CN104652291B - 桥梁支座的压力注浆更换方法 - Google Patents
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Abstract
桥梁支座的压力注浆更换方法，采用支撑装置支撑住桥梁上部结构梁体后，拆除原支座以及垫石，在原支座处的桥墩墩顶或盖梁上层叠放置可上下伸缩的钢制缸体和新支座，按预设的压强或压力、向缸体内加压注浆，新支座升起支撑桥梁上部结构梁体、承受压力；缸体内材料凝固并达到预期强度后，拆除支撑装置，完成支座更换；本发明方法的支座更换过程中，桥梁上部结构梁体不抬升或其标高只在许可的范围内略微上下移动。可以有效避免现有的逐个支座顶升更换法需要抬升梁体、造成桥梁上部结构损伤的弊端。
Description
技术领域
本发明涉及在用（使用中）桥梁支座的更换方法。
背景技术
支座是桥梁结构的重要组成部分，是桥梁上、下部结构的传力和连接装置，支座将桥梁上部荷载的作用力可靠的传递到桥梁墩台。支座承受桥梁上部结构的压力、并满足梁体在各种荷载作用产生变形(水平位移、转角)的需要。由于设计、施工或使用养护的不当及支座质量问题等原因，使用中的桥梁支座时常会出现损坏，导致桥梁上部结构梁体不能按照正常受力状态工作，甚至影响桥梁结构的运营安全。因此，损坏到一定程度的桥梁支座需要进行必要的更换，以保证桥梁结构自身安全。桥梁支座更换过程一般为：抬起要更换支座的上部结构梁体、取出原有支座、放置新支座、放下上部结构梁体，支座承受梁体的设计（预期）压力，完成支座更换过程。
现有的桥梁支座更换方法从总体上来说，都是将桥梁上部结构梁体抬起来，取出原支座、放置新支座后，梁体再落下来，新支座承受梁体压力，完成支座更换过程。根据一次抬升过程中、更换支座数量的不同，现有的桥梁支座更换有三种方法：逐个支座顶升更换法、部分支座（或逐墩）同步顶升更换法、全部支座（整体）同步顶升更换法。
①逐个支座顶升更换法
一次抬升桥梁上部梁体，只达到更换一个支座的目的。该方法只在单个更换支座处，用千斤顶等设备顶升梁体，使得桥梁上部梁体只在一个支座点位处（局部）抬起；更换支座后，放下梁体；支座受压，完成单个支座的更换。
②部分支座（或逐墩）同步顶升更换法
一次抬升桥梁上部梁体，达到更换多个支座的目的。该方法在多个更换支座处（通常是一个或相邻几个桥墩上所有的支座处），使用多个千斤顶和计算机液压同步控制系统等设备顶升梁体，使得桥梁上部梁体在多个支座点位处同步抬起（每个支座点位处的抬高量相同或者小于某个经计算确定的高差值）；更换支座后，放下梁体；支座同步受压，完成多个支座的更换。
③全部支座（整体）同步顶升更换法
一次抬升桥梁上部梁体，达到更换全桥（或整联）全部支座的目的。该方法在全桥（或整联）所有支座处，使用多个千斤顶和计算机液压同步控制系统等设备顶升梁体，使得桥梁上部梁体在全桥（或整联）所有支座点位处同步抬起（每个支座点位处的抬高量相同或者小于某个经计算确定的高差值）；更换支座后，放下梁体；支座同步受压，完成全桥（或整联）支座的更换。
现有桥梁支座更换方法存在的不足之处分析如下：
①逐个支座顶升更换法
桥梁支座更换时，需要抬起上部梁体，抬起的高度要满足新支座正常置入梁体下方的需要；放下梁体后，支座受压、高度收缩，梁体达到正常使用的原有标高高度，支座发挥正常作用。也就是说，更换支座处梁体的必需抬高值为：支座压缩量和支座放置施工间隙的总和。桥梁是由横向或纵向多个支座支撑的整体结构，逐个支座顶升更换法，只在一个支座处顶升、桥梁上部结构的一点局部抬高，会使得桥梁上部结构产生强大、额外附加的内力，将导致上部结构梁体发生损坏；即：逐个支座顶升更换法梁体抬升过程会对桥梁上部结构造成损伤。同时，新支座垫石的顶面标高根据支座的压缩量调整，而此压缩量是根据新支座将要承受的压力或原有座压缩量估算的，压缩量估算值和新支座实际压缩量之间肯定会存在偏差；此偏差终将导致支座更换后，其承受的桥梁上部梁体压力与设计（预期）值不同，支座更换后梁体的实际标高位置与预期位置存在差异，由此会改变桥梁上部结构的内力状况，影响桥梁的承载能力。
②部分支座（或逐墩）同步顶升更换法、全部支座（整体）同步顶升更换法
部分支座（或逐墩）同步顶升更换法和全部支座（整体）同步顶升更换法，同时顶升桥梁全部支座处的梁体或者部分支座（或逐墩）处的梁体，克服了逐个支座顶升更换法梁体抬升过程对桥梁上部结构造成损伤的弊端。但是，更换后支座垫石的顶面标高根据估计的支座压缩量确定，仍然存在支座最终承受的上部梁体压力与设计（预期）值不同，支座更换后梁体的实际标高位置与预期位置存在差异的缺陷。
同时，部分支座（或逐墩）同步顶升更换法和全部支座（整体）同步顶升更换法需要大量的千斤顶、严密的计算机液压同步控制系统、精确的梁体顶升量监测系统，梁体顶升过程要求的施工控制精度高、难度大，人员多，施工工期长，支座更换施工费用昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种桥梁支座的压力注浆更换方法，有效克服现有桥梁支座更换方法存在的三个缺陷：逐个支座顶升更换法单点顶升过程损坏桥梁上部结构梁体，部分支座（或逐墩）同步顶升更换法和全部支座（整体）同步顶升更换法设备复杂、费用昂贵，且均不能保证支座更换后承受的上部梁体压力与设计（预期）的相同或梁体标高位置与预期位置相同等。
本发明的技术方案是：
桥梁支座的压力注浆更换方法，采用支撑装置支撑住桥梁上部结构梁体后，拆除原支座以及垫石，在原支座处的桥墩墩顶或盖梁上层叠放置可上下伸缩的钢制缸体和新支座，按预设的压强或压力、向缸体内加压注浆，新支座升起支撑桥梁上部结构梁体、承受压力；缸体内材料凝固并达到预期强度后，拆除支撑装置，完成支座更换；
具体步骤分为前期准备和现场施工两个阶段；
第1步、前期准备阶段：
第1-1步，测量桥梁待更换支座处的垫石高度H1、桥墩墩顶或盖梁顶面到桥梁上部结构梁体的梁底的距离尺寸H，测量新支座的高度H2和使用中的原支座的高度H3，估算新支座受压后的压缩量ht=H2-H3；
第1-2步，制作可上下伸缩的缸体，缸体包括上缸体和下缸体，上缸体设有下开口，下缸体设有上开口，上缸体和下缸体的开口相对并扣合在一起；上缸体的顶部设有出气通道，出气通道上设有出口阀门，下缸体的一侧设有注浆通道，注浆通道上设有单向阀；
缸体直径应保证其截面面积不小于原支座垫石的平面面积，缸体压缩后的最小高度Hg1应满足其与新支座叠放可以顺利的置入桥梁梁体下方、原支座处位置的要求，即：Hg1+H2小于H；缸体伸长后的最大高度Hg2应满足其与新支座叠放可以将梁体顶升超过原有标高的要求，即：Hg2+H3>H；缸体伸缩处应做好密封；
第1-3步，通过实验，确定浆体和碎石的配置比例；浆体和碎石应满足经过一段时间后，能与碎石凝固、粘结在一起，形成密实体，具有不低于原支座垫石混凝土的强度；当缸体内空间较小时，取消碎石；
第1-4步，标定缸体顶升力达到支座设计压力值时的浆体注浆压强值；
具体为：将碎石装入缸体，装入碎石后缸体的高度略小于H-H2；把浆体从注浆孔注入缸体，注入过程中排除缸体中的空气；缸体注满浆体、空气排空后关闭缸体出口阀门；将压力传感器与缸体叠放置于自平衡反力架内，
继续向缸加压注浆；然后，上缸体顶出，压力传感器此时承压；标定出压力传感器压力值达到支座设计压力值时对应的浆体注浆压强值P；
第2步、现场施工阶段：
第2-1步，在桥梁将要更换支座处的桥墩墩顶或盖梁上，采用支撑结构支撑住支座上方的桥梁上部结构梁体；
第2-2步，用破除设备拆除原有支座下方的混凝土垫石，取出原支座；支座上方梁体沉降、落在支撑结构上，原来由原支座承担的梁体压力转移到支撑结构上；
第2-3步，在缸体中装入碎石，装满碎石缸体的高度应满足其与新支座叠放刚好可以顺利的置入桥梁上部结构梁体下方、原支座处位置的要求。
第2-4步，将浆体从注浆孔注入缸体，注入过程中应排除缸体中的空气；缸体注满浆体、空气排空后关闭缸体出口阀门。
第2-5步，将新支座叠放在充满碎石和浆体的缸体上，置入原支座位置；
第2-6步，继续向缸体中加压注入浆体，缸体向上伸长；使浆体注浆压强值达到准备阶段标定的值P，桥梁上部结构梁体的梁体略微抬升、恢复至原有标高位置；或者调整注浆压强值、缸体升降，使桥梁上部结构梁体达到预期的标高位置；
第2-7步，经过一段时间凝固，浆体与碎石凝固成整体，达到预期强度；然后拆除梁体支撑结构，完成支座更换-------。
第1-3步中，浆体为高流动性的浆体，具体为水泥砂浆或其它胶液、灌浆料。
第1-2步中，出气通道为出气管，注浆通道包括设置在下缸体上的注浆孔以及注浆管，注浆管上设有单向阀。
将浆体从注浆孔注入缸体采用的设备为压力注浆机。
两个支撑结构分别位于桥梁上部结构梁体和桥墩墩顶或盖梁之间原支座的左右两侧或前后两侧。
第2-1步，支撑结构为：用多层钢板配合千斤顶，或者采用落地钢支架。
支撑结构采用千斤顶时，可在拆除垫石前顶升千斤顶，使支撑结构提前承受梁体压力，并在拆除垫石过程中，采用百分表监测梁体的沉降情况，及时顶升千斤顶，保证梁体不发生沉降。
第2-5步中，可用薄钢板填充新支座与上方桥梁上部结构梁体的间隙。
上缸体和下缸体的横截面形状为圆形或矩形。
与现有的桥梁支座更换方法相比较，本发明的技术优势如下：
①本发明方法的支座更换过程中，桥梁上部结构梁体不抬升或其标高只在许可的范围内略微上下移动。可以有效避免现有的逐个支座顶升更换法需要抬升梁体、造成桥梁上部结构损伤的弊端。
②与现有的部分支座（或逐墩）同步顶升更换法和全部支座（整体）同步顶升更换法相比，本发明方法不需要大量的千斤顶、严密的计算机液压同步控制系统、精确的梁体顶升量监测系统，施工过程简单、技术难度低，施工费用较低。
③本发明通过调整缸体注浆的压强，可以改变支座更换后的承受桥梁上部结构梁体压力的大小，即：新支座承受梁体的压力可以调节。也可以改变注浆压强，使桥梁上部结构梁体达到预期的标高位置。可以有效克服现有桥梁支座更换方法支座最终承受的上部梁体压力不可调整、梁体标高位置不可调整，达不到与设计（预期）一致、最终影响桥梁承载能力的缺陷。
④由于不抬升桥梁上部结构梁体，在不损伤桥梁上部结构的条件下，本发明方法可以同时更换一个或多个支座。
附图说明
图1是前期准备阶段测量示意图；
图2是钢制缸体的结构示意图；
图3是图2的俯视图；
图4是标定装置的结构示意图；
图5是支撑结构支撑住支座上方梁体时的结构示意图；
图6是梁体拆除原支座后的结构示意图；
图7是加压注浆更换支座装置时的结构示意图；
图8是更换完成后的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的桥梁支座更换方法从总体上来说，为：支撑住桥梁上部结构梁体后，拆除原支座（含垫石）、层叠放置可上下伸缩的钢制缸体和新支座，按预设的压强（压力）向缸体内加压注浆，新支座升起支撑桥梁上部结构梁体、承受压力；缸体内材料凝固、达到预期强度后，拆除支撑，完成支座更换。
本发明的桥梁支座更换方法，分为前期准备和现场施工两个阶段，按先后顺序分别描述如下。
第1步、前期准备阶段：
第1-1步，如图1所示，原有桥梁从上到下依次为桥梁上部结构梁体1、原支座3、垫石4以及桥梁墩台2（简称墩台）或者盖梁，测量桥梁更换支座处的垫石高度H1、桥墩墩顶（或盖梁顶面）到梁底的距离尺寸H，测量新支座的高度H2和使用中原支座的高度H3，估算新支座受压后的压缩量ht=H2-H3。
第1-2步，用钢材制作可上下伸缩的缸体10，缸体10下方设置进口管（也称注浆管，附带流体只进不出的单向阀门），缸体10上方设置出口管（附带可关闭的阀门）。缸体直径应保证其截面面积不小于原支座垫石的平面面积，缸体压缩后的最小高度Hg1应满足其与新支座叠放可以顺利的置入桥梁梁体下方、原支座处位置的要求（即：Hg1+H2略小于H），缸体伸长后的最大高度Hg2应满足其与新支座叠放可以将梁体顶升超过原有标高的要求（即：Hg2+H3>H）。缸体伸缩处应做好密封，缸体应具有足够的承压强度。
如图2、3所示，钢制缸体包括圆柱形的缸体10，缸体10包括嵌套在一起的上缸体11和下缸体12，上缸体11设有下开口，下缸体12设有上开口，上缸体11和下缸体12的开口相对然后扣合在一起。上缸体11的顶部设有出气管13以及出口阀门14，下缸体12的一侧设有注浆孔15以及注浆管，注浆管上设有单向阀16。缸体10的横截面形状可以为圆形，也可以是椭圆形、矩形等其它形状。
第1-3步，通过实验，确定浆体和碎石的配置比例。
试验配置高流动性的浆体（水泥砂浆或其它胶液、灌浆料等）和选择碎石，浆体和碎石应满足经过一段时间后，能与碎石凝固、粘结在一起，形成密实体，具有不低于原支座垫石混凝土的强度。当缸体内空间较小时，可以不要碎石。
第1-4步，标定缸体顶升力达到支座设计（预期）压力值时的浆体注浆压强值。
取一个缸体10，将碎石装入缸体10，装入碎石后缸体10的高度略小于H-H2。用压力注浆机把浆体从注浆孔注入缸体10，注入过程中应排除缸体10中的空气。缸体10注满浆体、空气排空后关闭缸体出口阀门14。
如图4所示，为标定装置，标定装置包括自平衡反力架17和压力传感器18。自平衡反力架17为中间空的矩形框架。
将压力传感器18与缸体10叠放置于自平衡反力架17内，继续向缸体10加压注浆；上缸体11顶出、压力传感器承压；标定出压力传感器压力值达到支座设计（预期）压力值时对应的浆体注浆压强值P。
第2步、现场施工阶段：
第2-1步，在桥梁将要更换支座处的桥墩墩顶或盖梁上，用多层钢板配合千斤顶支撑住支座上方桥梁梁体；或者采用落地钢支架和其它有效方式支撑住支座上方的桥梁上部结构梁体。支撑结构应具备承受梁体压力的强度和刚度。如图5所示，在桥梁上部结构梁体1和墩台2之间两侧的位置各有一个支撑19进行支撑，两个支撑19分别位于原支座3和垫石4的两侧。
第2-2步，用风镐或其它破除设备，小心拆除原有支座下方的混凝土垫石，取出原支座。支座上方梁体略微沉降、落在支撑结构上，原来由原支座承担的梁体压力转移到支撑结构上。支撑结构采用千斤顶时，可在拆除垫石前顶升千斤顶，使支撑结构提前承受梁体压力，并在拆除垫石过程中，采用百分表监测梁体的沉降情况，及时顶升千斤顶，保证梁体不发生沉降（或使其沉降量在不造成桥梁上部结构损伤的许可范围以内）。
如图6所示，拆除原支座后的状况。在两个支撑19支撑作用下，将原有的原支座3和垫石4拆除。
第2-3步，在缸体10中装入碎石，装满碎石缸体10的高度应满足其与新支座20叠放刚好可以顺利的置入桥梁上部结构梁体1下方、原支座处位置的要求。
第2-4步，用压力注浆机将浆体从注浆孔15注入缸体10，注入过程中应排除缸体10中的空气。缸体10注满浆体、空气排空后关闭缸体出口阀门14。
第2-5步，如图6所示，将新支座20叠放在充满碎石和浆体的缸体10上，置入原支座位置。可用薄钢板填充新支座20与上方的桥梁上部结构梁体1的间隙。
第2-6步，如图7所示，开动压力注浆机，继续向缸体10中加压注入浆体，缸体10向上伸长；使浆体注浆压强值达到准备阶段标定的值P，桥梁上部结构梁体1的梁体略微抬升、恢复至原有标高位置。也可调整注浆压强值、缸体升降，使桥梁上部结构梁体1达到预期的标高位置。
第2-7步，经过一段时间，浆体与碎石凝固成整体，达到预期强度。此时，拆除梁体支撑结构，完成支座更换-------。如图8所示，为更换完成后的状况。
本发明相对现有技术的优点有：
①支座更换过程中，桥梁上部结构梁体只需要支撑，不需要抬升一定的高度。
②通过对设置在新支座下面的缸体加压注浆，顶升、压缩新支座，完成新支座承受梁体的过程。
③通过调整缸体注浆的压强，可以改变支座更换后的承受桥梁上部结构梁体压力的大小，即：新支座承受梁体的压力可以调节。
④通过调整缸体注浆的压强、缸体升降，可使桥梁上部结构梁体达到预期的标高位置。
⑤在不损伤桥梁上部结构的条件下，一次可以更换一个或多个支座。
Claims (9)
1.桥梁支座的压力注浆更换方法，其特征在于：采用支撑结构支撑住桥梁上部结构梁体后，拆除原支座以及垫石，在原支座处的桥墩墩顶或盖梁上层叠放置新支座和可上下伸缩的钢制缸体，按预设的压强或压力、向缸体内加压注浆，新支座升起支撑桥梁上部结构梁体、承受压力；缸体内材料凝固并达到预期强度后，拆除支撑结构，完成支座更换；
具体步骤分为前期准备和现场施工两个阶段；
第1步、前期准备阶段：
第1-1步，测量桥梁待更换支座处的垫石高度H1、桥墩墩顶或盖梁顶面到桥梁上部结构梁体的梁底的距离尺寸H，测量新支座的高度H2和使用中的原支座的高度H3，估算新支座受压后的压缩量ht=H2-H3；
第1-2步，制作可上下伸缩的缸体，缸体包括上缸体和下缸体，上缸体设有下开口，下缸体设有上开口，上缸体和下缸体的开口相对并扣合在一起；上缸体的顶部设有出气通道，出气通道上设有出口阀门，下缸体的一侧设有注浆通道，注浆通道上设有单向阀；
缸体直径应保证其截面面积不小于原支座垫石的平面面积，缸体压缩后的最小高度Hg1应满足其与新支座叠放可以顺利的置入桥梁梁体下方、原支座处位置的要求，即：Hg1+H2小于H；缸体伸长后的最大高度Hg2应满足其与新支座叠放可以将梁体顶升超过原有标高的要求，即：Hg2+H3>H；缸体伸缩处应做好密封；
第1-3步，通过实验，确定浆体和碎石的配置比例；浆体和碎石应满足经过一段时间后，能相互凝固、粘结在一起，形成密实体，具有不低于原支座垫石混凝土的强度；当缸体内空间较小时，取消碎石；
第1-4步，标定缸体顶升力达到支座设计压力值时的浆体注浆压强值；
具体为：将碎石装入缸体，装入碎石后缸体的高度略小于H-H2；把浆体从注浆孔注入缸体，注入过程中排除缸体中的空气；缸体注满浆体、空气排空后关闭缸体出口阀门；将压力传感器与缸体叠放置于自平衡反力架内，
继续向缸体中加压注浆；然后，上缸体顶出，压力传感器此时承压；标定出压力传感器压力值达到支座设计压力值时对应的浆体注浆压强值P；
第2步、现场施工阶段：
第2-1步，在桥梁将要更换支座处的桥墩墩顶或盖梁上，采用支撑结构支撑住支座上方的桥梁上部结构梁体；
第2-2步，用破除设备拆除原支座下方的混凝土垫石，取出原支座；支座上方梁体沉降、落在支撑结构上，原来由原支座承担的梁体压力转移到支撑结构上；
第2-3步，在缸体中装入碎石，装满碎石缸体的高度应满足其与新支座叠放刚好可以顺利的置入桥梁上部结构梁体下方、原支座处位置的要求;
第2-4步，将浆体从注浆孔注入缸体，注入过程中排除缸体中的空气；缸体注满浆体、空气排空后关闭缸体出口阀门;
第2-5步，将新支座叠放在充满碎石和浆体的缸体上，置入原支座位置；
第2-6步，继续向缸体中加压注入浆体，缸体向上伸长；使浆体注浆压强值达到准备阶段标定的值P，桥梁上部结构梁体的梁体略微抬升、恢复至原有标高位置；或者调整注浆压强值、缸体升降，使桥梁上部结构梁体达到预期的标高位置；
第2-7步，经过一段时间凝固，浆体与碎石凝固成整体，达到预期强度；然后拆除梁体支撑结构，完成支座更换-------。
2.根据权利要求1所述的桥梁支座的压力注浆更换方法，其特征在于：第1-3步中，浆体为高流动性的浆体。
3.根据权利要求1或2所述的桥梁支座的压力注浆更换方法，其特征在于：第1-2步中，出气通道为出气管，注浆通道包括设置在下缸体上的注浆孔以及注浆管，注浆管上设有单向阀。
4.根据权利要求1或2所述的桥梁支座的压力注浆更换方法，其特征在于：将浆体从注浆孔注入缸体采用的设备为压力注浆机。
5.根据权利要求1或2所述的桥梁支座的压力注浆更换方法，其特征在于：两个支撑结构分别位于桥梁上部结构梁体和桥墩墩顶或盖梁之间原支座的左右两侧或前后两侧。
6.根据权利要求1或2所述的桥梁支座的压力注浆更换方法，其特征在于：第2-1步，支撑结构为：用多层钢板配合千斤顶，或者采用落地钢支架。
7.根据权利要求1所述的桥梁支座的压力注浆更换方法，其特征在于：支撑结构采用千斤顶时，在拆除垫石前顶升千斤顶，使支撑结构提前承受梁体压力，并在拆除垫石过程中，采用百分表监测梁体的沉降情况，及时顶升千斤顶，保证梁体不发生沉降。
8.根据权利要求1或2所述的桥梁支座的压力注浆更换方法，其特征在于：第2-5步中，用薄钢板填充新支座与上方桥梁上部结构梁体的间隙。
9.根据权利要求1或2所述的桥梁支座的压力注浆更换方法，其特征在于：上缸体和下缸体的横截面形状为圆形。
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