苏通大桥主桥支座整治工程关键技术及施工组织

刘 勇

江苏苏通大桥有限责任公司 江苏 南通 226000

国内已有很多使用年限超过10年的大跨径斜拉桥，其采用的支座大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的方式，往往存在一些安全隐患[1-4]。本文以苏通大桥主桥辅助墩支座整治工程为例，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。

1 工程概述

1.1 桥梁概况

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1 088 m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＋1 088＋300＋100＋100） m；主梁为扁平流线型封闭钢箱梁（图1）。

图1 苏通大桥主桥横断面布置

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。

支座专项检查结论如下：

1）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。

2）不锈钢板滑动面脏污严重，影响支座正常工作。

3）支座防尘罩破损。

4）部分支座钢构件、连接锚栓锈蚀。

1.2 支座整治内容

本次施工的主要工作内容为：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（图2）；对拆下的12个旧支座进行维修保养，包括钢结构除锈、防腐等，然后将保养后的支座安装至原处；进行全过程的施工监控。

图2 苏通大桥主桥支座维养总体布置

2 工程关键技术

2.1 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，故须将钢箱梁整体顶升以便于取出旧支座。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20 mm。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的，故需在支座维修期间于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。

2.2 顶升装置布设

顶升装置是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。具体布置如图3、图4所示。

顶升千斤顶选用200 t千斤顶，千斤顶直径为300 mm，高度为400 mm，最大行程为140 mm。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，从而保证顶升后有效的机械支撑。

每个主桥辅助墩支座处布设42台200 t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200 t千斤顶，千斤顶使用效率见表1。千斤顶安装时保证轴线垂直，以免因千斤顶安装倾斜导致在顶升过程中产生水平分力。

图3 过渡墩顶升装置布置

图4 辅助墩顶升装置布置

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缩变化，在每根顶升纵梁与上部钢箱梁之间满铺双层厚4 mm的四氟乙烯板。

表1 千斤顶使用效率

2.3 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，无法从根本上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。为此，本工程采用国内先进的PLC液压同步顶升控制系统。PLC液压同步顶升控制系统建立在力和位移双闭环的控制基础上，是一种力和位移综合控制的顶升方法。该方法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±1.0 mm，从而很好地保证顶升过程的同步性，确保顶升时板梁结构安全。

本工程顶升时以桥墩为单位，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。在辅助墩的横桥向两侧设置2个位移监控点，在有伸缩缝的过渡墩处，伸缩缝顺桥向两侧各设置2个位移监测点。位移监控点采用精度为0.01 mm的拉线式位移传感器，可将位移数据实时传输至PLC液压控制系统中。

2.4 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、除锈与涂装以及支座防尘。

2.4.1 通用支座加工

1）通用支座加工所用原材料的物理机械性能须满足国家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。

2）通用支座橡胶体制造满足相应标准规定的材料和硫化工艺要求。

3）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±2 mm。

4）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，钢板无肉眼可见的变形，卸载后支座复位高度值满足设计要求。

2.4.2 滑板更换

1）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黏剂残留物或其他污物。

2）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。

3）装配新滑板，检查装配间隙和磨耗高度，磨耗高度控制在4.0～4.5 mm。

4）用浸渍酒精或丙酮的洁净棉纱擦净滑板滑动面，并均匀、饱满地涂抹硅脂（零部件全部维修工作完成后、组装前）。

5）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，保证无任何脏污现象。

2.4.3 除锈与涂装

1）采用手工除锈的方式，用角磨机打磨所有旧漆面。打磨时不得损伤不锈钢板焊缝、不锈钢板滑动面和改性聚四氟乙烯滑动面。

2）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质量配比进行搅拌，混合搅拌时间约3 min，而后进行涂刷。涂刷时从左到右，从上至下，按顺序进行，保证涂层厚度和色泽一致，涂装厚度不低于300 μm，不得出现不饱和、流挂和褶皱现象。

2.4.4 支座防尘

1）支座防尘主体材料采用透明工程塑料和不锈钢组合结构，与支座采用不锈钢螺钉和螺栓连接，并设置调整软垫片和金属垫片。

2）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5）。

图5 防尘装置照片

2.5 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。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：在辅助墩的横桥向两侧设置2个位移监测点；在有伸缩缝的过渡墩处，伸缩缝顺桥向两侧各设置2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3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，并跟顶升系统的数据进行实时比对，确保顶升过程的安全性。

3 施工组织

3.1 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 h，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50 m，用以停放随车吊、材料设备运输车及其他辅助设施。在封闭区域按规定设置路障及相应的指示标牌。

本工程为高速公路，桥上设计速度100 km/h，最终限速值为60 km/h，根据行业标准JTG H30—2015《公路养护安全作业规程》的相关要求，警告区长度不小于1.8 km，上游过渡区长度不小于120 m，纵向缓冲区长度不小于80 m，下游过渡区长度不小于80 m，终止区长度不小于30 m。

3.2 施工运输及操作平台

1）顺桥向设置2个支座维修平台，分布在桥墩顺桥向两侧。维修平台构件均从检修行车通道通过人工运至墩顶。安装人员利用原检修平台作为安装作业平台。

2）大构件施工运输平台采用由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9 m，超出桥面边缘2 m，每节长1 m。1节含左右2片，片与片之间通过角钢采用螺栓连接固定。

每片上下弦杆拟采用工字钢，其他斜杆和腹杆均采用角钢。悬拼时按节向前拼装，第1节起点有4个支点与墩侧新安装支座牛腿采用螺栓连接。为保证安全，在运输构件期间，第7节末端采用2个3 t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缆风绳（图6）。

图6 运输平台及操作平台布置

3）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2个墩柱通过在原两柱之间的检修过道上架设型钢倒运通道实现连通。

3.3 施工工期

全桥总体按主桥单侧3个桥墩配备3套顶升纵梁结构，再配备2套顶升设备和2套通用支座。整体采取流水施工，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以及设备与装置拆除四大工序，根据现场实际施工进度，平均每个工序在7 d内完成，全桥6个桥墩总工期在100 d内完成。

4 结语

1）本工程总体施工方案安全可靠，既满足了钢箱梁整体及局部受力的要求，又满足了桥面通行情况下的顶升及支座维修要求。

2）PLC液压同步顶升控制系统满足同步精度1 mm的要求，同时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。

3）支座维修完善到位，在使四氟滑板的使用年限延长15 a的同时，提高了支座的防尘标准。

4）有效的方案优化及施工组织能在保证安全的前提下尽快完成顶升支座整治的全部工作，大大降低了对交通的影响。