橋梁糾偏復(fù)位控制技術(shù)及應(yīng)用

王景山，王翠英

（湖北工業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430000）

橋梁糾偏復(fù)位控制技術(shù)及應(yīng)用

王景山，王翠英

（湖北工業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430000）

在支座施工偏差條件下，先簡支后連續(xù)橋梁在長期運(yùn)營過程中，因溫度效應(yīng)和汽車制動(dòng)力的作用，可能會(huì)出現(xiàn)墩柱傾斜、梁體縱向移位、伸縮縫卡死、支座滑移脫空等病害。以某高速公路橋頭大橋上述病害為例，概述其病害成因，結(jié)合維修加固工程實(shí)踐，闡述采用多跨徑整體同步頂升梁體并利用上部結(jié)構(gòu)作為反力架對橋墩進(jìn)行糾偏的技術(shù)，為日后類似橋梁糾偏問題提供參考和依據(jù)。

墩柱傾斜；梁體偏移；橋梁糾偏；同步頂升；高橋墩

1 橋梁概況

橋頭大橋左幅設(shè)計(jì)采用原交通部頒發(fā)的《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ 001-97）規(guī)定的山區(qū)高速公路標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算行車速度100 km/h，雙向4車道，橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車—超20級(jí)，掛車—120。起點(diǎn)ZK7+971.46至ZK8+297.416位于R=6 000 m的左偏圓曲線上，ZK8+297.416至橋梁終點(diǎn)ZK8+578.54位于R=3 000 m的右偏圓曲線上，橋梁縱斷面位于R=12 600 m的豎曲線上，變坡點(diǎn)為ZK8+474.113，橋梁起點(diǎn)至變坡點(diǎn)縱坡為-3%，變坡點(diǎn)至橋梁終點(diǎn)縱坡為-1.6%。路線縱坡3.0%+1.6%組合坡均為全上坡路段，橋面橫坡為2%。上部結(jié)構(gòu)采用先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，單幅橋設(shè)置5榀T型梁，橋跨布設(shè)為20 m×30 m，4跨一聯(lián)，累計(jì)5聯(lián)；下部橋墩采用雙柱式橋墩，樁底嵌入中風(fēng)化砂巖或灰?guī)r，1#～3#、19#橋墩樁柱直徑采用高約12 m、直徑1.6 m柱接1.8 m樁，4#～18#橋墩采用高12～26 m、直徑1.8 m柱接2 m樁。0#、4#、8#、12#、16#、20# 橋墩設(shè)置有伸縮縫，采用QMF80型鋼伸縮縫。該橋采用盆式支座，每聯(lián)居正中間橋墩采用固定支座設(shè)置。

橋頭大橋于2004年5月開始施工，2006年10月建成通車,位于常年最高氣溫高于40℃、最低氣溫低于-5℃、四季分明的山區(qū)。橋頭大橋左幅2012年的交通流量日平均3 000輛。2012年養(yǎng)護(hù)檢查中發(fā)現(xiàn)伸縮縫的縫寬異常，繼續(xù)深入檢測又發(fā)現(xiàn)立柱傾斜并出現(xiàn)豎向及環(huán)向開裂、梁板滑移致部分支座失效等病害。

2 橋梁主要病害

（1）部分橋梁伸縮存在異?，F(xiàn)象，伸縮縫的縫寬浮動(dòng)范圍:0＃ 臺(tái)處 5.44～5.82 cm，4＃ 墩處14.04～16.7 cm，8＃ 墩處 1.068～1.94 cm，12＃ 墩處 8.52～8.736 cm，16＃ 墩處 3.89～4.14 cm，20＃臺(tái)處1.774～4.3 cm。

（2）8＃、12＃、16＃ 橋墩柱存在不同程度的異常傾斜、墩頂支座鋼板銹蝕、部分支座滑移過大失效、墩頂伸縮縫損壞、墩柱多處出現(xiàn)豎向及環(huán)向開裂（裂縫最寬0.24 mm）。

（3）全橋設(shè)置伸縮縫6道，伸縮縫處橋墩4#、8#、12#、16#橋墩立柱頂偏位方向均向上坡側(cè)，第2、3、4 聯(lián)設(shè)置固定支座橋墩 6#、10#、14# 橋墩柱頂偏位方向均向下坡側(cè)。根據(jù)實(shí)測，以設(shè)置固定支座橋墩為參照點(diǎn)，第2聯(lián)向下坡側(cè)滑移了7.52 cm，第3聯(lián)向下坡側(cè)滑移了1.4 cm，第4聯(lián)向下坡側(cè)滑移了9.85 cm。

圖1為立柱偏位及伸縮縫現(xiàn)狀示意圖。

3 病害成因分析

對橋頭大橋橋墩偏位原因進(jìn)行分析，有以下幾個(gè)方面。

（1）當(dāng)梁底支撐面不水平，由重力荷載對立柱產(chǎn)生水平推力。橋梁縱坡為3%～1.6%，因梁底支撐面不水平，支座偏壓受力，梁板傳遞給立柱頂?shù)牧Σ粌H包含豎向力，也有順橋下坡向的水平推力，而且梁底支撐面斜置角度越大，立柱頂承受下坡向的水平推力也越大。由圖2可知，因梁底支撐面不水平，固定支座處立柱頂承受的水平推力方向?yàn)轫槝蛳缕孪颉?/p>

圖1 立柱偏位及伸縮縫現(xiàn)狀示意圖

圖2 重力荷載對柱頂水平推力分析示意圖

同時(shí)，當(dāng)梁底支撐面不水平，溫差效應(yīng)產(chǎn)生水平推力。當(dāng)梁底支撐面不水平，立柱依靠自身剛度及變形協(xié)調(diào)抵抗偏壓荷載產(chǎn)生水平力。立柱為壓彎構(gòu)件，立柱頂水平位移越大，立柱彈性抵抗力越大。由圖3可知，升溫時(shí)梁板熱脹伸長，桿件P-△效應(yīng)以及立柱回復(fù)變位的彈性抵抗力約束梁體。A跨向下坡側(cè)伸長滑移，B跨向上坡側(cè)伸長滑移，因梁底支撐面不水平，B跨與立柱支撐點(diǎn)受到立柱的彈性抵抗力要強(qiáng)些，即F1＞F2。升溫時(shí)立柱頂被A跨和B跨共同作用推著向上坡向與梁板產(chǎn)生相對位移。降溫時(shí)梁板長度縮小，同樣道理，A跨向上坡側(cè)縮短滑移，B跨向下坡側(cè)縮短滑移，A跨與立柱支撐點(diǎn)受到立柱的彈性抵抗力要強(qiáng)些，即F2＞F1。降溫時(shí)立柱頂相當(dāng)于被B跨拖住無法回復(fù)原位。在年復(fù)一年的劇烈溫差反復(fù)作用下，因梁底支撐面不水平，立柱頂（伸縮縫處）有不斷向上坡側(cè)偏移的趨勢，產(chǎn)生無法回復(fù)原位的累積滑移變位。該原因是導(dǎo)致伸縮縫處橋墩向上坡向傾斜的主因。

（2）車輛荷載制動(dòng)力。車輛在制動(dòng)過程中，產(chǎn)生與行駛方向一致的制動(dòng)力，故墩柱需承受向上坡方向的制動(dòng)力。當(dāng)梁底支撐面不水平，因有效接觸面積的減少，梁底支撐面約束板梁滑移的能力降低，達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，梁板與立柱之間產(chǎn)生無法回復(fù)的滑動(dòng)相對位移。由圖4可知，車輛在制動(dòng)過程中，產(chǎn)生向上坡向的制動(dòng)力。

圖3 升溫、降溫對立柱頂摩阻力作用方向示意圖

圖4 車輛制動(dòng)力作用方向示意圖

（3）支座鋼板銹蝕嚴(yán)重，支座與混凝土接觸面摩擦系數(shù)增大，無法正?；瑒?dòng)回復(fù)原位，當(dāng)墩柱頂支座摩擦系數(shù)存在差異時(shí)也會(huì)產(chǎn)生不平衡水平推力。

綜上所述，病害產(chǎn)生的主要原因是由于橋頭大橋處于縱坡為3.0%+1.6%組合上坡的S平曲線上，部分T梁梁底支撐面不水平造成支座與梁底沒有緊密接觸，在溫度效應(yīng)、汽車制動(dòng)力、梁體位移后產(chǎn)生的偏壓、支座鋼板銹蝕和混凝土的水侵破壞等綜合因素的長期共同作用下，影響了結(jié)構(gòu)的正?；貜?fù)原位，造成不斷累積單向滑動(dòng)相對位移。病害的主要表現(xiàn)為多聯(lián)梁體下坡向移動(dòng)、多個(gè)固定支座墩頂下坡向傾斜和伸縮縫處墩柱上坡向傾斜、多個(gè)立柱環(huán)向裂縫、部分伸縮縫拉開和坡底橋臺(tái)伸縮縫頂死、相當(dāng)一部分支座變形破壞等。

4 糾偏控制技術(shù)

本次糾偏采用同步頂升橋梁結(jié)構(gòu)并安裝反力架，以橋墩或梁體反力架做承力點(diǎn)，通過千斤頂頂推糾偏工藝。

4.1 糾偏施工

建議對墩的支座偏位允許值可參照《建筑物傾斜糾偏技術(shù)規(guī)程》，設(shè)計(jì)單位通過結(jié)構(gòu)驗(yàn)算后提出的結(jié)構(gòu)計(jì)算允許值確定，并根據(jù)此值范圍內(nèi)各伸縮縫處的實(shí)際情況設(shè)置限位裝置。

4.1.1 豎向同步頂升

進(jìn)場前，頂升所用的千斤頂、油泵、油管、百分表等設(shè)備應(yīng)在法定的計(jì)量技術(shù)檢測機(jī)構(gòu)配套校驗(yàn)；必須有足夠的承載力、剛度和穩(wěn)定性的操作平臺(tái)；準(zhǔn)備豎向頂升千斤頂支架，千斤頂采用液壓扁形千斤頂連動(dòng)整體頂升，千斤頂要求放置在蓋梁或支架的頂端，通過高壓電動(dòng)油泵向千斤頂供油；采用平衡分流閥和自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)來控制梁體的起頂高度，當(dāng)梁體達(dá)到支座調(diào)整操作高度后，千斤頂持荷，保持梁體高度。

（1）先進(jìn)行試頂：可先頂升1 mm，讓液壓扁形千斤頂和現(xiàn)澆連續(xù)梁以及立柱、蓋梁等之間，整體均衡受力。

（2）頂升施工：頂升時(shí)，進(jìn)行分級(jí)頂升，每分級(jí)頂升量為2 mm。先頂升2 mm，觀測立柱和現(xiàn)澆連續(xù)梁的受力變化及受力均衡狀態(tài)，無異常，再將現(xiàn)澆連續(xù)梁頂升2 mm，再次觀測立柱和現(xiàn)澆連續(xù)梁的受力變化及受力均衡狀態(tài)，再頂升2 mm，再次觀測立柱和現(xiàn)澆連續(xù)梁的受力變化及受力均衡狀態(tài)，這樣經(jīng)過反復(fù)操作后，將現(xiàn)澆連續(xù)梁抬離支座8 mm。

頂升時(shí)統(tǒng)一泵油步驟，每臺(tái)千斤頂?shù)谋糜退俾氏嗟龋３指髑Ы镯數(shù)男谐桃恢?，緩慢平穩(wěn)地抬升現(xiàn)澆連續(xù)梁。每階段頂升到位后，統(tǒng)一在梁底安放鋼塊或用千斤頂保壓，起臨時(shí)支撐作用。臨時(shí)支撐的放置位置應(yīng)考慮新支主座安裝寬度等因素。圖5為頂升千斤頂安裝圖。

4.1.2 縱向糾偏,反力架安裝

與豎向頂升相同，水平向頂升采用液壓千斤頂，采用平衡分流閥和自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)來控制梁體的糾偏量，當(dāng)梁體達(dá)到原設(shè)計(jì)位置后，設(shè)置臨時(shí)支撐，保證梁體位置。

圖5 頂升千斤頂安裝圖

水平向頂升千斤頂?shù)劝惭b完畢后：

（1）先進(jìn)行試頂。試頂可先頂升1 mm，讓扁形千斤頂和現(xiàn)澆連續(xù)板以及反力支撐之間整體均衡受力。

（2）糾偏施工。糾偏時(shí)，進(jìn)行分級(jí)糾偏，每分級(jí)頂升量為2 mm，觀測反力支撐和現(xiàn)澆連續(xù)梁的受力變化及受力均衡狀態(tài)，無異常，再將現(xiàn)澆連續(xù)板頂升2 mm，再次觀測反力支撐和現(xiàn)澆連續(xù)梁的受力變化及受力均衡狀態(tài)，再頂升5 mm，再次觀測立柱和現(xiàn)澆連續(xù)板的受力變化及受力均衡狀態(tài)，這樣經(jīng)過反復(fù)操作后，將箱梁橫向頂升到設(shè)計(jì)位置。

糾偏復(fù)位要增設(shè)梁底支撐面楔形調(diào)平塊確保支座頂水平設(shè)置，糾偏初期設(shè)置臨時(shí)限位裝置確保糾偏整治，糾偏結(jié)束要設(shè)置縱向固定限位裝置。圖6為水平糾偏千斤頂安裝圖。

4.1.3 糾偏注意事項(xiàng)

糾偏整個(gè)過程要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，嚴(yán)格糾偏力的控制，區(qū)分正常糾偏和施工偏差，不要產(chǎn)生附加內(nèi)力，嚴(yán)禁產(chǎn)生反力。糾偏要循序漸進(jìn)，復(fù)位時(shí)要加強(qiáng)觀測，包含千斤頂讀數(shù)變化，同時(shí)防止產(chǎn)生人為裂縫，產(chǎn)生新的病害。對于殘余變形、施工偏差，在制定糾偏預(yù)案時(shí)要注意收集歷年檢測資料，并考慮材料性能蛻化等相關(guān)因素，及時(shí)分析，控制糾偏速率、施加應(yīng)力、工序順序等，保證適度糾偏和糾偏效果。

4.1.4 支座更換,設(shè)置滑移面

豎向、水平向頂升就位支撐完畢后，觀測支座損壞情況，并對支座進(jìn)行評(píng)估?？紤]在糾偏施工結(jié)束后是否可重新利用或按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行更換，增設(shè)梁底支撐面楔形調(diào)平塊,確保支座頂面、底面全斷面水平接觸。頂升T梁后，在支座位置設(shè)置臨時(shí)滑移面。支座更換完成后，進(jìn)行逐段卸載落梁，按頂升的相反程序進(jìn)行。由于是在S曲線橋上頂升T梁，為防止T梁橫向側(cè)移，在T梁的橫向側(cè)設(shè)置限位裝置。

圖6 水平糾偏千斤頂安裝圖

4.2 糾偏工序

本次糾偏工程實(shí)施難度大，在加固施工時(shí)必須謹(jǐn)慎從事，尤其是在施工順序方面應(yīng)根據(jù)梁體各部分的受力情況合理安排，以保證結(jié)構(gòu)安全。施工順序見圖7。

圖7 糾偏工序流程圖

5 結(jié)語

（1）有縱坡的先簡支后連續(xù)橋梁在長期運(yùn)營過程中容易出現(xiàn)梁體縱向移位、伸縮縫卡死等病害，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生支座滑移脫空與墩柱傾斜等更進(jìn)一步的橋梁病害。這些病害如果處置不及時(shí)會(huì)引發(fā)重大橋梁坍塌事故。因此，在日常橋梁養(yǎng)護(hù)檢查中應(yīng)特別關(guān)注橋梁伸縮縫異常變位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害，提前進(jìn)行處置。

（2）有較大縱坡的先簡支后連續(xù)高墩橋梁應(yīng)設(shè)置梁體縱向移位限位裝置。

（3）橋梁糾偏工程實(shí)踐表明，在橋梁結(jié)構(gòu)上安裝反力架，以橋墩或梁體反力架做承力點(diǎn)，通過千斤頂頂推糾偏，對原結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)影響小，糾偏施工較方便，糾偏后設(shè)置限位裝置有效控制了病害發(fā)展。

該大橋自2013年糾偏完工至今已4 a，目前橋梁運(yùn)營狀況良好，說明該處理方法基本有效，可為同種類型的橋梁偏移病害處理提供可靠方法。

U445.7

B

1009-7716（2017）12-0078-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.12.022

2017-08-29

王景山（1970-），男，蒙古族，內(nèi)蒙古人，碩士，工程師，從事建筑專業(yè)教學(xué)工作。