彎箱梁橋扭轉(zhuǎn)偏移治理技術(shù)研究

□文/邱 欣

彎橋（或稱為曲線橋）對地形、地貌的適應(yīng)性較強(qiáng)且能適應(yīng)立交橋特殊、復(fù)雜的線形需要，因而在高等級公路和城市立交工程中應(yīng)用越來越廣泛。彎箱梁橋主要作用為實(shí)現(xiàn)立體交通的轉(zhuǎn)向功能，因此是互通立交橋極其重要的組成部分。

截至目前，天津市建設(shè)了幾百座大型立交橋，然而由于設(shè)計、受力、環(huán)境等多種因素作用，很多梁體隨著時間推移，逐漸發(fā)生了橫向位移、扭轉(zhuǎn)等病害，不僅影響了行車的舒適，而且給行車安全造成嚴(yán)重隱患。

1 病因分析

在定期檢查中，應(yīng)注意檢查伸縮縫是否有錯臺現(xiàn)象；欄桿是否順直；支座是否有局部脫空現(xiàn)象等。如果存在這些現(xiàn)象，則梁體很可能已經(jīng)發(fā)生了偏移和扭轉(zhuǎn)。梁體偏移、橋面橫坡發(fā)生變化的原因很多，本文對主要的病害原因進(jìn)行了分析。

1）溫度作用。溫度變化包括日照溫差和季節(jié)溫差兩種情況。日照溫差在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生溫度差而產(chǎn)生變形，這種變形在連續(xù)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生次內(nèi)力；季節(jié)溫差產(chǎn)生均勻溫度變化，使得連續(xù)梁結(jié)構(gòu)發(fā)生整體伸縮變形而不產(chǎn)生溫度次內(nèi)力。在季節(jié)溫度荷載的作用下，曲線梁是以固定支座為中心旋轉(zhuǎn)的。由于伸縮縫內(nèi)有殘余的混凝土，失去了伸縮作用，梁體徑向位移受阻，從而出現(xiàn)側(cè)向位移。

2）荷載作用。車輛行駛在曲線橋梁上對曲線梁體有豎向力（車輛重力）、切向力（制動力）、徑向力（離心力）。

車輛正常行駛時，豎向荷載會使梁體產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)耦合；車輛的偏載行駛會加劇這種耦合效應(yīng)。彎扭耦合可能會使箱梁梁端出現(xiàn)翹曲，當(dāng)梁端橫向約束弱時，梁體容易向彎道外側(cè)“爬移”。

車輛離心力會引起曲線箱梁的橫橋向位移，容易導(dǎo)致曲線梁橋伸縮縫剪切破壞和端部支座的破壞。超重車對橋梁的偏移及扭轉(zhuǎn)尤其嚴(yán)重。

3）預(yù)應(yīng)力鋼筋作用。曲線箱梁橋的預(yù)應(yīng)力鋼筋不僅有平面彎曲同時還有沿梁高度方向的豎向彎曲。相對來說，預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用力是作為外力施加在箱梁上的，預(yù)應(yīng)力鋼筋與曲線梁的相互作用形成了一個空間受力體系。箱梁豎向和水平方向預(yù)應(yīng)力鋼筋對主梁的作用力可簡化為兩種：一種是軸向壓力N，另一種是曲線鋼筋對箱梁的均布力q。曲線半徑越小的橋梁，預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生的徑向力就越大。預(yù)應(yīng)力鋼筋徑向力作用點(diǎn)位于主梁截面剪切中心以上或以下時，鋼筋徑向力都會對箱梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用。

4）其他因素。周圍環(huán)境的影響，像高層建筑施工、盾構(gòu)施工、打拔樁施工、基坑開挖降水等均有可能引起墩柱傾斜，梁體受力發(fā)生改變，從而使梁體發(fā)生偏移。

2 糾偏方法

糾偏是利用支架系統(tǒng)將梁體頂起，平移并調(diào)整姿態(tài)后再將梁落于支座上，從而使梁體恢復(fù)橋梁竣工時的狀態(tài)。

2.1 支撐系統(tǒng)

支撐系統(tǒng)分為3種形式：鋼管支撐系統(tǒng)、鋼管混凝土支撐系統(tǒng)、無支架（利用墩頂）系統(tǒng)。

鋼管支撐系統(tǒng)特點(diǎn)是需做支撐基礎(chǔ)，也可以部分利用橋墩承臺；橫向穩(wěn)定性一般，焊接工作量大，鋼材需求量大，但鋼材可以重復(fù)利用。

鋼管混凝土支撐系統(tǒng)特點(diǎn)是豎向承載力大，基本能全部利用承臺，工程量小，但是橫向、豎向穩(wěn)定性較差，頂升過程中偏載嚴(yán)重，需對承臺及基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)算。

無支架系統(tǒng)特點(diǎn)是利用扁頂進(jìn)行頂升，只需用腳手架支架進(jìn)行保護(hù)即可，前提是墩頂有足夠的操作空間。無支架系統(tǒng)也需提前對橋墩偏心受壓進(jìn)行驗(yàn)算，以免橋墩在糾偏過程中發(fā)生傾斜。

2.2 頂升方法

以鋼管支架支撐系統(tǒng)為例，介紹頂升方法。

1）頂升支架方案。在處理好的混凝土基礎(chǔ)上架設(shè)臨時群鋼管支架，鋼管間橫撐采用槽鋼焊接。群鋼管支架與基礎(chǔ)之間植筋進(jìn)行連接。臨時群鋼管支架頂部設(shè)置枕梁（頂梁平臺）及橫移梁滑道，千斤頂上設(shè)置托梁。在糾偏過程中，群鋼管支架會受到較大的水平力，因此鋼管之間連接須保證焊接質(zhì)量。托梁上安放1 cm厚的氯丁橡膠帶，橡膠帶直接與梁底接觸。

2）頂升順序。關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是箱梁的整體頂升施工，頂升過程共分10個階段：邊墩單獨(dú)頂升→零橫坡調(diào)整→頂升力分級控制頂升階段→豎向位移頂升階段→橫向位移調(diào)整階段→梁體回落在臨時支撐上→二次頂升階段→梁體一次回落階段→姿態(tài)調(diào)整階段→梁體二次回落階段。

頂梁前須先解除梁體的約束。整個糾偏過程要在臨時墩上進(jìn)行。糾偏同時，根據(jù)實(shí)際檢查情況決定是否更換抗扭支座，調(diào)整支座至設(shè)計位置并落梁到支座上。為防止箱梁在繼續(xù)使用過程中產(chǎn)生新的偏移，在各墩臺頂部應(yīng)設(shè)置橫向限位。

3）油路控制。頂升過程中，采用一油泵二千斤頂?shù)目刂品椒?。同步頂升與單項(xiàng)頂升配合。美國、日本液壓閥自動控制，靈敏度決定同步頂升。

4）千斤頂布置。由于千斤頂?shù)牟贾命c(diǎn)沒有在墩頂梁體的橫隔板位置，所以須在每個肋板下設(shè)置千斤頂，保證梁體受力均衡。墩頂安放扁千斤頂，周圍布置保護(hù)鋼管支架。

5)變形及位移控制。頂升過程中的控制以頂力值和位移雙控，在梁體沒有頂起前以頂力控制，梁體一旦頂起后則對位移進(jìn)行控制。為了便于指揮人員和油泵操作人員在頂力控制階段能準(zhǔn)確掌握各墩頂力，根據(jù)各墩計算反力值換算出各墩頂力分級讀數(shù)，頂升采用分級循環(huán)頂升，每級頂力增加計算值的10%，直至達(dá)到理論計算值即100%。若梁體仍未被頂起位移，則要分析原因。由于梁體位移屬于剛性強(qiáng)迫位移，應(yīng)將墩內(nèi)外側(cè)千斤頂?shù)捻斄Σ羁刂圃谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)，各墩處梁體的變位與計算值差異≯5 mm，這也是設(shè)計提供的控制值，以避免引起過大的應(yīng)力集中造成梁體破壞。同時，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全監(jiān)測預(yù)警，對構(gòu)件裂縫及位移進(jìn)行監(jiān)測控制。

2.3 安全控制

為保證梁體在頂升、糾偏、維修過程中絕對安全，除了設(shè)計、施工方面嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，還需對糾偏全過程進(jìn)行監(jiān)測。

1）線形觀測。對頂升梁體的墩頂及跨中進(jìn)行線形觀測，測量頂升部位千斤頂相應(yīng)的行程并隨時頂升隨時觀測橫坡，確保梁體的線形在控制之中。

觀測點(diǎn)主要包括橋墩沉降觀測、橋墩傾斜、梁體橫向偏移、梁體縱向滑移、梁體扭轉(zhuǎn)5個方面的內(nèi)容，見表1。

表1 線形觀測項(xiàng)目

2）應(yīng)力監(jiān)測。頂升過程中為了保證頂升系統(tǒng)及梁體墩柱的安全，在梁體、墩柱及支架的關(guān)鍵部位表面安裝應(yīng)變傳感器。

應(yīng)變傳感器沿箱梁縱向布置于箱梁頂部和相鄰墩的底板，墩柱測點(diǎn)布置在豎向兩相鄰面的中軸線位置，支架測點(diǎn)布置在角點(diǎn)立柱。保證監(jiān)測梁體、墩柱及支架的抗拉抗壓強(qiáng)度不超出構(gòu)件的強(qiáng)度要求。

3）位移監(jiān)測。墩柱上布置位移傳感器，測量箱梁相對于墩柱的豎向和水平向變位。

2.4 維修工程

糾偏過程中因?yàn)榱后w變形已經(jīng)形成，所以不能完全恢復(fù)橋梁原有狀態(tài)，為保證行車舒適性及安全性，需對橋梁進(jìn)行維修。

維修項(xiàng)目包括對應(yīng)力較大橋墩進(jìn)行加固；設(shè)置拉力支座；對橋面欄桿、地袱、瀝青橋面、伸縮縫進(jìn)行接順維修；裂縫補(bǔ)強(qiáng)和維修。

3 結(jié)語

彎箱梁橋的特點(diǎn)決定了其體積重心在橋軸線的外弧側(cè)，即重力作用就會產(chǎn)生向外翻轉(zhuǎn)的扭矩，加上荷載離心力，日照溫差及季節(jié)溫差以及超重車輛，因而產(chǎn)生偏移和扭轉(zhuǎn)，應(yīng)在以后設(shè)計中采取一些防范和抵抗措施，對超重車輛加大管控措施。

[1]陳 亮，代征軍，吳平平.高速公路彎橋扭轉(zhuǎn)分析及同步頂升處理方法[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2008，（10）：117-119.

[2]崔 毅，楊 渡，楊玉淮.十一徑路立交橋連續(xù)箱梁的糾偏復(fù)位工程[J].天津建設(shè)科技，2002，（S1）：37-40.

[3]王新豐.鋼箱連續(xù)曲線梁橫向位移原因分析[J].中國科技信息，2007，（11）：40-42.