淺談糾偏技術在橋梁改造中的應用

瞿志軍

（江蘇省南通市市政設施管理處，江蘇南通 226001）

1 工程概況

1.1 頂升概況

某快速化改造工程西起國強路MK0+200，東至寧啟高速MK6+500，見圖1，全線約6.3 km，全線分 A、B、C、D、E、F六個標段，其中 A標設計采用互通式立交，主要包括某MK0+200—TK1+123.653段的高架橋、匝道橋，雨污水管道以及地面改造工程。在改造中需對某落地段的橋梁進行整體調坡頂升改造。

圖1 改造總體效果圖

本次調坡頂升工程西起K1+389.138，東至K1+579.139，頂升段橋梁全長190 m，為兩聯(lián)共六跨預應力連續(xù)箱梁（3×30）m+（32.5+35+32.5）m，橋面寬度24.3 m，橫斷面布置：0.4 m（防撞護欄）+23 m（機動車道）+0.4 m（防撞護欄），上部結構采用預應力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁為單箱三室箱梁，汽車荷載等級為公路-I級。下部結構采用雙柱式花瓶墩，組合式橋臺，鉆孔灌注樁基礎。調整頂升高度為20～4 498 mm，頂升面積為4 655 m2。

圖2 頂升前照片

圖3 頂升后照片

1.2 糾偏概況

頂升最后幾個行程中，隨著坡度的增大，板縫凹凸不平的部分產生部分頂緊現(xiàn)象，一個行程落梁時，出現(xiàn)較大的橫向偏移。因頂升時所有支撐均為臨時支撐，不能承受很大的水平力。故頂升過程中未再進行糾偏，待立柱澆筑完成后再進行糾偏復位工作。第二聯(lián)的4#墩右側～7#墩的橫向位移如表1所示，導致4#墩右側與4#墩左側有錯臺，現(xiàn)場情況見圖4。

需要對這4個橋墩進行橫向糾偏處理。目前現(xiàn)場墩柱已經施工完畢，支座頂部的楔形鋼板與原支座預埋鋼板焊接完畢，盆式支座已安裝但未受力，支座下鋼板澆筑在墊石上，但支座下錨栓留有鋼護筒，鋼護筒與支座錨栓的空隙距離約有6 cm，糾偏后可以調節(jié)支座的位置，頂升千斤頂均未拆除，現(xiàn)場情況照片見圖5和圖6。根據目前現(xiàn)場條件，盡量對箱梁向南糾偏復位，糾偏移位距離目標值為3～5 cm。

表1 橫向偏移誤差表（單位：cm）

圖4 偏移現(xiàn)場圖

圖5 現(xiàn)場墩柱照片

圖6 現(xiàn)場盆式支座照片

2 方案概述

2.1 編制依據

（1）《鋼結構設計規(guī)范》(GB50017－1988)；

（2）《機械設備安裝工程施工及驗收規(guī)范》(GB50231－1998)；

（3）《機械安全、機械電氣設備第32部分：起重機械技術條件》(GB5226.2-2002)；

（4）《焊接質量要求 金屬材料的熔化焊 第四部分基本質量要求》(GB/T12467.4)；

（5）《液壓系統(tǒng)通用技術條件》(GB/T3766-2001)；

（6）《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62-2004)；

（7）《公路橋梁盆式支座》(JT/T J391-2009)；

（8）《聚四氟乙烯板材》(QB/T 3625-1999)；

（9）類似頂推法架橋及房屋頂推平移案例[1-2]。

2.2 總體方案

利用箱梁底部原來的支座預埋鋼板與楔形鋼板作為頂推的上部結構，利用在墩柱頂部設置頂推反力支架，對現(xiàn)有支座上下鋼板進行連接固定，然后在支座上鋼板與箱梁底的楔形鋼板之間安裝涂硅脂油的聚四氟乙烯板及不銹鋼板作為滑移面，然后對梁體進行整體糾偏移位，復位后抽出四氟乙烯板，落梁，對支座下錨栓進行灌漿固定連接。平移機構由液壓泵站提供動力，液壓油缸做驅動，并由計算機系統(tǒng)實現(xiàn)集中控制，可以實現(xiàn)同步平移和單點微調[3]。并可以通過壓力傳感器實時監(jiān)測實際頂推力；位移傳感器監(jiān)測位移，箱梁底部設置水平尺監(jiān)測橋梁的姿態(tài)。

項目工期需要準備工作10天，施工2天。

現(xiàn)場照片見圖7。

圖7 現(xiàn)場照片

3 施工步驟及主要工藝

3.1 施工步驟

工作步驟概況為：頂升→安裝滑移面→下落→平移→頂升→拆除滑移面→落梁。主要糾偏施工工序如下：

（1）施工準備，對支座上下鋼板間利用槽鋼12 a進行連接固定，防止支座移動；

（2）反力支架制作及安裝；

（3）利用頂升千斤頂將梁體單墩頂升10 mm，安裝四氟板及涂硅脂的不銹鋼板，不銹鋼板與箱梁底的楔形鋼板外邊緣進行點焊固定；

（4）千斤頂收缸，將上部梁體荷載落在支座上；

（5）利用同步頂推系統(tǒng)進行頂推；

（6）頂推盡量復位后，拆除頂推設備；

（7）調整頂升千斤頂與支撐的水平居中，準備進行下步頂升；

（8）將梁體頂升3 mm，抽出四氟板及不銹鋼板，調整支座位置，下落梁體；

（9）將支座上鋼板與楔形鋼板焊接固定，將支座下錨栓進行灌漿固定完成糾偏工作。

3.2 主要施工工藝

本工程糾偏的主要施工工藝包括：

（1）伸縮縫的清理；（2）支座上、下鋼板的連接；（3）頂升施工；（4）上、下反力支架的施工；（5）滑移面的選擇；（6）縱、橫向限位裝置的安裝；（7）千斤頂的選擇；（8）頂推控制系統(tǒng)；（9）頂推。

4 受力分析

為了保證頂推方案切實可行，施工前對相關因素、構件進行了受力計算。

4.1 頂推力計算分析

按箱梁、摩擦阻力和起動慣性阻力確定推動時的推力，即F阻=F摩+F慣。

4#墩右、7#墩上部箱梁重量為750 t，5#墩、6#墩上部重量為1 793 t。以4#墩為例，計算如下：

（1）F摩=μQ梁

其中，Q梁為箱梁重量7 500 kN；μ為滑動摩擦因數，一般為0.01～0.06，故取0.05。

F摩=7 500×0.05=375 kN，同理5#墩和6#墩的F摩=890 kN。

（2）F慣=Q梁×V/t

其中，V為頂推速度，取值為0.004～0.005 m/min；t為起動時間，取1 s。

F慣=[7500×(0.004～0.005)/60]/1=0.5～0.625（kN），同理5#墩、6#墩的F慣=1.2～1.5 kN。

由于頂推平移速度很慢，啟動加速度也很小，故慣性力及加速度忽略不計。則頂推需要的頂力即為克服摩擦力即可。F阻=F摩，4#墩和7#墩的推力為375 kN，5#墩和6#墩的推力為890 kN[4]。

4.2 縱坡施工防滑計算

目前頂升后的箱梁頂面坡度（不考慮今后成橋后的鋪裝調整線形）0.3%，以比較重的5#墩為例，進行下滑力的計算。

每個橋墩重量為1 793 t，橋面坡度為下坡0.3%，下滑力近似為1 793×0.3%=5.37 t。

按照滑移面動摩擦系數取0.01考慮，則頂推過程中，滑移面的縱向摩擦力為：1 793×0.01=17.9 t?？梢缘贸?，摩擦力大于下滑力。但為了更安全起見，在4#墩橋面上準備本體高度5 cm的超薄千斤頂，如果產生向4#墩左側的下滑位移，則將超薄頂放入伸縮縫內，進行適當頂緊，控制下滑趨勢。

4.3 頂推牛腿埋件計算[5]

4.3.1 基本參數

（1）法向拉力設計值N=0 kN，彎矩設計值M=135 kN·m，剪力設計值V=90 kN（刨平頂緊按水平力的10%的作用考慮）。

（2）受力直錨筋的層數n=4層，每層直錨筋的根數和直徑為2Φ25。直錨筋的間距b1=150 mm，沿剪力方向最外層錨筋中心線之間的距離z=450 mm。

（3）錨板厚度t=20 mm，錨板寬度B=190 mm，錨板高度H=550 mm。

（4）混凝土強度等級fc=14.33 N/mm2，錨筋的抗拉強度設計值fy=300 N/mm2。

4.3.2 錨筋的總截面面積As驗算

當有剪力、法向拉力和彎矩共同作用時，應按混凝土規(guī)范式9.7.2-1及式9.7.2-2，兩個公式計算，并取其中的較大值。

4.3.3 錨筋的受剪承載力系數

錨筋的受剪承載力系數αv按混凝土規(guī)范式10.9.1-5計算，αv=(4.0-0.08 d)×(fc/fy)0.5=(4.0-0.08×25)×(14.33/300)0.5=0.44。

4.3.4 錨板的彎曲變形折減系數

錨板的彎曲變形折減系數αb按混凝土規(guī)范式10.9.1-6計算，αb=0.6+0.25t/d=0.6+0.25×20/25=0.8。

當錨筋層數n=4時，錨筋層數影響系數αr=0.85；

錨筋的總截面As=4×2×π×(25/2)2=3 927 mm2。As1=90 000/(0.85×0.44×300)+0+135 000 000/(1.3×0.85×0.8×300×450)=807+0+1 131=19 39 mm2≤As=3 927 mm2，As2=0+135 000 000/(0.4×0.85×0.8×300×45=0+3 676=3 676 mm2≤As=3 927 mm2。

4.3.5 錨筋間距和錨筋至構件邊緣的距離

按混凝土規(guī)范第10.9.6條，對受剪預埋件，其錨筋的間距b、b1不應大于300 mm，且b1不應小于6 d和70 mm；錨筋至構件邊緣的距離c1，不應小于6 d和70 mm，b、c不應小于3 d和45 mm。即：b、b1≤300 mm，b、c≥75 mm，b1、c1≥150 mm。

4.3.6 錨板的構造要求

錨板的厚度宜大于錨筋直徑的0.6倍。受拉和受彎預埋件的錨板厚度尚宜大于b/8。

錨板的厚度 t=20 mm＞Max{0.6d,b/8}=Max{15,10}=15 mm，

錨筋中心至錨板邊緣的距離t1＞Max{2d,20}=50 mm。

錨板最小寬度 Bmin=1×80+2×50=180 mm≤B=190 mm，滿足要求；

錨板最小高度Hmin=3×150+2×50=550 mm≤H=550 mm，滿足要求。

當錨筋直徑大于20 mm時，宜采用穿孔塞焊。HRB335級、HRB440級鋼筋采用手工焊時，焊縫高度不宜小于0.6d=15 mm。

4.4 橋墩驗算計算

4.4.1 基本資料

混凝土等級為C30，fc=14.3 MPa；

鋼筋等級為HRB400，fy'=360 MPa；

軸壓力等級為9 879.8 kN；

截面尺寸b×h為1 800×1 600 mm；

計算長度Lx=5 760 mm，Ly=5 760 mm；剪力V=18000×0.05=900kN,軸力 N=18000/2=9000（kN）；彎矩 M=V×H=900×5.67=5 103（kN）。

4.4.2 單個墩柱作用計算

（1）正截面承壓計算：

矩形截面面積 A=b×h=1 600×1 800=2.88×106mm2，軸壓比 =N/(fc×A)=9.879 8×106/(14.3×2×106)=0.239 894，

單側最小配筋 As,min1=0.2%A=0.2%×2.88×106=5 760 mm2。

全截面最小配筋面積As,min=0.6%A=0.6%×2.88×106=17 280 mm2，長細比 =Max(Lx/h,Ly/b)=3.6，

由長細比得穩(wěn)定系數φ=1，

由 N≤0.9×φ×[fc×(A-As')+fy'×As']得 As'≥-87 377.6 mm2，取 As'≥17 280 mm2。

（2）斜截面受剪計算：

λ=M/Vh0=5 103×106/（900×103×1 540）=3.68>3，取 λ=3,則

1.75ftbh0/(1+λ)+0.07 N=1.75×1.43×1 800×1 540/(1+3)+0.07×9 000×103=2 364 kN>V=900 kN，

抗剪驗算滿足要求。

5 結語

該工程采用糾偏技術，結合受力分析情況，糾偏后，4#墩錯臺完全復位，橋梁中線完全對中，符合設計要求。從而保證了此糾偏項目的圓滿完成。本工程的成功應用為今后同類橋梁糾偏施工打下了堅實的基礎，同時也提供了寶貴的經驗[5]。

[1]韓永軍.橋梁頂升技術工程應用研究[D].長安，長安大學，2011(5)：1-3．

[2]宋星軍等.同步頂升技術在珠海高欄港高速舊橋改造中的應用[J].筑路機械與施工機械化，2011(6):32-36．

[3]周松國.PLC整體同步控制技術在連續(xù)梁橋糾偏中的應用[J].城市道橋與防洪，2010(8):155-158．

[4]CJJ 77-98,城市橋梁設計荷載標準[S]．

[5]GB50010-2010,混凝土結構設計規(guī)范[S]．