特大橋偏壓位移后加固復(fù)位技術(shù)

王永林（中鐵十七局集團(tuán)有限公司，山西 太原　　030032）

特大橋偏壓位移后加固復(fù)位技術(shù)

王永林
（中鐵十七局集團(tuán)有限公司，山西 太原030032）

針對(duì)一特大橋單側(cè)集中傾倒填土導(dǎo)致墩頂及道岔梁線路向左側(cè)偏移、支座螺栓傾斜、墊石左側(cè)崩裂、軌道發(fā)生明顯位移的情況，通過(guò)資料整理、理論分析及監(jiān)控量測(cè)，對(duì)基礎(chǔ)加固、樁基上端受損（失效）處理和橋梁梁體復(fù)位技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究。解決了基礎(chǔ)加固中常見的新舊承臺(tái)之間不密貼的問(wèn)題，提出了采用摩阻自平衡原理同步控制頂升進(jìn)行梁體復(fù)位的新型施工技術(shù)，避免了在橋墩和橋梁上植筋、打孔等損傷性施工。該方法對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、施工空間高度等要求低，具有良好的施工可行性。

橋梁；偏位；逆做加固；摩阻自平衡；復(fù)位

1　工程概況

在一座特大橋7#至11#墩右側(cè)集中傾倒填土，將原土坡與橋墩間的空隙填滿，尤其是9#墩和10#墩之間，墩身左右兩側(cè)土體最大高差達(dá)12 m，如圖1所示。

圖1　大橋偏載

受偏載影響，橫橋向8#，9#墩和10#墩墩頂向線路左側(cè)偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)道岔梁向線路左側(cè)偏移。道岔連續(xù)梁帶動(dòng)7#墩及11#墩發(fā)生位移，順橋向線路軌道發(fā)生明顯扭曲。8#至10#墩樁基承臺(tái)底附近樁基混凝土出現(xiàn)裂紋，見圖2（a）。由于墩臺(tái)和梁體的側(cè)移差異，11#墩墩頂梁部橫向牽引支座，致使縱向支座上板螺栓和下板錨栓傾斜，墊石左側(cè)崩裂，見圖2（b）。

病害發(fā)生后，相關(guān)單位及時(shí)進(jìn)行土體卸載，并對(duì)橋梁進(jìn)行位移監(jiān)控。土體卸載使得橋墩發(fā)生一定的自然回復(fù)位移，位移監(jiān)控結(jié)果顯示最大回復(fù)量為30 mm。土體卸載前后橋墩變形穩(wěn)定時(shí)，各墩對(duì)應(yīng)的軌道中心位移偏移量見表1?？梢?，各墩均向線路左側(cè)偏移。

圖2　樁基裂紋與墊石崩裂

表1 軌道位移偏移量 mm

2　病害分析及評(píng)價(jià)

從病害發(fā)生情況看，梁體未直接承受附加外荷載作用，其位移主要是由墩臺(tái)側(cè)移通過(guò)支座傳遞產(chǎn)生，梁體本身并未受到損傷。而墩臺(tái)和樁基結(jié)構(gòu)受力情況復(fù)雜，需采用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行損傷分析。

2.1橋墩及承臺(tái)因堆土引起的附加荷載計(jì)算

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：填土坡面線在18°～22°，取填土表面與水平面的傾角α=20°。新填的土體較為松散，取內(nèi)摩擦角φ=20°，墩身坡比45∶1。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)斷面線，考慮施工機(jī)械影響，采用三維數(shù)值分析軟件計(jì)算堆填土偏壓額外給橋墩基礎(chǔ)增加的荷載。按結(jié)構(gòu)恒載+橫向側(cè)土壓力組合，其它荷載均不考慮進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，7#至10#墩偏壓填土額外給橋墩基礎(chǔ)增加的荷載如表2所示。

表2　橋墩及承臺(tái)因堆土引起的附加荷載

2.2墩身強(qiáng)度及偏心分析

《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》［1］第 4.1.1條規(guī)定側(cè)向土壓力為主力，將其作為主力與結(jié)構(gòu)恒載組合來(lái)檢算墩底截面偏心受壓應(yīng)力和偏心系數(shù)，其它荷載不考慮。墩底橫向截面檢算結(jié)果如表3所示。分析表3可知，墩身橫向截面偏心、應(yīng)力均滿足要求。

表3　墩底橫向截面檢算結(jié)果

2.3墩臺(tái)彈塑性變形分析

理論分析所計(jì)算的位移均為結(jié)構(gòu)的彈性位移，如結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞或局部破壞情況，計(jì)算結(jié)果會(huì)與實(shí)際相差較大。軌面橫向位移計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4　軌面橫向位移計(jì)算結(jié)果

分析表4可知，7#，8#，9#墩位移計(jì)算值與實(shí)測(cè)值接近。11#為連續(xù)梁邊墩，基本無(wú)側(cè)向土壓力荷載，其位移由連續(xù)梁中墩9#，10#墩移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)產(chǎn)生。通過(guò)上表可發(fā)現(xiàn)位移計(jì)算值與實(shí)測(cè)值較為符合，判定位移為結(jié)構(gòu)的彈性位移，基礎(chǔ)并無(wú)結(jié)構(gòu)性損壞，其變形為彈性變形。

2.4樁基承載力分析

原設(shè)計(jì)的樁基礎(chǔ)為 C30混凝土，配筋為 30 mm φ20 mm，面積95.25 cm2。因設(shè)計(jì)承臺(tái)高出天然地面、且承臺(tái)底下為填土，故樁基礎(chǔ)檢算不計(jì)承臺(tái)抗力。樁基礎(chǔ)核算結(jié)果如表5所示。

表5　樁基礎(chǔ)核算結(jié)果

C30混凝土設(shè)計(jì)容許應(yīng)力11.2 MPa，極限強(qiáng)度22.5 MPa；樁基采用螺紋鋼筋，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為335 MPa。從表5可以看出，7#墩混凝土、鋼筋應(yīng)力均滿足規(guī)范要求；8#至10#墩混凝土、鋼筋應(yīng)力遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，承臺(tái)底附近樁基混凝土可能發(fā)生裂紋或破壞［2］，與圖2顯示結(jié)果較為符合。

綜合上述計(jì)算分析可知：墩身橫向截面偏心、應(yīng)力均滿足要求，其變形為彈性變形；7#墩樁身混凝土、鋼筋應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，8#至10#墩樁身混凝土、鋼筋應(yīng)力遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，承臺(tái)底附近樁基混凝土存在裂紋破壞現(xiàn)象，須采取必要措施進(jìn)行整治。

3　病害結(jié)構(gòu)整治

3.1病害整治內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)情況及數(shù)值計(jì)算結(jié)果，須對(duì)該特大橋8#，9#，10#墩承臺(tái)和樁基進(jìn)行加固，并對(duì)8#至11#墩間梁體進(jìn)行復(fù)位，更換破壞支座。

3.2承臺(tái)和受損樁基加固

將8#，9#，10#墩既有承臺(tái)底向下加厚2.2 m，加厚承臺(tái)包裹樁基受損部分。四周進(jìn)行補(bǔ)樁處理，樁基施工完成后施工樁基上部承臺(tái)，與原有承臺(tái)植筋連接，如圖3所示。

圖3　基礎(chǔ)加固設(shè)計(jì)立面示意（單位：cm）

3.2.1承臺(tái)擴(kuò)大加厚

將8#，9#，10#墩原承臺(tái)向下加厚2.2 m。將新舊承臺(tái)接觸面及既有樁基鑿毛（有裂縫樁基鑿出主筋，混凝土松散部分全部鑿除）、布置鋼筋網(wǎng)、新承臺(tái)底面穿工字鋼、新舊承臺(tái)接觸面預(yù)埋壓漿管，采用自流平自密實(shí)C35無(wú)收縮混凝土灌注加厚承臺(tái)。施工主要包括如下步驟：①掏挖承臺(tái)底、清除承臺(tái)底墊層；②樁基裂縫化學(xué)壓力注漿處理（對(duì)寬度 ＞0.2 mm的裂紋處人工鑿除鋼筋保護(hù)層，深部裂紋采用化學(xué)灌漿修補(bǔ)，并選用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面封閉）；③植筋應(yīng)按照設(shè)計(jì)位置鉆孔并使用錨固料對(duì)鋼筋進(jìn)行錨固［3］；④鋼筋綁扎、安放型鋼及注漿管。

3.2.2補(bǔ)樁

在既有承臺(tái)周邊加樁，8#墩加4根樁（左右側(cè)各2根），9#墩加8根樁（左右側(cè)及大小里程側(cè)各2根），10#墩加4根樁（左右側(cè)各2根），總計(jì)加樁16根，樁徑均為1.5 m。

3.2.3自流平自密實(shí)無(wú)收縮混凝土澆筑

混凝土選用具有高流動(dòng)性、均勻性和穩(wěn)定性的自流平混凝土，能夠在自重作用下流動(dòng)并充滿模板空間，在高流動(dòng)性的同時(shí)不離析、不泌水，均勻密實(shí)成型。

3.2.4新舊承臺(tái)密貼連接技術(shù)

1）為保證承臺(tái)混凝土的連接及整體性，在澆筑新承臺(tái)前應(yīng)對(duì)既有承臺(tái)接觸面進(jìn)行鑿毛、洗凈。

2）通過(guò)安放I36a型鋼及植筋等方式使新舊承臺(tái)之間相互連接，改善整體結(jié)構(gòu)受力。

3）加厚承臺(tái)澆筑前預(yù)埋注漿管，在混凝土初凝前，完成新老混凝土接觸面處壓漿。

3.3軌道復(fù)位施工

基于本橋梁墩頂至梁底的空間高度只有50 cm，橫向反力臺(tái)座施工困難的情況，本橋梁采用PLC多點(diǎn)同步控制頂升、摩阻自平衡平移方案。

3.3.1多點(diǎn)同步頂升控制系統(tǒng)

PLC計(jì)算機(jī)控制多點(diǎn)同步頂升系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)位移的同步和行程、負(fù)載壓力的控制［4］，如圖4所示。

圖4　PLC計(jì)算機(jī)控制多點(diǎn)同步頂升系統(tǒng)

3.3.2摩阻自平衡聯(lián)動(dòng)裝置工作原理

摩阻自平衡聯(lián)動(dòng)裝置由豎向千斤頂（1號(hào)和2號(hào)）和1個(gè)水平放置千斤頂（3號(hào)）及滑板構(gòu)成［5］。聯(lián)動(dòng)裝置如圖5所示。

圖5　摩阻自平衡原理示意

1，2號(hào)豎向千斤頂包含1個(gè)滑動(dòng)面和1個(gè)偽固定面，滑動(dòng)面上允許出現(xiàn)滑動(dòng)，偽固定面不允許出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)。系統(tǒng)工作時(shí)，首先由1，2號(hào)千斤頂頂升箱梁脫離橋墩，3號(hào)千斤頂兩端頂住豎向千斤頂。利用滑動(dòng)面和偽固定面摩阻系數(shù)的差異，將1號(hào)千斤頂作為3號(hào)千斤頂?shù)姆戳χc(diǎn)，推動(dòng)2號(hào)千斤頂移動(dòng)，帶動(dòng)其上部梁體平移。

3.3.3頂升移梁施工

1）千斤頂?shù)倪x擇及布置

根據(jù)橋梁的梁體重量以及和墩臺(tái)之間的空間大小，本橋梁豎向千斤頂選用 QFB-15040薄形千斤頂，其額定頂力為1 500 kN，高度為 128 mm，外徑為220 mm，頂部設(shè)計(jì)為球面弧形并具有液壓鎖定和機(jī)械螺旋鎖定功能。水平千斤頂選用YD-20千斤頂，額定頂力為200 kN。平移裝置的滑動(dòng)面由四氟滑板和不銹鋼板組成。其中8#墩（左半幅）千斤頂布置如圖6所示。

圖6　8#墩頂千斤頂布置示意

2）頂升平移步驟

①解除平移區(qū)域內(nèi)鋼軌和支座約束；②將8#至11#墩上部橋梁整體頂升3 mm，分開支座與梁體，同時(shí)鎖定豎向千斤頂；③橫向平移8#至11#墩頂梁體5 mm，再根據(jù)各墩頂平移量分次控制平移，直至梁體準(zhǔn)確復(fù)位。

3.4支座更換

支座更換步驟：①設(shè)置吊裝平臺(tái)和支架；②拆除支座螺桿，鑿除砂漿層；③采用手動(dòng)葫蘆拉出支座下板；④拆除支座上板，清理并保護(hù)原預(yù)埋螺栓孔；⑤吊裝支座；⑥更換安裝支座就位；⑦重新澆筑砂漿層至設(shè)計(jì)高度。

4　施工監(jiān)控及整治效果評(píng)價(jià)

4.1平移監(jiān)控點(diǎn)布置

選用行程分別為500 mm和300 mm的MPZ-S-P-500-ABZ和NS-WY06型拉線式位移傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)各跨的跨中、墩頂2個(gè)部位的箱梁應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)控點(diǎn)布置如圖7所示。

圖7　跨中及墩頂監(jiān)控點(diǎn)布置

4.2應(yīng)變控制準(zhǔn)則及監(jiān)控

C50混凝土的開裂拉應(yīng)變?yōu)?10×10-6，監(jiān)控中如應(yīng)變值＞80×10-6需停止梁體復(fù)位施工［6］。實(shí)際應(yīng)力監(jiān)控的過(guò)程中最大應(yīng)變?yōu)?5×10-6。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)變值如表6所示。

表6　最大應(yīng)變值

4.3軌道復(fù)位效果檢驗(yàn)

該施工方案直觀可控，后期測(cè)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示施工后軌道復(fù)位精度滿足設(shè)計(jì)要求，復(fù)位結(jié)果除10#墩左線位移為0.5 mm外，其余7#，8#，9#和11#墩位移均為0。

5　結(jié)語(yǔ)

在大橋加固復(fù)位施工過(guò)程中，針對(duì)單側(cè)集中傾填土導(dǎo)致的一系列病害，通過(guò)資料統(tǒng)計(jì)、理論分析及監(jiān)控量測(cè)，對(duì)基礎(chǔ)加固、樁基上端受損（失效）處理及橋梁梁體復(fù)位技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。解決了基礎(chǔ)加固中常見的新舊承臺(tái)之間密貼問(wèn)題；提出了采用摩阻自平衡原理同步控制頂升進(jìn)行梁體復(fù)位的新型施工技術(shù)；避免了在橋墩和橋梁上植筋、打孔等損傷性施工。現(xiàn)場(chǎng)施工及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明該方法科學(xué)有效，對(duì)同類工程具有借鑒作用。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10002.1—2005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

［2］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］王惠麗.淺談植筋工藝［J］.科技風(fēng)，2009（11）：35.

［4］崔振權(quán).橋梁改造同步頂升技術(shù)［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010，20（5）：218-219.

［5］張恒，陳壽根，譚信榮，等.不同地層盾構(gòu)隧道管片力學(xué)行為研究［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2015，11（4）：845-851.

［6］盧朋.同步控制頂升、摩阻自平衡平移連續(xù)箱梁技術(shù)研究及其應(yīng)用［J］.鐵道建筑技術(shù)，2015（7）：86-89，93.

（責(zé)任審編趙其文）

Technology of Reinforcement and Restoration for Bias Displacement of Super Long Bridge

WANG Yonglin
（China Railway 17 Bureau Group Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030032，China）

Concentrated loading due todumped soil at one side of a super long bridge resulted in lateral displacement of pier and turnout toward left side，inclined bearing bolts，breakage of bearing pad stone at left side，and significant track deviation.T hrough the collation of document，theoretical analysis and monitoring，reinforcement of foundation and damaged pile，and restoration of bridge were studied.T he gap between the old and new cushion cap，a problem in traditional foundation reinforcement，was controlled.T he bridge restoration was performed through synchronizing control jacking-up technology and self-equation of friction technology，avoiding the embedment of rebars into the existing piers and girders.T his will not cause additional drilling damage.T his method has low requirements of construction conditions and working space，and has good construction feasibility.

Bridge；Bias displacement；Inverse reinforcement；Self-equation of friction；Restoration

王永林（1984— ），男，工程師。

U445.7+2

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.08

1003-1995（2016）07-0030-05

2015-11-02；

2016-03-21