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高铁支座更换及施工注意

高铁支座更换及施工注意

发布日期:2016-07-27 作者: 点击:

      要:高速铁路桥梁由于梁体自重大,单个支座所承受的荷载远大于普速铁路桥梁支座所承受的荷载。同时,由于较大的自重,支座间荷载分配一旦偏离容许值,梁体易于在自重作用下产生破坏。支座的更换难度,也因梁体自重的影响而大为增加,施工不慎,将会导致梁体破坏,轻者易因此影响桥梁的寿命,严重情况下会引起梁体报废,影响甚至中断行车,造成损失。本文通过高速铁路桥梁支座更换施工过程的分析和实践经验,提出在施工阶段,高速铁路桥梁支座更换的施工和监控要点,供类似情况参考。
关键词:高速铁路 支座 更换 施工 监控
1 高速铁路桥梁工程概述

高速铁路因其运营速度高,对轨道稳定性的要求苛刻,为保障桥梁地段的轨道在动、静荷载共同作用的复杂运营状态下的稳定性,桥梁的梁体设计也需要给予特别关注。为此,高速铁路桥梁梁体的设计几何尺寸都比较大,以便对在荷载作用下的梁体变形量进行严格的限制。同时,较大的梁体几何尺寸,使梁体圬工增加,进而使梁体自重大大增加。
就高速铁路桥梁的32m简支梁来看,梁体的宽度达到12m,梁高达到3.05m,每孔预制梁需浇筑混凝土310m3左右,梁体的自重接近900t,现浇梁由于受浇筑过程中的内模变形等影响,混凝土量更大,梁重甚至超过900t,每个支座的平均荷载仅梁体自重一项便需要达到220KN。而4m×32m道岔梁的梁宽******处可达到21.7m甚至更宽,混凝土量达到2321 m3,梁体自重达到6500t。二期恒载中轨道部分大约296 KN/m,单支座承受的荷载可达到15000 KN。
由于高速铁路桥梁梁体自重巨大,与普速铁路相比,高速铁路桥梁支座及其安装施工具有相应的特点:
1.1单个支座所承受的荷载大。
1.2支承垫石表面高程差的误差必须严格控制,尤其对于处在对角线上的两块支承垫石表面高差的控制,必须更为严格。
1.3支座的安装施工务必正确无误,以免因施工疏忽造成不必要的返工。
1.4一旦支座因某种原因需要更换,则更换施工需要慎重对待,避免对梁体产生破坏。
2 高速铁路桥梁支座更换施工工况特点
由于高速铁路桥梁严格的质量要求,尽管施工过程中施工方和监理方在各个环节进行严格的自控和监控,尤其在支座的安装施工方面经过多道把关,但从施工现场的实际情况来看,支座安装依然会出现问题。支座问题主要包括:
2.1支座解锁时机不符合要求,导致支座提前进入工作状态,支座的位移超出标准要求;
2.2由于支座装箱标识与箱内支座实际不一致,导致已安装支座的型号、位置与设计不符;
2.3由于支座自身质量原因,造成支座变形超出设计标准,以致无法正常工作,且无法修复。
现场实际操作中,在支座出现问题后,应就其表现进行分析,对不能正常工作的支座及早予以更换。施工阶段支座的更换,根据问题发现的时机,一般包括为以下工况,即:在无砟轨道施工前,发现支座出现问题并实施更换;无碴轨道的施工已经完成,但铺轨尚未进行前发现支座问题并适时更换;无砟轨道及铺轨施工完成且轨道已经锁定,发现支座问题并实施更换。
同时,在上述三种工况条件下,支座的问题可能出现在下述部位,即:简支梁的墩间支座;简支梁的桥台部位支座;连续梁的中间墩支座;连续梁的桥台部位支座。
支座更换的施工方法
根据在上述工况和部位的区别,支座更换的难度有所不同,其中,对于连续梁,由于其应力体系比简支梁复杂,因此连续梁墩间支座的更换难度较大,而连续梁在无砟轨道及铺轨施工完成且轨道已经锁定的情况下,中间墩上支座出现问题后,由于场地、应力计算和对轨道、接触网的影响不易确定,因此,其更换难度******。下面以4m×32m道岔连续梁的中间墩的支座更换为例,介绍在该种工况条件下的支座更换方法。其他工况和位置条件下的支座更换,更易于操作,可参考实施。
某4×32m连续梁,主梁采用高度斜腹板截面,梁高3.05m。******、二孔为单箱双室截面,第三、四孔为单箱三室截面。顶板宽度12m-21.69m,底板宽度5.5m-15.189m。全桥共分为A、B、C、D四个节段,按照A→B→C→D顺序施工。4m×32m连续梁3#墩共有三个支座,型号分别为GTQZ-II-15000DX, GTQZ-II-15000ZX和GTQZ-II-15000DX,支座反力都为15000KN,其中3#墩的中间支座为问题支座。二期荷载为232KN/m。
支座更换的总体方案:将梁端用千斤顶顶起一定高度,凿除灌浆料及部分垫石,取出支座,更换同型号支座。将更换支座调整至设计和铁路相关的《验收标准》要求后灌注灌浆料并恢复垫石。
支座更换的具体操作方法按以下步骤实施:
3.1材料准备
材料准备包括:千斤顶、百分表等其他机具,其中:千斤顶为双作用自锁千斤顶,顶升力为320t,千斤顶的数量按照梁体的重量确定,但需要有足够的顶升力储备。百分表用于梁体位移监测。机具包括:电焊机、六角扳手、槽钢、风镐、水准仪一台、吊车、手拉葫芦、气焊设备一套。脚手架、跳板各一套。
3.2人员准备
实施支座更换人员包括领工员2人,技术2人,工人10人,焊工1人,气焊工1人等。
3.3支座更换方案
3.3.1 施工顺序:施工准备→计算顶梁荷载→安放千斤顶→梁部顶起→凿除梁底支座上板处的楔形环氧砂浆及下板的砂浆找平层→移出支座→更换新支座→新支座调整→支座灌浆→拆除千斤顶。
3.3.2 施工准备
在中间墩下搭设脚手架及作业平台,平台宽不少于两米并搭设上下通道。
3.3.3 安放千斤顶
千斤顶位置、数量、型号及顶力的选择需经设计单位严格计算支座更换部位荷载后确定。千斤顶置于厚度1cm的钢板上。在墩顶均匀布设千斤顶,千斤顶的总数应该保证其所提供的顶升力能够满足顶起部位的荷载并有富余。一般情况下千斤顶所提供的顶升力应不小于该部位荷载的1.2倍。
3.3.4 顶梁
松开支座下座板与垫石层连接地脚螺栓5mm,然后略微顶升千斤顶3mm,使梁体带支座升高,保证支座下座板与垫石层脱离。卸载千斤顶,使支座落回原位,重新拧紧下板地脚螺栓。松开支座上板与梁体连接地脚螺栓5mm,梁顶升后保证顶板与梁体分离,然后再次顶升液压千斤顶3mm,使梁体与支座上座板脱离。顶升过程中,千斤顶顶升速度控制在0.01mm/S.
3.3.5 凿除砂浆找平层及垫石
当梁顶起后,先凿除支座下的砂浆找平层及梁底与上支座板之间的楔形混凝土,凿除时应按照由外向内的顺序凿除。
3.3.6 支座移出
3.3.6.1如凿除垫石后,支座已有足够的活动空间,可以取出原支座。拧掉支座上下座板地脚螺栓,使支座完全与梁体和墩台脱离。为加强安全系数,在千斤顶前端不影响支座调换处设置临时钢支撑,并用薄钢板垫密实。钢支墩在不影响支座的情况下可多设(见图1)。图1 支座锚固安装图
3.3.6.2用槽钢做成U型托架围在支座外部,用导链连接在U型托架上将支座拖出墩台,通过滑道移至作业平台上,用吊车将支座吊至墩台旁边空地上。U型托架见(图2)。图2 U型托架图
3.3.6.3用手拉葫芦拉支座时要保证上下顶板受力一至,手拉葫芦一端要固定牢固。
3.3.7 支座更换
将新支座顶面底面调平,然后在支座上分别标出上钢板及下钢板中心位置,调整支座预偏量(6mm),调整好后将上下钢板用钢板焊接、固定,使上下钢板连为一体,焊接时要留出插入槽钢的位置,用来提升支座用。避免在安装过程中错位,旋转(见图3)。图3 支座更换
3.3.8支座安装
将调整好的支座吊至正确安装部位旁,注意支座摆放方向,在支座侧面用槽钢搭上滑道,使槽钢顶面与垫石顶面平齐,用手拉葫芦和U型架将支座拉至垫石顶面,根据移除支座时的位置记号,对好上下位置。将槽钢插入连接钢板中(上图),左右各插一根,将四个10t千斤顶分别立在支座的四个角,槽钢下部。四个千斤顶缓慢提升,将支座顶起,直到支座顶板和梁底紧密贴合,调整位置,将四个顶板地脚螺栓拧紧。拧紧后小千斤顶不动,通过预留锚栓孔,将底部预埋套筒与螺杆拧紧,将底部四个地脚螺栓拧入预埋套筒中。对需要注浆部分做1个木质模板框。重新检查一下支座横纵向位置及安装方向,顶板和梁底是否结合无缝,底部套筒和螺杆是否拧紧。检查无误后进行支座重力式注浆,要注意注浆的饱满和密实,做好试块。注浆完毕后注意养护。
3.3.9 落梁、拆除千斤顶
注浆强度达到要求后,先将四个小千斤顶和槽钢撤掉,割掉上下连接钢板用的锚固装置。去除临时钢支撑。
支座安装完成、检查无误后即可进行落梁,落梁时速度与顶升时相同,千斤顶落梁速度控制在0.01mm/S.
千斤顶缓慢下落。观察梁底及梁顶高差变化。千斤顶落到底,梁体无变化,支座更换完成。清理垫石、桥台杂物。拆除工作平台脚手架。
3.3.10 监控测量
监控测量仪器采用二等水准。在施工之前要对轨顶和梁底进行原始数据的采集,并记录好相应数据记录,在千斤顶作业顶梁时要时刻观察轨顶和梁底的高程变化,千斤顶受力持续荷载阶段,要保证每天不小于三次的观测频率,观察轨顶及梁底标高有无变化,拆卸千斤顶到支座受力阶段也同样要进行观测,一旦有变化应及时与现场负责人员沟通,立即停止施工,分析原因,必要是对方案进行调整。在支座更换完毕后,在支座完全受力后要持续对梁顶进行观测,周期不少于三个月,频率每周不少于4次。
4 高速铁路桥梁支座的安装、更换施工及监理监控要点

根据支座更换的实践,结合高速铁路桥梁工程的特点,高速铁路桥梁支座安装、更换的施工和监理工作应注意以下要点:
4.1 支座安装施工要点
由于高速铁路支座安装和更换难度大,为此,在支座的安装施工中需要注意:
4.1.1支座安装前,需要反复核对支座的型号和相对位置,只有在无误的情况下才能进行安装施工,注意支座本身的******,防止因装箱错误引起安装错误。同时,安装前检查支座的合格证,防止不合格支座用于工程,******限度的避免更换带来的不必要的损失。为确保支座能正常工作,支座的位置校准必须从支承垫石的相对高差入手,进行严格控制,尤其对于现浇梁更需要谨慎。
4.1.2支座安装后,注意支座解锁的时机必须符合设计和验标的规定,避免因解锁时机错误导致的支座破坏或对墩身结构的影响。
4.1.3.为确保支座正常工作,避免轨道施工后出现的修理和更换,轨道工程施工前,应对已安装支座进行前面排查,发现问题支座,及时予以更换。
4.2支座更换方案的审查
一旦发现制作需要更换,支座更换方案的制定和审查需要遵循“确保梁体安全、保证更换后的支座正常工作和对梁体、轨道扰动***小”的原则。为此,在审查支座更换方案时注意以下要点:
4.2.1支座部位梁体荷载的计算必须包括:必须考虑梁体自重荷载、二期恒载并考虑一定的活荷载,荷载的计算必须经过设计方核验、确认,确保计算正确。
4.2.2在支座部位布设的千斤顶、百分表必须提供合格证,并在鉴定的期限范围内。
4.2.3新支座须为合格产品,支座的型号须正确无误,并提供合格证。
4.2.4千斤顶的布置位置必须明确标示,千斤顶的数量和型号的选择必须确保提供足够的顶升力,并有足够的储备。在梁顶空间允许的条件下,千斤顶的型号选择原则应为“小吨位,多数量”,以便减少梁体承受局部集中应力的风险。除需更换支座处的千斤顶须留出旧支座移出和新支座移入的位之外,其余千斤顶应该尽量靠近支座,并使千斤顶尽可能的均匀布置,确保梁体受力均匀。
4.2.5如果经过设计方计算的局部荷载超过梁体容许承受荷载,则千斤顶的布置位置需要重新调整,必要时可先对梁体进行加固后再进行顶梁作业。
4.2.6支座的顶升方案必须做到同一墩上的全部支座同步顶升,严禁只顶升问题支座,避免梁体因此产生的破坏。
4.2.7梁体容许顶升高度须由设计单位提供,严禁盲目按照施工需要顶升。如果容许顶升高度不能满足支座更换空间需要,则支座更换方案需要重新调整。
4.2.8检查千斤顶间的关系,确保各千斤顶并联,达到同步顶升、同步降落的目的,避免因千斤顶动作不同步引起的梁体应力不匀导致的破坏。
4.2.9检查工作平台的搭设方案,确保平台稳定。
4.2.10参与施工的人员必须具有相关工作经验,特殊工种人员需提供上岗证。
4.3 支座更换过程的监控要点
在施工方案得到审查并批准后,在支座更换的实施阶段,本着“快速准确施工,减少梁体应力扰动”的原则,监理工作应注意以下要点:
4.3.1在轨道锁定的情况下,督促施工单位对已锁定轨道进行解除,减少额外的荷载。
4.3.2梁体顶升前,支座、千斤顶等物料、设备必须提前进场,并经过监理严格检查,尤其是支座型号、千斤顶的数量、状态,需要认真核对。千斤顶必须有富余,以便个别千斤顶出现故障时可及时更换。同时,施工方须备足千斤顶锁定卡环,以便在顶升到位或应急阶段及时锁定千斤顶。
4.3.3施工方应编制具体的施工操作手册,并组织人员进行现场交底,必要时在场地外进行演练,避免实际操作失误。
4.3.4千斤顶就位后,检查千斤顶的布设位置、油路的连接,确保千斤顶动作同步。千斤顶下的支垫钢板的厚度须符合要求。
4.3.5顶升梁体前,新支座提前提升至作业平台上,以便在旧支座拆除后可以立即装入新支座。同时需要对梁面高程进行测量,以便顶起后进行高程对比。
4.3.6支座顶升过程中注意观察各千斤顶附近的百分表读数,当出现顶起不同步现象时,须立即停止顶升,查明原因并采取措施后方可恢复操作。同时通过百分表读数,严格将顶升速度控制在0.01mm/S。当千斤顶的顶升力达到计划值时,检查支座分离情况,如果此时支座尚未脱离,并无法取出,严禁随意提高顶升力,需与设计方共同检查,指定进一步的方案,必要时对旧支座进行破坏性拆除。
4.3.7当梁体顶升到位以后可以着手拆除支座时,监理人员应仔细检查各千斤顶的锁定情况,确定所有千斤顶均已锁定。
4.3.8在支座安装完成后,注浆之前,检查支座底板与底板的密贴情况,减少支座受力后压缩量。
4.3.9支座安装完成后也要持续的对轨道的变形进行持续观测,测量期不得少于3个月,******周不少于4次,其后每周的观测次数可以相应递减,但当发现数据有明显的异常时,应立即组织相关人员分析数据,查找原因,并采取相应的措施。通过***终分析观察数据变化,评估因支座更换对接触网和轨道造成的影响,必要时采取措施对轨道和接触网进行复位。
5. 语:
高速铁路支座可能因各种原因产生破坏,支座更换的现象在所难免。严谨的支座更换方案,谨慎的施工和严格的现场监理控制,是支座更换成败和梁体安全的保障。通过安全、可靠的施工和严格的质量监控,完全可以达到延长梁体寿命,减少运营干扰的目的。
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