大跨径斜拉桥同步顶升及支座维修整治方案

目前，国内已有很多大跨径斜拉桥使用年限超过十年，其采用的支座都面临病害整治的问题。以往这种大型特制支座在不顶升上部结构的情况下，只能进行外观整治养护作业，如采用顶升后再整治方式，往往存在一些安全隐患。本文以苏通大桥主桥辅助墩支座整治工程实际应用为例，阐述了大跨径钢箱梁斜拉桥同步顶升及支座维修整治等关键技术要点，并介绍了实施过程中的施工组织安排。该项目一方面解决了顶升后可整体拆除旧支座，进行彻底维修的问题；另一方面又解决了上部结构顶升过程中的安全隐患问题。

支座病害整治方案

苏通大桥位于江苏省东部的南通市和苏州常熟市之间，是国家高速公路沈阳至海口通道和江苏省公路主骨架的重要组成部分，于2008年5月底建成通车。大桥主桥为主跨1088m的双塔双索面斜拉桥，南北边跨均设置3个桥墩，跨径布置为100+100+300+1088+300+100+100=2088m，主梁为扁平流线型封闭钢箱梁（见图1）。

图1 苏通大桥主桥横断面布置图

图2 球形钢支座图

图3 苏通大桥主桥支座维养总体布置图

主桥主1#墩、8#墩（过渡段伸缩缝）处竖向支座为QZ6500ZX 单向滑动的球形拉压钢支座；主2#墩、7#墩（远塔侧辅助墩）处竖向支座为QZ11500ZX 单向滑动的球形拉压钢支座；主3#墩、6#墩（近塔侧辅助墩）处竖向支座为QZ17000ZX 单向滑动的球形拉压钢支座。

支座专项检查结论有聚四氟乙烯板普遍存在磨损严重、剩余磨耗空间小的现象，部分支座已经出现了钢对钢摩擦的现象；不锈钢板滑动面脏污严重，影响支座正常工作；支座防尘罩破损；部分支座钢构件、连接锚栓锈蚀。

本次施工主要工作内容包括：对边跨逐墩进行横向同步顶升，逐一将旧支座取下后，对12个旧支座的36个摩擦副进行更换；对拆下的12个旧支座进行维修保养，包括钢结构除锈防腐，然后将保养后的支座安装至原处；全过程施工监控。

项目关键施工技术

顶升总体方案

本工程的目的是将主桥旧支座取出进行整治维修，所以需将钢箱梁整体顶升，便于取出旧支座。经设计单位验算复核，可采取单次单墩左右两侧同步顶升的方式，顶升高度不超过20mm。针对过渡墩位置，为避免主、引桥之间的伸缩缝发生错位破坏，需将该桥墩上的主、引桥上部结构同步进行顶升。此外，由于是在桥面通行的情况下实施顶升及支座维修，所以在支座维修期间，需在原支座位置安装通用支座作为临时支撑结构，确保桥梁结构体系运行的安全性。具体施工总体工序如图4。

图4 施工总体工序流程图

顶升装置布设

顶升装置指顶升相关的构件及设备等。本工程顶升装置包括顶升钢结构纵梁、顶升千斤顶和其他辅助设施。

顶升钢结构纵梁分布在主桥钢箱梁支座的横桥向两侧，其作用是增大顶升点面积，分散顶升力，提高顶升部位的刚度，避免钢箱梁局部受力不满足结构承载力的要求。钢梁采用钢板焊接拼装而成，经复核验算，钢梁及上部钢箱梁的应力大小均满足设计要求。

顶升千斤顶选用200t千斤顶，千斤顶直径为300mm，高度为400mm，最大行程为140mm。千斤顶均配有液压锁，可防止任何形式的系统及管路失压问题；同时还配有机械螺旋锁，从而保证顶升后的有效机械支撑。

每个主桥辅助墩支座处布设42台200t千斤顶，每个过渡墩主桥侧支座处布设42台千斤顶，引桥侧单个支座处布设6台200t千斤顶，千斤顶使用效率见表1。千斤顶安装时保证千斤顶的轴线垂直，以免因千斤顶安装倾斜在顶升过程中产生水平分力。

辅助装置包括钢梁抗倾覆水平钢板和滑动四氟乙烯板。为将支座单侧的顶升纵梁连接成整体，防止钢梁顶升时倾覆，在钢梁下表面千斤顶位置通长布置抗倾覆钢板；为适应在顶升后桥梁上部结构顺桥向伸长缩短的变化，在每根顶升纵梁与上部钢箱梁之间满铺双层4mm厚四氟乙烯板。

顶升控制系统

工程采用国内最为先进的PLC液压同步顶升控制系统。在采用传统的顶升工艺时，往往由于荷载的差异和设备的局限，无法根本消除油缸不同步对顶升构件造成的附加应力，从而引起构件失效，具有极大的安全隐患。本工程所采用的PLC液压同步顶升技术，从根本上解决了这一长期困扰移位工程界的技术难题，填补了我国在该领域的一项空白，达到国际先进水平。PLC控制液压同步顶升是一种力和位移综合控制的顶升方法，这种力和位移综合控制方法，建立在力和位移双闭环的控制基础上。由液压千斤顶，精确地按照桥梁的实际荷重，平稳地顶举桥梁，使顶升过程中桥梁受到的附加应力下降至最低。同时液压千斤顶根据分布位置分组，与相应的位移传感器组成位置闭环，以便控制桥梁顶升的位移，同步精度为±1.0mm，这样就可以很好地保证顶升过程的同步性，确保顶升时板梁结构安全。

本工程顶升按桥墩为单位，同一个墩顶左右两侧同步顶升。压力传感器安装在每个千斤顶上，通过传输线传至PLC系统内实时显示。辅助墩的横桥向两侧设置两个位移监控点，有伸缩缝的过渡墩处，伸缩缝顺桥向两侧各设置两个位移监测点。位移监控点采用精度为0.01mm的拉线式位移传感器，位移数据实时传输至PLC控制系统中。顶升总流程图见图5。

图5 顶升总流程图

支座维修整治

本工程支座维修整治的主要内容有：通用支座加工、滑板更换、除锈及涂装和支座防尘。

1.通用支座加工。通用支座加工所用原材料的物理机械性能满足GB/T17955-2009标准和设计图纸的相关规定，且达到原永久支座的技术性能要求；通用支座橡胶体制造满足JT/T391-2019标准规定的材料和硫化工艺要求；通用支座各通用件和专用件在工厂内试装，以保证现场快速拼装和拆卸的施工要求，试装后支座总高度偏差值为±2mm；通用支座组装后进行成品竖向承载力试验，在设计竖向荷载作用下，钢板无肉眼可见变形，卸载后支座复位高度值满足设计要求。

2.滑板更换。滑板更换前先剥离旧滑板，并用角磨机、锉刀、铲刀等工具清理旧滑板凹坑内的胶粘结剂残留物或其他脏污物；用清洁剂或化学溶剂进行清洁处理，并用高压空气清理后，保持晾干状态；装配新滑板，检查装配间隙和磨耗高度，磨耗高度控制值为4-4.5mm；用浸渍酒精或丙酮的洁净棉纱擦净滑板滑动面，并均匀、饱满涂抹硅脂（零部件全部维修工作完成后，组装前）；用浸渍酒精或丙酮的洁净棉纱擦净上座板不锈钢板滑动面，支座落梁后再检查一次，无任何脏污现象。

3.除锈及涂装。采用手工除锈方式，达到ST2.5级要求，用角磨机打磨所有旧漆面。打磨时不损伤不锈钢板焊缝、不锈钢板滑动面和改性聚四氟乙烯滑动面；涂装前对双组分进口涂料进行加热保温处理，温度保持在20-25℃，并按使用手册规定的重量配比（A组分：B组分=3.7:1）进行配合后搅拌均匀处理，混合搅拌时间约3分钟，而后进行涂刷；涂刷从左到右、从上至下，按顺序涂刷，涂刷过程中防止漏涂、浸润等不良现象，以保证涂层厚度和色泽一致，涂装厚度不低于300um，不出现不饱和、流挂和褶皱现象。

4.支座防尘。支座防尘主体材料采用透明工程塑料和不锈钢组合结构，其与支座连接采用不锈钢螺钉和螺栓，并设置调整软垫片和金属垫片；除支座主体材料具备抗击大桥实际风力外，还采用四角金属折弯件连接加强处理；防尘装置组装后全封闭，并适应支座位移和转动变位要求，防尘可靠，拆装快捷方便。

图6 防尘罩图片

施工监控

为确保桥梁顶升过程安全，顶升内力与原结构状态相比不发生较大改变且满足规范要求，在顶升过程中由第三方专业单位实施有效的监控。

本工程监控的主要内容为顶升竖向位移及梁体变形监控。现场采用激光位移计，监测顶升竖向位移；采用机器视觉位移监测梁体变形。竖向位移监测点的布置与顶升系统采用的位移监控点一致：辅助墩的横桥向两侧设置两个位移监测点，有伸缩缝的过渡墩处，伸缩缝顺桥向两侧各设置两个位移监测点。梁体变形监测点布置在梁体下表面，每个桥墩横桥向左、右、中共三个监测点。顶升监控采取“顶升量测—判别—修正—顶升”的循环过程，与顶升系统的数据实时进行比对，确保顶升过程的安全性。

施工组织

交通组织

本工程采取逐墩分段封闭第三车道及应急车道的交通组织方案，单次封闭时间4 个小时,支座整治相关设备及材料吊装完成后,交通封闭结束；封闭区域为主桥过渡墩、辅助墩位置桥面，单墩施工区域计划长度(G)50m，停放材料设备运输车及其他辅助设施。在封闭区域设置路障及相应的指示标牌,具体布置见图7。根据《公路养护安全作业规程》(JTG H30-2015)的要求，本工程为高速公路,桥上设计时速100km/h,最终限速值为60 km/h，警告区长度(S)不小于1.8km,上游过渡区长度(Ls)不小于120m，纵向缓冲区长度(H)不小于80m，下游过渡区长度(Lx)不小于80m，终止区长度(Z)不小于30m。

图7 交通组织布置图

施工运输及操作平台

其一，顺桥向设置两个支座维修平台，两个平台分布在墩顺桥向两侧。维修平台构件均通过人工从检修行车通道运至墩顶安装。安装人员利用原检修平台作为安装作业平台，并拆除该区域检修平台影响的构件。

其二，大构件施工运输平台采用轻型杆件悬拼安装的桁架形式。施工运输平台整体锚固在桥墩侧面，总长9m，超出桥面边缘2m。1m一节间，一节间含左右两片，片与片之间通过角钢采用螺栓连接固定。片上下弦杆拟采用工字钢，其他斜杆和腹杆均采用角钢。悬拼时，挨个节间向前拼装，第一节间起点有四个支点与墩侧新安装支座牛腿采用螺栓连接。为增加安全保险，运输构件期间，第七节间末端采用两个3t导链悬挂在桥面防撞护栏钢结构柱上，然后在顶升期间拆除。此外，在水平面上两侧增设揽风绳。

其三，横桥向墩侧施工运输平台只安装在桥墩单侧，桥面吊装在桥面单侧进行。同墩两个墩柱之间，在原检修过道上架设型钢倒运通道。

施工工期

全桥总体按主桥单侧三个桥墩配备三套顶升纵梁结构，再配备两套顶升设备和两套通用支座。整体施工采取流水施工，每个桥墩主要分成顶升装置及设备安装、上游支座顶升及维修、下游支座顶升及维修、设备及装置拆除四大工序。根据现场实际施工进度，平均每个工序在7天内完成，全桥6个桥墩总工期在100天内完成。

通过本工程的实践证明了总体施工方案安全可靠，既考虑到钢箱梁的整体受力及局部受力满足要求，又满足在桥面通行的情况下实现顶升及支座维修要求。PLC液压同步顶升控制系统满足同步精度1mm的要求，并在第三方监控单位的监督下，确保顶升及降落过程中钢箱梁的结构安全。同时，支座维修完善到位，既保证四氟滑板的使用年限延长15年，也提高了支座的防尘标准。此外，有效的方案优化及施工组织，能确保在保证安全的前提下尽快完成顶升支座整治的全部工作，为降低对交通的影响作出贡献。

本文刊载 / 《大桥养护与运营》杂志

2021年 第3期 总第15期

作者 / 刘勇

作者单位 / 江苏苏通大桥有限责任公司

编辑 / 王硕

美编 / 赵雯

责编 / 王硕

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲

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