某橋樁加固與下部結(jié)構(gòu)糾偏設(shè)計及分析

【摘要】本文以某跨江大橋維修加固項目為工程背景，介紹深水撞損樁基加固與下部結(jié)構(gòu)糾偏設(shè)計及處理措施，分析其優(yōu)缺點，為同類橋梁加固維修處理提供參考。

【關(guān)鍵詞】深水撞損樁基加固；下部結(jié)構(gòu)糾偏；加固設(shè)計及分析

1、橋梁病害及分析

大橋跨徑布置為（4×30）+（5×30）+（5×30）+（4×30）+（52+80+52）+（6×30）+（5×30）m，分布見圖1，經(jīng)現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，大橋受損情況如下：

（1）誤入船只撞損聯(lián)5孔上部結(jié)構(gòu)箱梁基本未受事故影響，梁體未見橫橋向、豎向異常變位；

（2）船只側(cè)撞S8橋墩，撞擊點位于系梁側(cè)面和S8-2#樁頭位置，撞擊角較小，縱橋向撞擊分力不大，撞損聯(lián)其他橋墩基本未因事故影響受損；

（3）S8墩受損嚴重，墩柱橫橋向偏位22.7～23.3cm，支座均橫向偏位約22cm，3#、5#、7#支座懸空，部分支座墊石壓碎；外側(cè)擋塊因墩柱偏位開裂、破損，內(nèi)側(cè)擋塊與箱梁相對偏位明顯；內(nèi)側(cè)立柱存在多條環(huán)向裂縫，最大寬度0.5mm；S8墩系梁兩端部1.75m范圍側(cè)面、頂?shù)酌鎳乐亻_裂，最大裂縫寬度為5mm，部分側(cè)面豎向裂縫與頂?shù)酌鏅M向裂縫相連貫通；系梁有1處船只擦痕，長0.9m，寬0.1m。

因低應(yīng)變檢測方式局限，綜合對比其他水下檢測結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)樁基有明顯的斷裂位置。采用靜力非線性彈塑性-PUSHOVER（推倒）法分析橋墩撞擊情況下的受力，通過撞擊點施加單位力，選擇墩柱頂橫向位移控制，程序自動逐步施加橫向位移量進行迭代計算，最終得到荷載-位移曲線。

分析表明，墩頂位移達到25cm時，撞擊力為3370kN，蓋梁頂以彈簧模擬的支座達到屈服階段，說明支座摩擦力達到最大支座摩阻力，已經(jīng)滑動；橋墩系梁兩端塑性鉸已經(jīng)達到破壞階段；墩柱底、樁基頂和河床斷面向下3m內(nèi)出現(xiàn)塑性鉸，鋼筋已經(jīng)達到屈服階段。

因計算結(jié)果與水上部分損傷情況基本符合，據(jù)此推斷土層中樁身已出現(xiàn)開裂、破壞截面，已不能正常使用。

2、維修加固方案與處理措施

2.1維修加固方案

為了保證橋梁的正常安全使用，封閉橋面后采用以下維修加固處理方案：

（1）在S8墩原有樁基兩側(cè)對稱位置增加4根直徑1.5m鉆孔灌注樁，對樁基進行加固；

（2）設(shè)置臨時支撐，頂升受損聯(lián)S8墩頂箱梁，維修破損擋塊、支座墊石，對墩柱裂縫進行封閉處理并粘貼碳纖維布加固；

（3）鑿除原橋墩受損系梁、系梁頂1.5m范圍墩柱和樁頂2.35m范圍樁身混凝土，保留原有鋼筋；

（4）對S8墩蓋梁和墩柱進行糾偏處理；

（5）澆注新承臺，與原有墩柱、樁基連為一個整體，增強橫向抗推剛度和整體穩(wěn)定性。

2.2臨時支撐設(shè)計

從施工難度、工期、成本和施工期間船只碰撞臨時支撐體系等安全方面綜合考慮，通過對S8墩頂箱梁多步頂升和糾偏過程、臨時支撐體系各構(gòu)件、S8墩新橋墩蓋梁和承臺進行結(jié)構(gòu)強度、變形、穩(wěn)定性和基礎(chǔ)沉降等大量復(fù)雜的計算，最終確定臨時支撐體系方案如下：

（1）利用4個新增灌注樁作為箱梁頂升臨時支撐體系的基礎(chǔ)，在其上橫橋向設(shè)置兩排共8根φ800*10鋼管樁和橫向聯(lián)系作為臨時支撐；

（2）在鋼管樁頂橫橋向設(shè)置雙拼HM400*300熱軋寬翼緣工字鋼作為分配梁，以支承頂升箱梁的千斤頂，為蓋梁部分卸載；

（3）在原S8墩蓋梁和墩柱下方設(shè)置雙拼HN700*300熱軋寬翼緣工字鋼，兩端支撐在鋼管樁上，作為下部結(jié)構(gòu)糾偏支撐；

（4）采用二次澆筑承臺，避免承臺澆筑與頂升梁體、鑿除原有橋墩部分結(jié)構(gòu)順序上的沖突。

頂升力和下部結(jié)構(gòu)自重均通過臨時支撐傳遞至第一次澆筑的兩側(cè)承臺上，臨時支撐和承臺設(shè)計如圖1所示。

2.3箱梁頂升設(shè)計及控制要點

箱梁頂升設(shè)備采用同步頂升千斤頂系統(tǒng)，根據(jù)反力計算結(jié)果，在兩側(cè)雙拼HM400*300工字鋼與箱梁之間、蓋梁與箱梁之間和雙拼HM700*300與蓋梁之間，安裝噸位安全系數(shù)不低于1.5的千斤頂。箱梁頂升的主要實施階段可以分為：頂升階段→持荷作業(yè)階段→落梁階段。為確保箱梁支承于臨時支撐上時整個過程中的結(jié)構(gòu)受力安全，特制定以下措施和控制要點：

（1）在兩側(cè)雙拼HM400*300工字鋼頂（簡稱兩側(cè)，下同）對箱梁施加計算力，進行鋼管樁初步預(yù)壓，頂升采用分級加載，每級為2mm，并持壓5min，頂升高度不大于5mm，下同；

（2）利用雙拼HM700*300支撐體系，反頂S8墩老橋墩蓋梁，反頂總數(shù)值根據(jù)蓋梁、蓋梁支撐桿件及鋼支撐體系的受力分析確定，配合鋼管樁頂頂力實施承臺預(yù)壓，過程中注意沉降觀測和必要的補頂；

（3）承臺既有部分沉降穩(wěn)定后，蓋梁支撐體系的頂升千斤頂卸載；

（4）在維持兩側(cè)千斤頂對箱梁頂升力情況下，蓋梁頂千斤頂緩慢頂升S8墩頂箱梁，相對施工前原狀態(tài)上拱起一定計算高度，以防止墩頂箱梁拉應(yīng)力過大；

（5）在S8墩蓋梁與箱梁之間設(shè)置穩(wěn)定支撐結(jié)構(gòu)，千斤頂卸載，記錄該處千斤頂總頂升力；

（6）兩側(cè)千斤頂繼續(xù)頂升箱梁，至S8墩頂單梁反力為預(yù)定值；

（7）兩側(cè)鋼管樁頂設(shè)置輔助支撐，千斤頂卸載；

（8）蓋梁支撐體系反頂老橋墩蓋梁，并設(shè)置支撐后千斤頂卸載，鑿除原系梁、系梁頂一定范圍墩柱砼和樁頂一定范圍樁基砼，墩柱按設(shè)計條件完全脫開前重新穩(wěn)壓反頂蓋梁，完全脫開后設(shè)置支撐千斤頂卸載；

（9）進行下部結(jié)構(gòu)糾偏和承臺等其他項目施工，承臺澆筑完成并達強度后蓋梁支撐體系拆除；

（10）支座墊石修復(fù)和支座安裝就位后，兩側(cè)千斤頂支反力卸載到預(yù)定值時，墩頂輔助支撐同步卸載，箱梁就位于支座。

2.4滑道設(shè)計及下部結(jié)構(gòu)糾偏

利用四氟滑板支座工作原理，在蓋梁上、下面對應(yīng)位置調(diào)平后，粘貼四氟滑板和不銹鋼板，在其之間涂抹硅脂油，構(gòu)成簡易滑道。蓋梁頂、底滑道如圖2所示。

蓋梁和立柱糾偏利用另半幅蓋梁作為反力點，在橫向限位后采用千斤頂逐步橫向頂推蓋梁和立柱復(fù)位，如圖3所示。糾偏力大小由蓋梁上、下支反力和實驗?zāi)Σ料禂?shù)計算得到。經(jīng)驗算，提供反力結(jié)構(gòu)安全。

3、實例驗證與分析

以工程實例為依據(jù)，具體分析方案優(yōu)缺點如下：

（1）基于水深、橋下有效凈空、使用要求和耐久性等因素綜合考慮，增設(shè)灌注樁替代原樁基，恢復(fù)橋梁基礎(chǔ)承載力，提高橫向抗推剛度和抗撞擊能力，較采用鋼管樁、PHC管樁和大直徑預(yù)應(yīng)力管樁，更合理有效；

（2）用新增灌注樁和第一次澆筑承臺作為頂升和糾偏鋼支撐基礎(chǔ)，在整個頂升和其他作業(yè)期間，較采用鋼管樁作為頂升平臺，大大簡化了臨時支撐，提高了穩(wěn)定性，沉降更易于控制，易克服橋下凈空困難，方便施工，節(jié)省成本與工期；

（3）糾偏滑道簡便有效，糾偏反力點穩(wěn)定可靠，糾偏效果良好，但摩擦系數(shù)需做實驗獲得，和理論值有差別；

（4）新增承臺分兩次澆筑，結(jié)合面需特殊處理，較一次性澆筑砼復(fù)雜。通過此方案在工程實例中的成功實施和加固后正常運營，均可驗證其有效性、可實施性和安全可靠性。

4、總結(jié)

本文對撞損橋梁病害進行了計算分析判斷，重點介紹了深水撞損樁基和下部結(jié)構(gòu)糾偏維修設(shè)計方案：增設(shè)灌注樁替代斷裂失效樁基，恢復(fù)橋梁基礎(chǔ)承載力，提高橫向抗推剛度和抗撞擊能力；利用新增樁基和第一次澆筑承臺作為頂升基礎(chǔ)，在其上搭設(shè)臨時鋼支撐（包括糾偏支撐）并安裝頂升系統(tǒng)；通過分步驟頂升上部結(jié)構(gòu)，逐步轉(zhuǎn)移撞損樁基和下部結(jié)構(gòu)所承受荷載至臨時支撐和新增樁基；鑿除撞損系梁和樁柱結(jié)合部一定范圍內(nèi)的樁、柱砼，切斷連接鋼筋；在蓋梁頂、底面安裝糾偏滑道，利用糾偏設(shè)備和安全可靠反力點，對撞偏蓋梁和墩柱逐步復(fù)位；綁扎鋼筋，澆筑第二次承臺砼；墊石修復(fù)，更換支座；通過頂升，逐步轉(zhuǎn)移荷載至墩柱和新增承臺樁基，拆除臨時支撐。

通過工程實例分析了此設(shè)計方案優(yōu)缺點，驗證其有效性，為同類橋梁加固提供設(shè)計思路和施工方法。

參考文獻

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作者簡介

王為圣，1978年10月，男，漢族，江蘇徐州，工程師，碩士，橋梁加固技術(shù)及應(yīng)用。