桥梁纠偏复位控制技术及应用

2018-01-03王景山王翠英

城市道桥与防洪 2017年12期

关键词：梁底梁体现浇

王景山，王翠英

（湖北工业大学，湖北武汉 430000）

桥梁纠偏复位控制技术及应用

王景山，王翠英

（湖北工业大学，湖北武汉 430000）

在支座施工偏差条件下，先简支后连续桥梁在长期运营过程中，因温度效应和汽车制动力的作用，可能会出现墩柱倾斜、梁体纵向移位、伸缩缝卡死、支座滑移脱空等病害。以某高速公路桥头大桥上述病害为例，概述其病害成因，结合维修加固工程实践，阐述采用多跨径整体同步顶升梁体并利用上部结构作为反力架对桥墩进行纠偏的技术，为日后类似桥梁纠偏问题提供参考和依据。

墩柱倾斜；梁体偏移；桥梁纠偏；同步顶升；高桥墩

1 桥梁概况

桥头大桥左幅设计采用原交通部颁发的《公路工程技术标准》（JTJ 001-97）规定的山区高速公路标准，计算行车速度100 km/h，双向4车道，桥梁设计荷载等级为汽车—超20级，挂车—120。起点ZK7+971.46至ZK8+297.416位于R=6 000 m的左偏圆曲线上，ZK8+297.416至桥梁终点ZK8+578.54位于R=3 000 m的右偏圆曲线上，桥梁纵断面位于R=12 600 m的竖曲线上，变坡点为ZK8+474.113，桥梁起点至变坡点纵坡为-3%，变坡点至桥梁终点纵坡为-1.6%。路线纵坡3.0%+1.6%组合坡均为全上坡路段，桥面横坡为2%。上部结构采用先简支后连续预应力混凝土T梁，单幅桥设置5榀T型梁，桥跨布设为20 m×30 m，4跨一联，累计5联；下部桥墩采用双柱式桥墩，桩底嵌入中风化砂岩或灰岩，1#～3#、19#桥墩桩柱直径采用高约12 m、直径1.6 m柱接1.8 m桩，4#～18#桥墩采用高12～26 m、直径1.8 m柱接2 m桩。0#、4#、8#、12#、16#、20# 桥墩设置有伸缩缝，采用QMF80型钢伸缩缝。该桥采用盆式支座，每联居正中间桥墩采用固定支座设置。

桥头大桥于2004年5月开始施工，2006年10月建成通车,位于常年最高气温高于40℃、最低气温低于-5℃、四季分明的山区。桥头大桥左幅2012年的交通流量日平均3 000辆。2012年养护检查中发现伸缩缝的缝宽异常，继续深入检测又发现立柱倾斜并出现竖向及环向开裂、梁板滑移致部分支座失效等病害。

2 桥梁主要病害

（1）部分桥梁伸缩存在异常现象，伸缩缝的缝宽浮动范围:0＃台处 5.44～5.82 cm，4＃墩处14.04～16.7 cm，8＃墩处 1.068～1.94 cm，12＃墩处 8.52～8.736 cm，16＃墩处 3.89～4.14 cm，20＃台处1.774～4.3 cm。

（2）8＃、12＃、16＃桥墩柱存在不同程度的异常倾斜、墩顶支座钢板锈蚀、部分支座滑移过大失效、墩顶伸缩缝损坏、墩柱多处出现竖向及环向开裂（裂缝最宽0.24 mm）。

（3）全桥设置伸缩缝6道，伸缩缝处桥墩4#、8#、12#、16#桥墩立柱顶偏位方向均向上坡侧，第2、3、4 联设置固定支座桥墩 6#、10#、14# 桥墩柱顶偏位方向均向下坡侧。根据实测，以设置固定支座桥墩为参照点，第2联向下坡侧滑移了7.52 cm，第3联向下坡侧滑移了1.4 cm，第4联向下坡侧滑移了9.85 cm。

图1为立柱偏位及伸缩缝现状示意图。

3 病害成因分析

对桥头大桥桥墩偏位原因进行分析，有以下几个方面。

（1）当梁底支撑面不水平，由重力荷载对立柱产生水平推力。桥梁纵坡为3%～1.6%，因梁底支撑面不水平，支座偏压受力，梁板传递给立柱顶的力不仅包含竖向力，也有顺桥下坡向的水平推力，而且梁底支撑面斜置角度越大，立柱顶承受下坡向的水平推力也越大。由图2可知，因梁底支撑面不水平，固定支座处立柱顶承受的水平推力方向为顺桥下坡向。

图1 立柱偏位及伸缩缝现状示意图

图2 重力荷载对柱顶水平推力分析示意图

同时，当梁底支撑面不水平，温差效应产生水平推力。当梁底支撑面不水平，立柱依靠自身刚度及变形协调抵抗偏压荷载产生水平力。立柱为压弯构件，立柱顶水平位移越大，立柱弹性抵抗力越大。由图3可知，升温时梁板热胀伸长，杆件P-△效应以及立柱回复变位的弹性抵抗力约束梁体。A跨向下坡侧伸长滑移，B跨向上坡侧伸长滑移，因梁底支撑面不水平，B跨与立柱支撑点受到立柱的弹性抵抗力要强些，即F1＞F2。升温时立柱顶被A跨和B跨共同作用推着向上坡向与梁板产生相对位移。降温时梁板长度缩小，同样道理，A跨向上坡侧缩短滑移，B跨向下坡侧缩短滑移，A跨与立柱支撑点受到立柱的弹性抵抗力要强些，即F2＞F1。降温时立柱顶相当于被B跨拖住无法回复原位。在年复一年的剧烈温差反复作用下，因梁底支撑面不水平，立柱顶（伸缩缝处）有不断向上坡侧偏移的趋势，产生无法回复原位的累积滑移变位。该原因是导致伸缩缝处桥墩向上坡向倾斜的主因。

（2）车辆荷载制动力。车辆在制动过程中，产生与行驶方向一致的制动力，故墩柱需承受向上坡方向的制动力。当梁底支撑面不水平，因有效接触面积的减少，梁底支撑面约束板梁滑移的能力降低，达到临界状态时，梁板与立柱之间产生无法回复的滑动相对位移。由图4可知，车辆在制动过程中，产生向上坡向的制动力。

图3 升温、降温对立柱顶摩阻力作用方向示意图

图4 车辆制动力作用方向示意图

（3）支座钢板锈蚀严重，支座与混凝土接触面摩擦系数增大，无法正常滑动回复原位，当墩柱顶支座摩擦系数存在差异时也会产生不平衡水平推力。

综上所述，病害产生的主要原因是由于桥头大桥处于纵坡为3.0%+1.6%组合上坡的S平曲线上，部分T梁梁底支撑面不水平造成支座与梁底没有紧密接触，在温度效应、汽车制动力、梁体位移后产生的偏压、支座钢板锈蚀和混凝土的水侵破坏等综合因素的长期共同作用下，影响了结构的正常回复原位，造成不断累积单向滑动相对位移。病害的主要表现为多联梁体下坡向移动、多个固定支座墩顶下坡向倾斜和伸缩缝处墩柱上坡向倾斜、多个立柱环向裂缝、部分伸缩缝拉开和坡底桥台伸缩缝顶死、相当一部分支座变形破坏等。

4 纠偏控制技术

本次纠偏采用同步顶升桥梁结构并安装反力架，以桥墩或梁体反力架做承力点，通过千斤顶顶推纠偏工艺。

4.1 纠偏施工

建议对墩的支座偏位允许值可参照《建筑物倾斜纠偏技术规程》，设计单位通过结构验算后提出的结构计算允许值确定，并根据此值范围内各伸缩缝处的实际情况设置限位装置。

4.1.1 竖向同步顶升

进场前，顶升所用的千斤顶、油泵、油管、百分表等设备应在法定的计量技术检测机构配套校验；必须有足够的承载力、刚度和稳定性的操作平台；准备竖向顶升千斤顶支架，千斤顶采用液压扁形千斤顶连动整体顶升，千斤顶要求放置在盖梁或支架的顶端，通过高压电动油泵向千斤顶供油；采用平衡分流阀和自动监测系统来控制梁体的起顶高度，当梁体达到支座调整操作高度后，千斤顶持荷，保持梁体高度。

（1）先进行试顶：可先顶升1 mm，让液压扁形千斤顶和现浇连续梁以及立柱、盖梁等之间，整体均衡受力。

（2）顶升施工：顶升时，进行分级顶升，每分级顶升量为2 mm。先顶升2 mm，观测立柱和现浇连续梁的受力变化及受力均衡状态，无异常，再将现浇连续梁顶升2 mm，再次观测立柱和现浇连续梁的受力变化及受力均衡状态，再顶升2 mm，再次观测立柱和现浇连续梁的受力变化及受力均衡状态，这样经过反复操作后，将现浇连续梁抬离支座8 mm。

顶升时统一泵油步骤，每台千斤顶的泵油速率相等，保持各千斤顶的行程一致，缓慢平稳地抬升现浇连续梁。每阶段顶升到位后，统一在梁底安放钢块或用千斤顶保压，起临时支撑作用。临时支撑的放置位置应考虑新支主座安装宽度等因素。图5为顶升千斤顶安装图。

4.1.2 纵向纠偏,反力架安装

与竖向顶升相同，水平向顶升采用液压千斤顶，采用平衡分流阀和自动监测系统来控制梁体的纠偏量，当梁体达到原设计位置后，设置临时支撑，保证梁体位置。

图5 顶升千斤顶安装图

水平向顶升千斤顶等安装完毕后：

（1）先进行试顶。试顶可先顶升1 mm，让扁形千斤顶和现浇连续板以及反力支撑之间整体均衡受力。

（2）纠偏施工。纠偏时，进行分级纠偏，每分级顶升量为2 mm，观测反力支撑和现浇连续梁的受力变化及受力均衡状态，无异常，再将现浇连续板顶升2 mm，再次观测反力支撑和现浇连续梁的受力变化及受力均衡状态，再顶升5 mm，再次观测立柱和现浇连续板的受力变化及受力均衡状态，这样经过反复操作后，将箱梁横向顶升到设计位置。

纠偏复位要增设梁底支撑面楔形调平块确保支座顶水平设置，纠偏初期设置临时限位装置确保纠偏整治，纠偏结束要设置纵向固定限位装置。图6为水平纠偏千斤顶安装图。

4.1.3 纠偏注意事项

纠偏整个过程要进行实时监控，严格纠偏力的控制，区分正常纠偏和施工偏差，不要产生附加内力，严禁产生反力。纠偏要循序渐进，复位时要加强观测，包含千斤顶读数变化，同时防止产生人为裂缝，产生新的病害。对于残余变形、施工偏差，在制定纠偏预案时要注意收集历年检测资料，并考虑材料性能蜕化等相关因素，及时分析，控制纠偏速率、施加应力、工序顺序等，保证适度纠偏和纠偏效果。

4.1.4 支座更换,设置滑移面

竖向、水平向顶升就位支撑完毕后，观测支座损坏情况，并对支座进行评估。考虑在纠偏施工结束后是否可重新利用或按设计要求进行更换，增设梁底支撑面楔形调平块,确保支座顶面、底面全断面水平接触。顶升T梁后，在支座位置设置临时滑移面。支座更换完成后，进行逐段卸载落梁，按顶升的相反程序进行。由于是在S曲线桥上顶升T梁，为防止T梁横向侧移，在T梁的横向侧设置限位装置。