该情况下支座尚处于部分持力状态。因此，与“主动脱空”体系最大不同的是，为确保支座更换前后梁底标高不变，需在梁底支点附近预先设置临时支撑，将梁体托住，然后拆除病害支座。支座更换的其余施工工序均与“主动脱空”体系相同。
[0064]由于仅对少量病害支座进行更换，为克服现有同步顶升更换支座方法高成本的缺点，本发明提出了自平衡反压式桥梁单支座更换技术及其施工方法:它根据不同的支座更换体系，采用机械式或液压式顶升支撑装置，将固定于设计支点位置的拟更换新支座反向向上顶压，通过对反压力、支座压缩量及梁底标高等指标的精确控制，以期平衡该支点处梁体恒载，及时锁定顶升装置(必要时可采用支撑装置对顶升装置进行托换)，待其稳定后浇筑支座垫石作为永久性支撑，从而完成单个病害支座的更换。
[0065]自平衡反压式单支座更换的布置示意图见附图1。具体而言，在梁体I与桥梁墩台7之间自上而下分别为梁底调平层2 (环氧结构胶)、拟更换新支座3、厚I?2cm钢板4、支座垫石5(水泥基灌浆料)与顶升支撑装置6。其中顶升支撑装置6置于桥梁墩台7之上，而钢板4置于顶升支撑装置6之上。
[0066]本发明所用的主要材料要求如下:
[0067]采用强度高、流动性强、微膨胀水泥基材料浇筑支座垫石，需要满足《水泥基灌浆材料应用技术规范GB/T50448-2008》标准要求。
[0068]钢板作为施工中传递反压均布力的重要构件，其刚度、强度、稳定性将很大程度上影响整个施工效果。本发明使用钢板型号是Q235或Q345钢，并满足国家标准《桥梁结构用钢GB/T714-2000》、《碳素结构钢GB/T700》的要求。钢板厚I?2cm，在施工过程中，还需根据桥跨结构具体情况计算确定其厚度。
[0069]主梁墩台及梁底楔形块调平用环氧结构胶应满足国家标准《混凝土结构加固设计规范GB50367-2006》及行业标准《公路桥梁加固设计规范JTG/T J22-2008))的要求。
[0070]对于第一种“主动脱空”体系单支座更换方法的主要施工步骤如下:
[0071]A、调平处理
[0072]在现有桥梁支座完全脱空或缺失时，清理梁底至墩台顶面之间的空间，用环氧结构胶材料对支点处梁底与墩台顶面进行调平处理；在梁底调平块对应位置设置十字中线。
[0073]如果原支座下方存在支座垫石，应首先凿除拟更换支座下方的支座垫石，然后采用环氧结构胶材料对支点处梁底与墩台顶面进行调平处理。
[0074]如若梁底至墩台顶面净空不足，在一定条件下可凿除墩台顶面混凝土保护层以适当增加梁底净空。
[0075]B、安装更新支座
[0076]在墩台顶面拟更换支座位置处安装顶升支撑装置并进行调平处理，在所述顶升支撑装置的顶面安装拟更换新支座，并与预设的梁底调平楔形块底面十字中线完全对中。
[0077]本发明使用的顶升支撑装置主要是机械式、液压式及组合式顶升支撑装置。
[0078]a、机械式顶升支撑装置
[0079]机械式顶升支撑装置包括三点式顶升支撑装置与四点式顶升支撑装置。
[0080]三点式顶升支撑装置是在支座下方外边缘一定范围内布置三螺杆支撑装置，顶部设有预留三处螺孔的厚I?2cm矩形钢板，其构造见附图2。在梁体I与桥梁墩台6之间自上而下分别为梁底调平层2 (环氧结构胶)、拟更换新支座3、厚I?2cm的钢板4与三点式顶升支撑装置5，支撑装置三螺杆之间夹角为120°，其中钢板4置于三点式顶升支撑装置5之上。
[0081]在安装顶升支撑装置时，首先确定拟更换支座的安装位置，在梁底调平块与墩台顶面位置设置十字中线，确保钢板、支座、顶升支撑装置完全对中。
[0082]将拟更换新支座放置钢板顶面，通过调节螺杆支撑高度，使支座与梁底密贴。在顶升施工时可通过循序渐进地有规律、分批次旋紧三个螺杆来传递均布反压力。为提高反压力控制精度，螺栓调节过程中应使用已标定的液压、电动扭矩扳手。为方便顶升支撑装置的调平，可在钢板侧面方便观察的位置粘贴高精度水准泡。
[0083]四点式顶升支撑装置与三点顶升支撑装置相似，四点顶升支撑装置是在支座下方外边缘一定范围内布置四螺杆支撑装置，顶部设有预留四处螺孔厚l_2cm的矩形钢板，其构造见附图3。在梁体I与桥梁墩台6之间自上而下分别为梁底调平层2 (结构胶)、拟更换新支座3、厚I?2cm的钢板4与四点式顶升支撑装置5，支撑装置四螺杆之间夹角为90°，其中钢板4置于四点式顶升支撑装置5之上。它的安装步骤与上述三点式顶升支撑装置类似。
[0084]与三点式相比，四点式具有更好的稳定性能，且能够承受的最大顶升力亦较大；但是三点式安装调平操作比较简单，施工过程较容易实现，在施工中，可根据桥梁病害支座的实际情况有针对性地选择两种顶升支撑装置。
[0085]机械式顶升支撑装置主要通过调节螺杆高度来实现支座的压缩及平台的支撑，构造简单，人工操作简单便捷，成本低廉。但在施工过程中，采用人工操作对反压力和顶升行程控制难度较大，同时三点式或四点式顶升支撑装置调平操作对施工人员技术素养有较高的要求。但对于跨径较小的桥梁，机械式顶升支撑装置仍具有一定的优势。
[0086]b、液压式顶升支撑装置
[0087]选用合适规格的液压千斤顶作为顶升装置，在其顶部设置厚I?2cm的钢板均匀传递反压力。液压千斤顶的吨位可根据对应支点恒载反力选定，原则上不少于恒载反力的2倍。同时，为提高液压式支撑装置的安全性和稳定性，液压千斤顶需具有油压锁定功能。液压式顶升支撑装置构造如附图4所示。在梁体I与桥梁墩台6之间自上而下分别为梁底调平层2 (环氧结构胶)、拟更换新支座3、厚I?2cm的钢板4与具有自锁功能的液压式千斤顶5，其中钢板4置于液压式千斤顶5之上。
[0088]安装液压千斤顶时，同样需首先确定拟更换新支座的安装位置，在梁底调平块与墩台顶面位置设置十字中线，确保钢板、支座、液压千斤顶完全对中。
[0089]通过对液压千斤顶施力，使待更换支座的压缩量满足要求，同时液压千斤顶反力与支点恒载相匹配，然后对液压千斤顶进行锁定。
[0090]采用液压顶升可以精确控制施工过程中反压力及顶升行程，其顶升吨位的选择亦有较大的空间，适用于各种跨径的桥梁。
[0091]特别地，采用具有自动调平功能的液压千斤顶作为顶升装置可以保证顶升过程中支座与梁底密贴，均匀受力，从而避免支座偏压情况出现。
[0092]另一方面，在后续立模浇筑支座垫石的施工过程中，需要将顶升装置(液压千斤顶)埋入支座垫石之中，这将产生一定的成本，但是对于少量支座更换仍具有明显的经济性。
[0093]c、组合式顶升支撑装置
[0094]组合式顶升支撑装置是将机械式与液压式进行组合，其构造如附图5所示。在梁体I与桥梁墩台7之间自上而下分别为梁底调平层2 (环氧结构胶)、拟更换新支座3、厚I?2cm的钢板4、四点式顶升支撑装置5与具有自锁功能的液压式千斤顶6，其中钢板4置于四点式顶升支撑装置5与液压式千斤顶6之上，其安装过程与前述机械式四点顶升支撑装置类似。
[0095]待液压式千斤顶将支座反压至预定压缩量后且液压千斤顶反力与支点恒载相匹配时，采用液压、电动扭矩扳手将机械式支撑装置的四螺杆拧紧并锁死，然后对液压千斤顶进行卸油，待机械式顶升装置稳定后，观察支座压缩量以及位移监控装置数值变化(必要时重复上述操作直至支座压缩量及主梁标高满足要求)，确认满足要求且无任何异常后，将液压式千斤顶拆除。通过这一过程，完成反压力由液压式千斤顶到机械式支撑装置的转换和托换。
[0096]组合式顶升支撑装置具有机械式和液压式顶升支撑装置的所有特点。同时，通过液压式千斤顶到机械式支撑装置的转换和托换，液压式千斤顶可重复使用，降低了单支座更换施工成本。
[0097]C、安装监控设备
[0098]安装位移监控设备，对支座更换过程中的梁底标高进行监控；
[0099]D、施加预压力
[0100]通过对顶升支撑装置施加<10kN的预压力，观察并确认所述拟更换新支座与梁底调平楔形块底面紧密接触，然后对顶升支撑装置持续施力；根据顶升支撑装置施加的反压力、支座压缩量与梁底标高指标控制拟更换新支座的反压施工过程，以达到在平衡支点处梁体恒载的目的；
[0101]E、锁定顶升支撑装置
[0102]当顶升支撑装置反压力接近于在所述平衡支点处梁体恒载，并且更换支座压缩量在允许范围内时，将所述的顶升支撑装置锁定；
[0103]特别地，对于机械式顶升支撑装置而言，可采用液压、电动扭矩扳手将支撑装置的螺杆拧紧并锁死。
[0104]特别地，对于液压式顶升支撑装置而言，液压千斤顶需具有油压锁定功能。
[0105]特别地，对于组合式顶升支撑装置而言，采用液压、电动扭矩扳手将支撑装置的四螺杆拧紧并锁死。待组合式顶升装置稳定后，观察支座压缩量以及位移监控装置数值变化，确认无任何异常后，将液压式千斤顶卸油并拆除。通过这一过程，完成反压力由顶升装置到支撑装置的转换。
[0106]F、烧筑支座垫石
[0107]在顶升支撑装置周边设置环形钢筋网，立模浇筑支座垫石，养护直至达到设计强度，然后拆模，完成单个支座更换。
[0108]根据本发明的另一种优选实施方式，上述步骤A按照下述方式实施:在现有桥梁支座局部脱空或局部承压或现有桥梁支座严重老化时，在主梁支点附近设置临时支撑件，并施加一个预紧力；确认临时支撑件安全稳定后，再采用人工或机械方式凿除待更换支座的垫石，使所述的支座脱空；取出待更换支座，使主梁支点处反力全部转移至所述的临时支撑件上；清理梁底至墩台顶面之间的空间，用环氧结构胶材料对支点处梁底与墩台顶面进行调平处理；在梁底调平块对应位置设置十字中线。在步骤A后接着按照前面描述的步骤B至步骤F实施，于是完成桥梁单支座的更换。
[0109]自平衡反压式桥梁单支座更换技术具有下述特点:该发明改变了常规支座更换施工中“从垫石到支座”的传统理念(先做垫石，再更换支座)，立足于“从支座到垫石”的全新思路(先更换支座，再做垫石)，通过顶升装置将拟更换的新支座反压至梁底，通过控制调整支座压缩量以自动平衡支点处梁体恒载，最终完成单支座更换施工。与目前常用的同步顶升施工技术相比，对多梁式桥(同一墩台横桥向有多片梁体)出现同一墩(台)断面仅有少量支座必须更换的情况，该技术具有极高的经济效益和和极低的施工成本。
[0110][有益效果]
[0111]本发明提出的针对多梁式桥(同一墩台横桥向有多片梁体)出现同一墩(台)断面仅有少量支座更换的自平衡反压式单支座更换技术，在确保桥梁结构受力安全的前提下，对单个病害支座进行更换维修。本发明的有益效果如下:
[0112]1、立足于从“支座到垫石”的逆向思维，通过调整支座压缩量来平衡拟更换支座处支点梁体恒载，为桥梁支座病害的维修施工开辟了全新的思路；
[0113]2、本发明更换支座，通过反压(此步骤是创新点和关键点)新支座，使更换后的新支座经受恒载预压，后期不会脱空和变位，同时又保证该支座处的梁体不会出现强迫位移，从而避免出现横桥向梁体间的附加内力；
[0114]3、支座更换施工结束后，新浇筑的垫石在恒载作用下处于无应力状态，在后期运营过程中可有效地传递上部结构活载效应，并保有充足的安全储备；
[0115]4、自平衡反压式单支座更换技术仅对单个病害支座进行施工更换操作，同一墩台上的其他正常支座不需要顶升施工，工程量远小于常规的同步顶升支座更换技术，施工成本极大的下降。该技术基本规避了常规同步顶升支座更换所带来的交通影响大、施工成本高、施工工期长以及影响桥梁结构受力安全等缺点，最大限度地简化了单支座更换施工工艺并且节约了施工成本，同时能够达到更好的支座更换效果，特别适用于对于国内占比重较大的、支点恒载反力较小的简支空心板梁、T梁，先简支后连续的组合式箱梁桥，具有极高的经济效益。因此，本发明技术中的反压思路、顶升施工的过程控制、低成本是本发明的关键点和创新点。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0116]图1是自平衡反压式单支座更换技术布置示意图；
[0117]图2-1是三点式(机械式)顶升装置布置示意图；
[0118]图2-2是图2-1的1-1方向视图；
[0119]图3-1是四点式(机械式)顶升装置布置示意图；
[0120]图3-2是图3-1的1-1方向视图；
[0121]图4是液压式顶升装置布置示意图；
[0122]图5-1是组合式顶升装置布置示意图；
[0123]图5-2是图5-1的1-1方向视图。
【【具体实施方式】】
[0124]通过下述实施例将能够更好地理解本发明。
[0125]实施例1:自平衡反压式单支座更换——组合式
[0126]该实施例的实施步骤如下:
[0127]A、调平处理
[0128]针对该桥支座病害展开检查和调研，包括病害支座调研，确定病害类型、支座垫石平面几何尺寸、梁体平整度等，确定支座病害严重程度；
[0129]清理梁端垃圾，释放梁端多余约束，取出完全脱空的板式橡胶支座；
[0130]采用人工方式或小功率机械对脱空支座的垫石进行凿除，凿除过程中应尽量避免主梁及台帽造成损伤；
[0131]B、安装更新支座
[0132]采用结构胶对支座位置上方梁底进行调平处理。梁底调平楔形块平面尺寸为30 X 30cm,最小厚度不得小于5mm。为方便施工且提高调平精度,可采用厚2mm不锈钢板作为调平底模；
[0133]梁底调平结构胶养生至设计强度后拆除不锈钢板，在梁底调平层设置十字线以方便新支座安装就位；对支座垫石凿除位置进行清理，采用结构胶进行调平；
[0134]安装组合式顶升支撑装置(包括液压千斤顶顶升装置和机械式支撑装置)，见附图5-1和图5-2。其中，钢板几何尺寸为20X20Xlcm ；
[0135]将拟更换新支座(型号:GYZdl50X42)放置于组合式顶升支撑装置顶面，调整支座及支撑装置的相对位置，确保支座、顶升支撑装置、梁底调平楔形块严格对中；
[0136]C、安装监控设备
[0137]在顶升支点附近安装位移监控设备并进行调试，对支座更换施工过程梁底标高进行监控；
[0138]D、施加预压力
[0139]通过对千斤顶施力从而实现对拟更换新支座的预压，预压力不超过10kN，预压过程中应时刻观察支座与梁底密贴情况；
[0140]确认支座与梁底调平块底面完全密贴后，千斤顶持续施力对拟更换新支座进行压缩。施工过程中，需对千斤顶反压力进行控制，原则上不超过恒载1.2倍，即54.lkN*l.2 =64.9kN ；
[0141]通过液压千斤顶的反压力、支座压缩量(由厂家提供支座压缩曲线确定)以及梁底标高等指标控制并校核新支座的反压过程，最终平衡或趋于平衡支点处梁体恒载；
[0142]E、锁定顶升支撑装置
[0143]当液压千斤顶反压力接近该支点处梁体恒载且支座压缩量在允许范围内时，采取措施锁定液压千斤顶；
[0144]待顶升装置——液压千斤顶稳定10分钟后，拧紧机械式支撑装置四个螺栓，千斤顶卸油，将液压千斤顶反压力转换至机械式支撑装置；
[0145]千斤顶卸油后，持续观测支座压缩量，确保其基本达到稳定状态。该过程需比对位移监测设备的标高数据，直至变化量在允许范围内时(必要时重复上述操作直至支座压缩量及主梁标高满足要求)，方可拆除液压千斤顶和位移监控设备；
[0146]F、烧筑支座垫石并养生
[0147]根据支座垫石平面几何尺寸，在支撑装置周边设置环形钢筋网并与支撑螺杆搭接，采用水泥基灌浆料立模浇筑支座垫石；
[0148]养生支座垫石至设计强度，拆除支座垫石模板，完成单个支座更换施工。
[0149]本实施例的实施效果如下:
[0150]选取施工过程中的典型监控数据，整理成表格如表I所示。监控数据表明，在顶升反力达到该支点恒载反力时，支座压缩量为0.336mm,梁底标高变化不明显；将反压力转换至螺杆支撑上后，支座压缩量为0.335mm，梁底标高变化0.049mm。理论计算的支座压缩量约为0.319_，这表明梁体支反力与支座压缩量均达到预期的水平，支座更换的施工效果明显。
[0151]表1:监控数据表格
[0152]
顶升支反力(kN) 压缩量(mm) 梁底百分表(mm) 钢板某测点距固定点位移(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
体系转换后0.325 — 6.23649.501—
[0153]实施例2:自平衡反压式单支座更换一三点式(机械式)
[0154]该实施例的实施步骤如下:
[0155]按照与实施例1相同的实施方式进行，只是使用如本申请说明书附图2-1和图2-2所示的三点式(机械式)顶升支撑装置，所述的三点式顶升支撑装置结构如下:
[0156]在待更换支座下方外边缘布置三螺杆支撑装置，在其顶部设置一块有三个螺孔的厚度I?2cm的矩形钢板，将待更换新支座放置钢板顶面，通过调节螺杆支撑高度，使待更换支座与梁底紧密贴合。
[0157]实施例1的中A?C同样适用于本工艺，待监控设备安装完成后，使用已经标定的扭矩扳手拧紧三个螺母，并给予30N*m的扭矩(换算后的预紧力约为10KN);观察支座与梁底密贴后,继续有规律地给三个螺杆施加分级扭矩,每级约30N*m。持续观测支座压缩量，确保其基本达到预期的稳定状态。该过程需比对位移监测设备的标高数据，直至变化量在允许范围内时(必要时重复上述操作直至支座压缩量及主梁标高满足要求)，方可进行支座垫石的烧筑和养生。支座垫石的烧筑养生工艺与实施例1中F的内容一致。
[0158]该实施例的实施效果如下:
[0159]选取施工过程中的典型监控数据，整理成表格如表2所示。监控数据表明，当预加扭矩达到52X3 = 156N*m时，支座压缩量为0.348mm,梁底标高变化约0.06mm。理论计算的支座压缩量约为0.319mm，这表明梁体支反力与支座压缩量均达到预期的水平，支座更换的施工效果明显。
[0160]特别注意的是，这里的预加扭矩可根据螺杆直径、强度等参数换算得到相应的预紧力，进而得出预加扭矩与预紧力的线性关系。但对于不同类型的装置或设备，该预计扭矩不宜作为参考标准，实际顶升过程中以支座压缩量、梁底标高等作为控制指标。
[0161]表2:监控数据表格
[0162]
预加扭姐(N*m) 压缩量(mm) 梁底百分表(mm) 钢板某测点距固定点位移(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]实施例3:自平衡反压式单支座更换一四点式(机械式)
[0164]该实施例的实施步骤如下:
[0165]按照与实施例1相同的实施方式进行，只是使用如本说明书附图3-1和图3-2所示的四点式(机械式)顶升支撑装置，所述的四点式顶升支撑装置结构如下:
[0166]在待更换支座下方外边缘布置四螺杆支撑装置，在其顶部设置一块有四个螺孔的厚度I?2cm的矩形钢板，将待更换新支座放置钢板顶面，通过调节螺杆支撑高度，使待更换支座与梁底紧密贴合。
[0167]实施例3与实施例2操作方式基本相同，但是与3不同的是，拧紧螺母的顺序不同，该方法是先拧紧对角方向的螺母，再拧紧另外两个螺母。
[0168]该实施例的实施效果如下:
[0169]选取施工过程中的典型监控数据，整理成表格如表2所示。监控数据表明，当预加扭矩达到38*4 = 152N*m时，支座压缩量为0.336mm,梁底标高变化约0.05mm。理论计算的支座压缩量约为0.319mm，这表明梁体支反力与支座压缩量均达到预期的水平，支座更换的施工效果明显。
[0170]特别注意的是，这里的预加扭矩可根据螺杆直径、强度等参数换算得到相应的预紧力，进而得出预加扭矩与预紧力的线性关系。但对于不同类型的装置或设备，该预计扭矩不宜作为参考标准，实际顶升过程中以支座压缩量、梁底标高等作为控制指标。
[0171]表3:监控数据表格
[0172] 预加扭矩(N*m) 压缩量(mm)梁底百分表(mm) 钢板某测点距固定点位移(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]实施例4:自平衡反压式单支座更换——液压式
[0174]该实施例的实施步骤如下:
[0175]按照与实施例1相同的实施方式进行，只是在现有桥梁支座局部脱空或局部承压或现有桥梁支座严重老化时，在主梁支点附近设置临时支撑件，并施加一个预紧力；确认临时支撑件安全稳定后，再采用人工或机械方式凿除待更换支座的垫石，使所述的支座脱空；取出待更换支座，使主梁支点处反力全部转移至所述的临时支撑件上；接着调平处理及其后续处理。
[0176]所不同的是，实施例4的千斤顶最终不降取出，而是作为支座垫石的一部分共同参与受力；待支座压缩量及主梁标高满足要求时，直接浇筑支座垫石。
[0177]该实施例的实施效果如下:
[0178]选取施工过程中的典型监控数据，整理成表格如表I所示。监控数据表明，在顶升反力达到该支点恒载反力时，支座压缩量为0.332mm,梁底标高变化0.07mm。而理论计算的支座压缩量约为0.319mm，这表明梁体支反力与支座压缩量均达到预期的水平，支座更换的施工效果明显。
[0179]表4:监控数据表格
[0180]
顶升支反力(kN) 压缩量(mm) 梁底百分表(mm) 钢板某测点距.固定点位移(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
【权利要求】
1.一种自平衡反压式更换桥梁单支座的方法，其特征在于该更换方法的步骤如下: A、调平处理 在现有桥梁支座完全脱空或缺失时，清理梁底至墩台顶面之间的空间，用环氧结构胶材料对支点处梁底与墩台顶面进行调平处理；在梁底调平楔形块对应位置设置十字中线； B、安装更新支座 在墩台顶面拟更换支座位置处安装一种顶升支撑装置并进行调平，在所述顶升支撑装置的顶面安装拟更换新支座，并将支座中心与预设在梁底调平楔形块底面十字中线完全对中； C、安装监控设备 安装位移监控设备，对支座更换过程中的梁底标高进行监控； D、施加预压力 让所述的顶升支撑装置施加<10kN的预压力，观察并确认所述拟更换新支座与梁底调平楔形块底面紧密接触，然后对顶升支撑装置持续施力；根据顶升支撑装置施加的反压力、支座压缩量与梁底标高指标控制拟更换新支座的反压施工过程，以达到平衡支点处梁体恒载的目的； E、锁定顶升支撑装置 当顶升支撑装置反压力接近于支点处梁体恒载，并且更换的新支座压缩量在允许范围内时，将所述的顶升支撑装置锁定； F、浇筑支座垫石 在顶升支撑装置四周设置环形钢筋网，采用水泥基灌浆料立模浇筑支座垫石，养护直至达到设计强度后拆模，完成单个支座更换。
2.根据权利要求1所述的更换桥梁单支座的方法，其特征在于在步骤A中，在现有桥梁支座局部脱空或局部承压或现有桥梁支座严重老化时，在主梁支点附近设置临时支撑件，并施加一个预紧力；确认临时支撑件安全稳定后，再采用人工或机械方式凿除待更换支座的垫石，使所述的支座脱空；取出待更换支座，使主梁支点处反力全部转移至所述的临时支撑件上；清理梁底至墩台顶面之间的空间，用环氧结构胶材料对支点处梁底与墩台顶面进行调平处理；在梁底调平块对应位置设置十字中线。
3.根据权利要求1所述的更换桥梁单支座的方法，其特征在于在原支座下方有支座垫石时，首先凿除所述的支座垫石，然后采用环氧结构胶材料对支点处梁底与墩台顶面进行调平处理。
4.根据权利要求1所述的更换桥梁单支座的方法，其特征在于所述的维修材料是满足国家规范和行业标准要求的环氧结构胶及自流平早强微膨水泥基灌浆料。
5.根据权利要求1所述的更换桥梁单支座的方法，其特征在于所述的顶升支撑装置选自机械式、液压式或组合式顶升支撑装置。
6.根据权利要求5所述的更换桥梁单支座的方法，其特征在于所述的机械式顶升支撑装置是三点式顶升支撑装置或四点式顶升支撑装置。
7.根据权利要求6所述的更换桥梁单支座的方法，其特征在于所述的三点式顶升支撑装置结构如下: 顶升支撑装置顶部是一块有三个螺孔的厚I?2cm的矩形钢板，钢板下方对称布置三根螺杆支撑，该三根螺杆支撑通过钢板上的三个螺孔与钢板链接，将待更换的新支座放置钢板顶面，通过调节螺杆支撑高度，使待更换支座与梁底紧密贴合。
8.根据权利要求6所述的更换桥梁单支座的方法，其特征在于所述的四点式顶升支撑装置结构如下: 顶升支撑装置顶部是一块有四个螺孔的厚I?2cm的矩形钢板，钢板下方对称布置四根螺杆支撑，该四根螺杆支撑通过钢板上的四个螺孔与钢板链接，将待更换的新支座放置钢板顶面，通过调节螺杆支撑高度，使待更换支座与梁底紧密贴合。
9.根据权利要求5所述的桥梁单支座，其特征在于所述的液压式顶升支撑装置的结构如下: 选用液压千斤顶作为顶升装置，在其顶部设置一块厚度I?2cm的钢板，将待更换新支座放置钢板顶面，通过调节液压千斤顶高度，使待更换支座与梁底紧密贴合。
10.根据权利要求5所述的桥梁单支座，其特征在于所述的组合式顶升支撑装置的结构如下: 在拟更换支座的中心位置安装所述的四点式顶升支撑装置，将具有油压锁定功能的液压千斤顶放置在四点式顶升支撑装置正下方；将待更换的新支座放置在四点式顶升支撑装置顶部钢板的上表面，通过液压千斤顶的顶升，带动四点式顶升支撑以及其顶部支座向上移动，使待更换支座与梁底紧密贴合；支座反压至预定压缩量后，将四点式顶升支撑装置的四根螺杆拧紧并锁死，使待更换支座与梁底紧密贴合；待四点式顶升装置稳定，且支座压缩量以及梁体位移无异常后，将液压千斤顶卸油并拆除，从而完成反压力由液压千斤顶到四点式顶升支撑装置转移和托换。
【文档编号】E01D22/00GK104153303SQ201410431651
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】刘其伟, 罗文林, 王成明, 杨鹏, 肖鹏 申请人:刘其伟