1.前言
桥梁支座的主要功能是将上部结构的反力可靠地传递给墩台，并同时完成梁体结构所需的变形。由于支座本身的质量问题，以及支座在设计、安装、使用过程中的种种不当，而造成支座过早的破坏，影响了桥梁的正常使用。在支座的处置技术中针对不可修复的损坏状况，就需要对支座进行更换处置，在更换的过程中，更换的方法对桥梁结构安全的影响是非常大的，因此在更换的过程中需要对桥梁结构的各主要受力部位进行监控，以保证更换过程的安全和可控制。
下面结合工程实例，介绍主要的施工及控制技术。
2、工程案例
岔路口立交桥工程始于宁镇公路北侧，下穿宁镇公路，向北跨越沪宁铁路，进入栖霞区后，左右线分行，左线沿既有宁栖公路而行，右线靠东侧直行。在左线ZK0＋239.872至ZK0＋817.020及右线YK0＋239.872至YK0＋846.132设桥区段，左右幅分幅设桥，并行段设1m分隔带，分叉后各设防撞墙。
左线共七联，桥跨布置为：（5×20m）＋（3×20m）＋（22.5m＋35m＋22.5m）＋（17.944m＋3×20m＋17.944m）＋（4×20m）＋（4×20m）＋（4×20m）；右线共七联，桥跨布置为：（5×20m）＋（5×17m）＋（22.5m＋35m＋22.5m）＋（3×20m）＋（4×20m）＋（5×20m）＋（5×20m）。左幅桥第2联第3跨8号墩顶支座支座四氟板严重偏位、滑动功能失效形成半固定支座，为了保障该桥的正常运营，现要求对该桥出现病害的支座进行更换处理。
3、左幅8＃墩顶升计算
3.2计算目的
(1)通过计算分析，确定8＃墩顶升时所结构所允许的顶升量，即在多大顶升量范围内，主体结构受力是安全的；
(2)通过计算分析，确定8＃墩顶顶升时的支反力，为选择合适量程的千斤顶提供依据；
(3)通过恒活载组合验算，分析在不中断交通情况下更换支座时结构的受力状况，为确定支座更换方案提供依据。
3.4计算概况
3.4.1计算内容
结构验算主要包括以下内容：
在8＃墩横向同步顶升过程中结构正常使用极限状态进行验算；
在8＃墩横向同步顶升过程中结构承载能力极限状态进行验算；
计算结构受力安全允许范围内顶升量所对应的顶升力。
3.4.2计算模型
结构静力分析采用桥梁博士V3.2.0程序进行计算。计算模型中箱梁采用平面梁单元模拟，其单元和节点划分见图4-1所示，桥面沥青铺装以及附属设施等作为均布荷载作用在结构上，忽略其对结构纵向整体的刚度贡献，按自重作用进行考虑。
3.4.3计算参数
箱梁混凝土：40号，抗压弹性模量：3.3×104MPa，容重26kN/m3；
荷载：一期荷载（结构自重）在计算过程中由程序自动计算，5cm现浇混凝土调平层和6cm沥青混凝土铺装自重换算成荷载作用在结构上；
汽车荷载：城－A级，横向3车道，取0.78横向折减系数；
人群荷载：按3.5kN/m2计。
3.4.4边界条件
边界条件根据设计采用的支座布置方式确定。
3.4.5作用（荷载）
结构验算主要考虑以下荷载：
(1)结构重力（包括结构附加重力），即二期恒载；
(2)预加力：按原设计纵向预应力束不参与结构受力计算；
(3)顶升力，分别按1cm和2cm顶升力进行考虑；
(4)支座不均匀沉降，按设计取用的5mm沉降值进行考虑；
(5)温度：整体升降温按15℃计，温度梯度按顶板升温5℃；
(6)混凝土收缩徐变作用：按照规范计算；
(7)活载：车道荷载按城－A级、人群荷载按3.5kN/m2计。
3.5计算结果
3.5.1顶升力计算
8＃墩在顶升2cm时，正常使用极限状态荷载组合Ⅰ支承反力左右两支承反力为451吨，正常使用极限状态组合Ⅱ两支承反力为471吨，因此要确保顺利将梁体顶起，其布设千斤顶的总吨位不应小于471×1.3＝612吨。
表5-1正常使用极限状态荷载组合Ⅰ支承反力汇总
表5-2正常使用极限状态荷载组合Ⅱ支承反力汇总
3.5.2正常使用极限状态验算
左幅8＃墩分别在顶升10mm和20mm时，其梁体上下缘裂缝宽度验算结果见表5-3和图5-1～图5-8所示，从表中数据可以看出：在顶升力和恒活载组合作用下，裂缝宽度均小于规范允许值，且梁体裂缝宽度对顶升量不敏感。
3.5.3承载能力极限状态验算
左幅8＃墩分别在顶升10mm和20mm时，其梁体承载能力验算结果见图5-9～图5-16所示，从图中数据可以看出：在顶升力和恒活载组合作用下，梁体内力均小于结构抗力，承载能力满足规范要求。
图5-9右幅8＃墩顶升梁体10mm时上部连续箱梁抗力对应内力分布图（组合Ⅰ）
图5-10右幅8＃墩顶升梁体10mm时上部连续箱梁更小抗力对应内力分布图（组合Ⅰ）
图5-11右幅8＃墩顶升梁体10mm时上部连续箱梁抗力对应内力分布图（组合Ⅱ）
图5-12右幅8＃墩顶升梁体10mm时上部连续箱梁更小抗力对应内力分布图（组合Ⅱ）
图5-13右幅8＃墩顶升梁体20mm时上部连续箱梁抗力对应内力分布图（组合Ⅰ）
图5-14右幅8＃墩顶升梁体20mm时上部连续箱梁更小抗力对应内力分布图（组合Ⅰ）
图5-15右幅8＃墩顶升梁体20mm时上部连续箱梁抗力对应内力分布图（组合Ⅱ）
图5-16右幅8＃墩顶升梁体20mm时上部连续箱梁更小抗力对应内力分布图（组合Ⅱ）
3.6验算结论
(1)8＃墩在顶升2cm时，两支承反力为471吨，因此要确保顺利将梁体顶起，其布设千斤顶的总吨位不应小于471×1.3＝612吨；
(2)左幅8＃墩分别在顶升10mm和20mm时，在顶升力和恒活载组合作用下，裂缝宽度均小于规范允许值，且梁体裂缝宽度对顶升量不敏感（顶升量每增加10mm，裂缝宽度增加0.01mm）；
(3)左幅8＃墩分别在顶升10mm和20mm时，在顶升力和恒活载组合作用下，梁体内力均小于结构抗力，承载能力满足规范要求；
(4)从计算结果可以看出，8＃墩梁体顶升量控制在20mm以内，结构受力是安全的。
4、左幅8＃墩顶升方案
4.1顶升位置及其高度
本次仅对左幅8＃墩2根立柱顶部支点进行同步顶升，顶升高度为5mm。如果在此顶升高度情况下未能将支座取出，则可增加顶升高度，但是顶升高度不能超过20mm。
4.2顶升平台设计
由于立柱顶面空置面积较小，放置不下千斤顶，因此需在立柱顶部50cm高度范围内加设混凝土围套，以增大柱顶面积，形成反力架工作平台。在该平台顶面设置千斤顶，由此组成箱梁的顶升体系。柱顶截面加大见钢围套加固示意图。
1、柱顶截面加大范围表面凿毛
在柱顶50cm高度范围内对混凝土表面凿毛，直至露出新鲜骨料，并用洁净水冲洗干净。
2、安装钢护套
(1)搭设稳固支架，作为钢护筒安装和浇筑混凝土的反力支撑体系；
(2)将两半钢护套对接，通过接缝满焊连接成为一体；
4、浇筑混凝土
钢护筒内混凝土采用KL－40无收缩免振自流平砂浆，其强度1天可达C15，3天可达C40，28天可达C50～C60。
5、粘贴柱顶钢板和安装钢垫板
(1)安装之前，采用结构胶修补立柱顶面，然后用砂轮将墩顶打磨至水平，保证柱顶粘贴钢板时完全密贴；
(2)安装千斤顶时，为了避免出现局部承压破坏，在千斤顶与墩柱顶面、千斤顶与箱梁底面均须设置钢垫板；
(3)钢垫板安装前需要将墩柱顶面和箱梁底面打磨平整、调平，以保证各钢垫板水平，从而实现千斤顶轴线与水平面垂直。
4.3千斤顶及临时支撑布置
本次顶升千斤顶布置图见施工图中"千斤顶布置图"
(1)千斤顶布置及其数量
左幅8＃墩每个柱顶各布置6只千斤顶，具体布置见千斤顶布置图。
(2)千斤顶的安装
在柱顶和箱梁底放样，并用水平尺校准水平，将钢护筒上的焊渣、毛刺以及箱梁底面混凝土用砂轮打磨平整至所有支撑接触面密实为准。然后在预先放样的位置装上一块钢板，上置标定好的千斤顶，千斤顶上再放一块钢板，保证千斤顶垂直作用于梁底支点。柱顶以及箱梁底板与千斤顶接触的部位均放置30*30*2cm的钢板。
(3)顶升设备的保障措施
要保证各千斤顶同步顶升，通过计算同步机控制系统控制供油量达到同步顶升，每一个点均设置电磁阀组和液控阀组，以保证漏油时能及时锁定各千斤顶油压。
4.4施工流程
千斤顶选用：采用单个100吨千斤顶，顶身高度80mm，底座直径218mm，行程20mm。千斤顶布置：采用"3+3"的方式布置，具体根据现场情况确定；施工平台：搭设支架，在加设混凝土围套的立柱顶上进行顶升。
施工总流程图：
一、顶升步骤
a、步：称重
在顶升系统的控制下开始称重，使用位移计或百分表确认各支撑点已经分离，桥梁的全部荷载已转移至油缸上，此时记录各点反馈的实际荷载压力及位移量。通过反复调整各千斤顶的油压，可以使各点的压力与上部荷载大致平衡，并能保证顶升过程中的位移同步，则该组数据即为更终的称重结果。如发现某一点的压力已超出液压缸安全适用范围，及时更换该点的顶升油缸。
b、第二步：试顶升
主要用于检验顶升系统的可靠性及桥梁整体顶升的安全性，同时检验称重结果的真实性、可靠性。试顶升过程中要进行位移监测，以便为正式顶升提供可靠的依据。试顶升的高度为5mm。
c、第三步：正式顶升
每个千斤顶的顶力保持不变，分级将桥梁抬升至满足支座更换施工所需的空间高度。整个顶升过程仍由同步顶升系统控制，并实时监测箱梁的顶升位移，保持各个测量点的位置同步误差小于0.5mm。当达到要求高度后加入临时滑板支座代替原支座，同时确保整个顶升过程安全可靠。
三、支座更换及补缺
当梁体抬升后，原支座与梁体脱离，完全由临时油顶支撑桥梁。取出原来的支座，将新支座按标准安放到位。
四、第五步：落顶就位
当支座放到位时后，将千斤顶收缸落梁。如有半脱空需增设楔形钢板处理。如有偏位调整到位。待千斤顶收完后拆除千斤顶及垫块钢架，整个顶升过程结束。
4.5位移监测方法
为便于实时监测顶升过程中的梁体竖向位移，本次支座更换位移拟采用支座更换专用们移传感器进行测试，在需整体起顶的墩台盖梁上布设位移计，左幅8＃墩每个立柱顶部布设2个位移测点（见下图）。
在顶升过程中派测试人员实时采集竖向位移数据，将横向顶升量偏差控制在0.5mm以下，并确保竖向位移不超过10mm，以保障顶升过程中梁体受力安全，且不损坏桥面铺装。
顶升位移测点布置示意图
4.6更换支座施工注意事项
4.6.1顶升前须落实的工作
(1)顶升施工之前有必要对顶升梁体及其相应的上下部结构进行全面的检测，以了解桥梁结构现状，避免已有病害对顶升施工的安全性造成隐患；
(2)正式顶升前，需要对各支撑点（千斤顶和临时支撑）处对应的梁底、柱顶逐一检查，如果有病害存在，先进行相应的维修工作，然后才能进行下一部的顶升工作；
(3)顶升前必须测量支点处梁体标高，确保落梁后梁体恢复到原有标高处。
4.6.2施工要点
(1)当梁体自重全部转换到千斤顶上时，顶升力不再明显增加，此时采用顶升力控制实际上无太大意义，应改用每次的顶升量来控制比较合适，可以避免某墩顶升太多而桥面开裂等。各千斤顶每次顶升2～3mm，各支墩顶升量相差控制在0.5mm以下，直到可将原支座顺利取出为止；
(2)梁体应力变化量对顶升位移较为敏感，为确保顶升过程中梁体受力安全，顶升位移控制以支座脱空为原则，顶升量不应超过10mm；
(3)在拆除旧支座过程中，必须保证各支撑点牢固可靠；
(4)拆除旧支座时，可以凿除梁底混凝土楔形块，但是凿除时不能大范围内同时施工，需要采用人工方式、利用小功率电锤一点点局部凿除，禁止采用大功率设备，以免损伤梁底临时支撑点部位的混凝土；
(5)旧支座在取出的过程中，如果受到梁底预埋锚筒（用来固定支座上钢板）的阻挡，可以将锚筒部分割断，截断以能取出旧支座为准，切不可随意截断，以免增加后续安装难度；
(6)锚筒截断工作可在梁底混凝土楔形块凿除之后进行，这样可以控制锚筒截断长度，并且将截断后的锚筒底面标高控制在同一标高处；
(7)取出旧支座时，可将整个支座一起取出，以免增加顶升高度；
(8)安装新支座前，根据锚筒长度、支座高度将锚筒进行第二次截断，其保留长度不应太长，否则落梁过程中会受阻碍。梁体落梁后，锚筒底面与支座上钢板顶面间距控制在5mm左右即可；
(9)安装新支座时，将拼装好的支座作为一个整体进行安装。
