連續(xù)梁橋交接墩偏移病害糾偏量控制研究

崔相奎，李國亮

(1.遼寧省交通建設管理有限責任公司 沈陽市 110005; 2.中交公路規(guī)劃設計院有限公司大連分院 大連市 116000)

高速公路高墩大跨連續(xù)梁橋交接墩易出現不同程度向上坡方向偏移的病害，引起該病害的主要原因是支座頂板安裝不水平，病害處理主要是采取梁板頂升糾偏、墩柱加固進行處理，取得了較好的效果，積累了一些經驗。那么，糾偏過程中糾偏量控制是病害處理的關鍵，以糾偏工程實踐為依托，通過推倒分析法，闡述了糾偏過程中糾偏量與墩柱受力關系，提出了糾偏量控制要求，以便為今后類似病害的處理提供經驗借鑒。

1 基本假定

為確定墩頂糾偏量與墩身內力的關系，對墩身進行推倒分析。即：在墩頂施加一水平力，隨著水平力的增加，墩頂位移逐步增大，墩底截面的內力逐步增大，墩底截面的應力、應變分布將逐步發(fā)生變化，直到結構傾覆，這一過程稱為推倒分析，通過推倒分析研究墩頂糾偏量與墩身受力狀態(tài)之間的關系。推倒分析假定墩身混凝土及鋼筋材料受力非線性如下：

(1)混凝土材料：混凝土存在壓碎、拉裂兩種破壞行為。發(fā)生壓碎的部分不能繼續(xù)承擔壓力或拉力，發(fā)生拉裂的部分可以承擔壓力、但不能承擔拉力。箍筋對于混凝土的強度及應變有提高效應。

(2)鋼筋材料：鋼筋具有較大的塑形，其應力應變曲線的平臺較長。

圖1 循環(huán)荷載下的混凝土本構關系

圖2 循環(huán)荷載下的鋼筋本構關系

經計算，得到墩頂位移與墩底截面彎矩、墩身水平力～墩頂位移的曲線，如圖3、圖4所示。

2 糾偏過程的受力分析

糾偏施工總體上可分為3個階段，各階段的內力、墩頂位移如圖5、圖6所示，各特征點具體受力情況如下：

A點。橋墩糾偏前的狀態(tài)，墩頂受上坡向的支座卡緊力F1,此時墩底截面已經進入材料非線性。

B點。千斤頂豎向頂升，上部結構與原支座脫離，支承在替換的四氟滑板上，橋墩彈性回復。A點至B點的位移d1為彈性回復位移。此狀態(tài)，墩頂受上坡向的支座摩阻力F2。

圖3 墩底截面彎矩～墩頂位移關系曲線

圖4 墩身水平力～墩頂位移關系曲線

圖5 糾偏過程特征點

圖6 頂推過程中墩頂水平力示意

C點。水平千斤頂首次頂升，向橋墩施加下坡向的頂推力F3。由B至C的曲線與橫坐標軸的交點為C′點。C′點的彎矩為0，可近似認為水平千斤頂的力F3等于支座摩阻力F2，即橋墩僅受豎向力作用。B點至C′點的位移d2為摩阻力效應，可通過計算確定。由C′向C點的過程，千斤頂的力向下坡側，摩阻力向上坡側，水平千斤頂的頂推力F3必須大于支座摩阻力F2，橋墩方能移動。墩底彎矩為上坡側受拉。B點至C′點的位移d2′可取0.5倍的d1。C點為首次頂推完成時的狀態(tài)，橋墩有向上坡側回復的趨勢，但受支座摩阻力F4的阻礙，無法變形，除非之前的千斤頂頂推力F3大于2倍的支座摩阻力F2。

D點。繼續(xù)頂推，由C至D的過程與由C′向C點的過程類似。該過程應分為多步進行。

3 糾偏過程控制標準

綜上所述，建議頂推的行程安排如表1：

表1 糾偏行程及間隔

表中：

d1—豎向千斤頂頂升后橋墩自動回復的位移，可通過測量確定；

d2—頂推過程中的支座摩阻力產生的墩頂位移，可通過計算確定。

每一級加載后，應對結構進行外觀、位移、裂縫、應變觀測及測量，應對糾偏設備進行安全性檢查。“加載后間隔時間”為本級糾偏完成后，至下一級糾偏工作開始的間隔時間，該時間考慮了上述工作一般需要的時間。

4 糾偏量確定原則

4.1 滿足支座安裝的距離要求

如圖7所示。按照如圖7支座固定于主梁上，滑動面設置在蓋梁頂面。隨著溫度的變化，上支座在滑動面上左右滑動。糾偏完成后，糾偏量應保證：

D>L1+L2+Δ

式中：D—糾偏量；

L1—梁端至上支座內側的距離；

L2—蓋梁邊緣至滑動面邊緣的距離，一般取10～20cm；

Δ—支座安裝完成后，最大降溫時梁端縮短的距離。

圖7 支座距離關系示意

4.2 墩身“最小彎矩”原則

如圖5所示，C′點對應的彎矩為0，此時盡管存在墩頂位移，但從受力上而言是最優(yōu)的。若C′點對應的狀態(tài)已滿足支座安裝的距離要求，可以C′點作為糾偏完成后狀態(tài)，此時橋墩各鋼筋的應力應相等。若C′點對應的狀態(tài)尚不滿足支座安裝的距離要求，應進一步糾偏，此時墩身將出現反向的彎矩，從受力上講是糾偏過度，但從支座安裝角度來看是必須的，該種狀態(tài)糾偏完成后，應對墩身強度進行評估，必要時進行加固、補強處理。

5 墩柱糾偏實例

某高速大橋為11孔30m先簡支后連續(xù)預應力T梁結構，柱式橋墩，樁基礎，縱坡3.6%，主梁為C50預制T梁，墩柱直徑1.8m，墩身及蓋梁混凝土為C30；4、6號墩采用墩梁固結，5號墩頂設置多向活動支座。運營養(yǎng)護發(fā)現5號墩下坡側距地面0.4～3m高度范圍內出現多條橫向裂縫，長度0.8～1.5m，間距0.1～0.4m，裂縫寬度為0.15～0.3mm，墩柱蓋梁均向上坡方向傾斜，梁端偏離蓋梁中心線，最大偏移量280mm。采用頂推法進行糾偏處理，在梁底、支座墊石上安放鏡面不銹鋼板，不銹鋼板間放置四氟滑板，四氟滑板與鋼板間涂抹硅脂油，形成滑動面，實測摩擦系數0.03。經計算墩柱所受總荷載10687kN，支座滑動面摩擦力f=10687×0.03=320kN。糾偏時采用8個30t的水平同步千斤頂進行復位，每個千斤頂頂推力為40kN，滿足頂推需要。

具體糾偏過程如下：滑動面形成后墩柱自動回復8.8cm。穩(wěn)定后進行第一級糾偏，糾偏量6cm，分6次完成，每次間歇3min，頂推力由10t增大至19t；1h后進行第二級，糾偏量4cm，分4次完成，間歇3min，頂推力由19t增大到26t；4h后進行第三級，糾偏量3cm，分6次完成，間歇3min，頂推力由26t增大到33t；2h后進行第四級，糾偏量2cm，分4次完成，間歇3min，頂推力由34t增大到37t；第四級頂推結束后，持荷12h后卸載，觀察1h墩柱無反彈后進行第五級，糾偏量2cm，分4次完成，間歇3min，頂推力由30t增大到37.8t，持荷5.5h后卸載，墩柱立即反彈2cm，然后穩(wěn)定，停止糾偏，實際糾偏量23.8cm，殘余4.2cm，滿足要求。

6 糾偏過程注意事項

(1)糾偏量以讓橋墩回復到豎直狀態(tài)為目的，如果墩柱竣工時有一定傾斜值，頂推卸載后，墩柱會有一定的回彈量，此時可認為墩柱傾斜度回復到竣工狀態(tài)；如果正常頂推過程中推力突然變大，可認為糾偏量超過其竣工狀態(tài)，應停止頂推，卸載后墩柱回彈穩(wěn)定后即為竣工狀態(tài)。

(2)如墩柱豎直度仍不能滿足要求，可繼續(xù)頂推，頂推時應提高頂推、卸載的循環(huán)頻率，逐漸進行，以墩柱剛好出現復位反彈時為控制點，此時墩身將出現反向的彎矩，當墩柱回彈力等于摩阻力時，達到平衡，繼續(xù)頂推卸載后將回彈，該種狀態(tài)糾偏完成后，應對墩身強度進行評估，必要時進行加固、補強處理。

(3)墩柱糾偏復位應分次逐級頂推，糾偏過程要以逐級糾偏量和頂推力進行雙重控制，避免過度糾偏現象的發(fā)生。