橋梁加固維護(hù)施工監(jiān)控研究

■顧 威 ■遼寧省交通高等?？茖W(xué)校，遼寧 沈陽 110122

近年來橋梁加固維護(hù)工程逐漸增多［1-4］，沈陽市某橋采用體外預(yù)應(yīng)力形式對橋梁進(jìn)行加固取得了良好效果，在加固維護(hù)施工過程中進(jìn)行了全程橋梁加固維護(hù)施工監(jiān)控。

1 橋梁概況

該橋上部結(jié)構(gòu)采用三孔變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。全橋橋?qū)?5.5m，分上、下行橋修建，每半幅橋采用單箱單室斷面。橋墩22#墩中心線為變坡點(diǎn)，左側(cè)設(shè)+2%縱坡，右側(cè)設(shè)-3%縱坡，豎曲線要素為R=4500m，T=112.45m，E=1.406m;主橋平面位于直線段與緩和曲線上，直線段內(nèi)橫向坡度為雙向1.5%，緩和曲線段內(nèi)橫向坡度由雙向1.5%過渡為單向2.31%。

主橋上部結(jié)構(gòu)主梁采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，每半幅橋箱梁頂面寬度為12.5m，底面寬度為6.9m，翼緣板長為2.8m，箱梁頂、底板橫向?yàn)槠狡?，橋面橫坡由橋面鋪裝形成。箱梁根部斷面梁高為5.5m，跨中及邊跨合攏段斷面梁高為2.3m。底板厚度箱梁根部斷面為70cm，跨中及邊跨合攏斷面為30cm。頂板厚度為30cm，腹板厚度采用40cm、60cm兩種。

主橋縱向預(yù)應(yīng)力鋼束分頂板束和底板束兩種，頂、底板鋼束均采用9φj15.24mm 鋼絞線，設(shè)計張拉噸位為 1740KN、1699KN、1652KN，相應(yīng)錨具采用OVM15-9型;橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用φs5mm碳素鋼絲，設(shè)計張拉噸位565KN，采用一端張拉方式，張拉端錨具采用GZ5-24型弗氏錨具，非張拉端配置DM5B-24鐓頭錨板;豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用直徑為25mm的高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋，設(shè)計張拉噸位為331KN，采用梁頂一端張拉方式，配φ25軋絲錨具。

2 主橋病害情況

該橋梁經(jīng)過多年的運(yùn)營，出現(xiàn)了較多的病害。該橋主橋存在如下的病害:(1)多處橋面鋪裝和伸縮縫損壞嚴(yán)重。防撞墻和中央分隔帶破損現(xiàn)象嚴(yán)重;表層混凝土開裂、脫落，鋼筋銹蝕、外露。中央分隔帶有部分缺失現(xiàn)象。東、西兩幅橋連接處滲水嚴(yán)重。(2)各跨箱梁腹板和頂板均有裂縫［5］，箱梁底板開裂現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

箱梁腹板裂縫主要為斜向裂縫，越靠近跨中傾斜角越小，在跨中4m范圍內(nèi)為豎向裂縫;箱梁頂板裂縫為順橋向裂縫，箱梁頂板裂縫主要集中在各幅橋箱梁中心線附近;除東幅橋跨中少數(shù)裂縫有滲水現(xiàn)象外，其它各裂縫尚未發(fā)現(xiàn)滲水現(xiàn)象。見裂縫分布圖1。

圖1 該橋東幅邊跨裂縫分布示意圖

3 主橋處理措施

3.1 抑制腹板裂縫措施

通過腹板內(nèi)側(cè)加厚腹板，并在其內(nèi)增設(shè)縱向腹板束，來大大改善箱梁腹板縱、橫向主拉應(yīng)力狀況，進(jìn)而在后期的運(yùn)營過程中，抑制腹板裂縫進(jìn)一步發(fā)展。

3.2 增設(shè)底板體外縱向預(yù)應(yīng)力鋼束及腹板束

在箱體內(nèi)布置底板體外束及腹板束來提高橋梁的承載力，使維護(hù)后的結(jié)構(gòu)維持汽車-20級、掛車-100標(biāo)準(zhǔn)，并保證有一定的安全儲備。

4 施工監(jiān)控方法

目前在加固施工橋梁施工控制方面應(yīng)用較多的為自適應(yīng)控制理論。對于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，施工中每個工況的受力狀態(tài)達(dá)不到設(shè)計所確定的理想目標(biāo)的重要原因是計算模型中計算參數(shù)的取值問題，主要是混凝土彈性模量、材料的容重、徐變系數(shù)和永存預(yù)應(yīng)力等與施工中實(shí)際情況有一定的差距以及環(huán)境溫度、臨時荷載的影響。要得到比較準(zhǔn)確的控制調(diào)整措施，必須先根據(jù)施工中實(shí)測到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)來修正計算模型中的這些參數(shù)值，以使計算模型在與實(shí)際結(jié)構(gòu)磨合一段時間后，自動適應(yīng)結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)規(guī)律，當(dāng)計算模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)相吻合后，再用計算模型來指導(dǎo)以后的施工，這就是自適應(yīng)控制的基本原理。在閉環(huán)反饋控制基礎(chǔ)上，再加上一個系統(tǒng)辯識過程，整個控制系統(tǒng)就成為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。

主梁變形觀測內(nèi)容中主要包括以下幾個方面:

(1)措施及測點(diǎn)布置

測量橋面標(biāo)高及水平變位，各橋跨的墩頂、L/8、L/4、L/2處箱梁中心線及兩翼緣板端部各一點(diǎn)，共150點(diǎn)。

(2)實(shí)施內(nèi)容要點(diǎn)

①鑿除鋪裝后上述各點(diǎn)的橋面標(biāo)高;②張拉完底板縱向體外預(yù)應(yīng)力鋼束后測量各點(diǎn)的橋面標(biāo)高，并且施工過程中定期測量各點(diǎn)的橋面標(biāo)高;③澆筑完腹板加厚段混凝土后各點(diǎn)的橋面標(biāo)高;④張拉完腹板束后各點(diǎn)的橋面標(biāo)高;⑤加固施工完成后測量各點(diǎn)的橋面標(biāo)高。

5 施工監(jiān)控數(shù)據(jù)分析

5.1 位移數(shù)據(jù)分析

主橋西箱的邊跨底板束張拉以后，隨即對全橋的西箱各跨跨中位移進(jìn)行測量。邊跨張拉對中跨和遠(yuǎn)端邊跨跨中位移的影響很小，中跨張拉后對邊跨跨中位移影響亦很小;主橋東箱的邊跨底板束張拉以后，隨即對全橋的東箱各跨跨中位移進(jìn)行測量。邊跨張拉對中跨和遠(yuǎn)端邊跨跨中位移的影響很小，中跨張拉后對邊跨跨中位移影響亦很小。

主橋西箱、東箱各跨的位移上拱值均小于理論計算值，校驗(yàn)系數(shù)在0.448～0.936之間，說明在底板束張拉時，橋梁處于安全施工狀態(tài)，施工過程中的橋梁剛度滿足要求。

腹板預(yù)應(yīng)力束張拉后并進(jìn)行灌漿后，進(jìn)行各跨跨中位移測量，各跨跨中位移沒有明顯變化。

從上拱值可以看出，張拉底板預(yù)應(yīng)力束對橋梁的剛度有一定的提高，說明底板預(yù)應(yīng)力束對主橋全橋的剛度有一定程度的貢獻(xiàn)，能夠改善并提高主橋在使用過程中的剛度;腹板預(yù)應(yīng)力束對橋梁的剛度的貢獻(xiàn)不明顯。

從位移的角度看，該橋加固維修工程在底板預(yù)應(yīng)力束張拉和腹板預(yù)應(yīng)力束張拉施工過程中，橋梁處于安全施工狀態(tài)，達(dá)到加固設(shè)計的要求。

5.2 應(yīng)變數(shù)據(jù)分析

主橋西箱的邊跨底板束張拉以后，隨即對全橋的西箱各跨跨中應(yīng)變進(jìn)行測量。邊跨張拉對中跨和遠(yuǎn)端邊跨跨中應(yīng)變的影響很小，中跨張拉后對邊跨跨中應(yīng)變影響亦很小;主橋東箱的邊跨底板束張拉以后，隨即對全橋的東箱各跨跨中應(yīng)變進(jìn)行測量。邊跨張拉對中跨和遠(yuǎn)端邊跨跨中應(yīng)變的影響很小，中跨張拉后對邊跨跨中應(yīng)變影響亦很小。

主橋西箱、東箱各跨的應(yīng)變值均小于理論計算值，校驗(yàn)系數(shù)在0.603～0.939之間，說明在底板束張拉時，橋梁處于安全施工狀態(tài)，施工過程中的橋梁應(yīng)力狀態(tài)滿足要求。

腹板預(yù)應(yīng)力束張拉后并進(jìn)行灌漿后，進(jìn)行各跨跨中位移測量，邊跨跨中箱梁頂板應(yīng)變值平均增加30με，中跨跨中箱梁頂板應(yīng)變增加75με?？梢姼拱孱A(yù)應(yīng)力束在底板預(yù)應(yīng)力束的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改善了主橋主梁的應(yīng)力狀態(tài)。

從應(yīng)變值可以看出，張拉底板預(yù)應(yīng)力束對橋梁的強(qiáng)度有一定的提高，說明底板預(yù)應(yīng)力束對主橋全橋的強(qiáng)度有一定程度的貢獻(xiàn)，能夠改善并提高主橋在使用過程中的應(yīng)力狀態(tài);腹板預(yù)應(yīng)力束對橋梁的應(yīng)力狀態(tài)能夠進(jìn)一步的改善。僅預(yù)應(yīng)力束張拉對主橋各應(yīng)變測點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了全截面受壓。

從應(yīng)變的角度看，該橋加固維修工程在底板預(yù)應(yīng)力束張拉和腹板預(yù)應(yīng)力束張拉施工過程中，橋梁處于安全施工狀態(tài)，達(dá)到加固設(shè)計的要求。

溫度應(yīng)力實(shí)測值在底板預(yù)應(yīng)力束張拉前后變化較小;腹板混凝土澆筑后的收縮徐變值對主橋影響較小。

6 結(jié)論

(1)從位移的角度看，該橋加固維修工程在底板預(yù)應(yīng)力束張拉和腹板預(yù)應(yīng)力束張拉施工過程中，橋梁的剛度處于安全施工狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到加固設(shè)計的要求。

(2)從應(yīng)變的角度看，該橋加固維修工程在底板預(yù)應(yīng)力束張拉和腹板預(yù)應(yīng)力束張拉施工過程中，橋梁的強(qiáng)度處于安全施工狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到加固設(shè)計的要求。

(3)預(yù)應(yīng)力束的張拉值均滿足規(guī)范要求。全橋在施工過程中強(qiáng)度和剛度對應(yīng)實(shí)測值均小于理論值，說明全橋在施工過程中處于安全施工狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到加固設(shè)計的要求。

［1］趙友松，付勝利，周應(yīng)新，王浩，孫武云，袁杰.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的施工監(jiān)控［J］.公路.2009(04).

［2］文武松.蘇通大橋輔橋連續(xù)剛構(gòu)施工控制［J］.橋梁建設(shè).2008(04).

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［4］曾德榮.橋梁施工監(jiān)測應(yīng)力真值分析方法［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報.2005(06).

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