獨(dú)柱墩曲線梁橋主梁偏位專項(xiàng)檢測研究

董方超

上海同濟(jì)檢測技術(shù)有限公司 上海 200441

獨(dú)柱墩橋梁由于其結(jié)構(gòu)輕巧，橋下通透性好、視野開闊，易適應(yīng)地形，下部工程量小等優(yōu)點(diǎn)，在橋梁建設(shè)中被廣泛采用，其中獨(dú)柱墩曲線梁橋在大型樞紐立交的匝道中應(yīng)用更為廣泛。近年來，隨著橋梁事業(yè)的蓬勃發(fā)展，橋梁安全性能成為時下關(guān)注的焦點(diǎn)，其中，獨(dú)柱墩曲線橋梁上部結(jié)構(gòu)的偏移甚至傾覆成為檢測工程師關(guān)注的重點(diǎn)，如何準(zhǔn)確地判斷此類橋梁是否均有安全隱患，以及如何維修或加固此類橋梁，成為當(dāng)下推動橋梁事業(yè)發(fā)展的重要課題。

1 工程概況

上海浦東國際機(jī)場東西飛行區(qū)聯(lián)絡(luò)通道橋，位于浦東機(jī)場內(nèi)部，連接?xùn)|西工作區(qū)，橋梁大致為東西走向，全橋共21孔。橋梁跨徑布置自西向東依次為：5×21m（空心板梁）+4×32.5m（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁）+3×32.5m（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁）+45m（掛孔鋼箱梁）+2×32.5m（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁）+（26m+30.5m+26m）（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，獨(dú)柱墩曲線梁橋）+（30.846m+32.5m+30m）（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁）=618.346m。其中，跨徑45m的鋼箱梁跨越迎賓高速和軌道交通2號線。

橋面橫向布置：

0.5m（防撞護(hù)欄）+10m（機(jī)動車道）+0.5m（防撞護(hù)欄）=11.0m。

橋梁上部結(jié)構(gòu)：

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁段：上部結(jié)構(gòu)采用不同跨徑的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，每一聯(lián)均采用頂板寬度為10.5m的單榀箱梁，梁高1.76m。

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁段：上部結(jié)構(gòu)采用21m先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，每孔10片，空心板梁梁高0.9m，中梁底寬0.99m，邊梁底寬1.095m，邊梁懸臂寬0.15m。橋面在0#臺、5#墩、9#墩、12#墩、13#墩、15#墩、18#墩、21#臺處設(shè)置型鋼伸縮縫，其他處橋面連續(xù)。

跨徑45m的鋼箱梁段：上部結(jié)構(gòu)采用梁長40m的單榀鋼箱梁，梁高1.84m。

橋梁下部結(jié)構(gòu)：

（1）橋墩：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁區(qū)段采用“Y”字形獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)。空心板梁橋橋墩采用預(yù)應(yīng)力蓋梁+獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)。橋墩立柱與樁基設(shè)承臺連接，承臺厚1.5m。橋墩樁基均采用直徑800mm的鉆孔灌注樁。

（2）橋臺：橋臺為輕型橋臺，臺身與樁基間設(shè)承臺連接，承臺高1.2m。橋臺樁基采用直徑800mm鉆孔灌注樁。

支座類型：

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁采用XQZ球鋼支座；預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁采用板式橡膠支座；鋼箱梁采用GYZ850×90mm圓板式橡膠支座。

橋面鋪裝：

混凝土梁：8cm鋼筋混凝土+1mm防水層+8cm瀝青混凝土。鋼箱梁：2mm防水層+8cm瀝青混凝土。

伸縮縫：

全橋設(shè)置8條伸縮縫，伸縮縫均采用80型型鋼伸縮縫。

結(jié)構(gòu)主要材料：

（1）混凝土

橋臺、承臺：C25；混凝土蓋梁：C50；板梁立柱：C30；箱梁立柱：C40；板梁：C40；混凝土箱梁：C50。

（2）鋼材

普通鋼筋：R235，HRB335；預(yù)應(yīng)力鋼筋：均采用公稱直徑15.20mm低松弛鋼絞線，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk＝1860Mpa；鋼材：鋼箱梁用Q345q（D）。

主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

橋梁設(shè)計(jì)荷載：行李拖車（限拖四節(jié)，總重137kN）；客運(yùn)擺渡車（總重208kN）；集裝板拖車（總重290kN）。

橋梁橫坡：直橋段設(shè)2.0%的雙向橫坡；曲線橋段設(shè)2.0%單向橫坡。

2 專項(xiàng)檢測目的

在橋梁運(yùn)營過程中，發(fā)現(xiàn)曲線橋段于18#墩伸縮縫處存在橫向偏位現(xiàn)象。為查明原因、保證橋梁安全運(yùn)營，管理單位特委托檢測單位對該橋梁進(jìn)行專項(xiàng)檢測，查明橋梁病害現(xiàn)狀，評價該病害對橋梁安全運(yùn)營的影響，進(jìn)一步分析病害成因，以及提出養(yǎng)護(hù)、維修建議。

為了方便、準(zhǔn)確表述，橋梁結(jié)構(gòu)、構(gòu)件采用如下編號規(guī)則：

橋跨編號：定義自西向東為線路前進(jìn)方向，橋跨按前進(jìn)方向依次為1#孔、2#孔……19#孔、21#孔。

墩臺編號：按線路前進(jìn)方向編號：0#臺、1#墩……20#墩、21#臺。

空心板梁編號：面向路線前進(jìn)方向，從右向左依次編號，前面再冠以橋跨編號，如1-2#梁。

空心板梁鉸縫編號：面向路線前進(jìn)方向，從右向左依次編號，前面再冠以橋跨編號，如2-3#鉸縫。

支座編號：單排支座：面向路線前進(jìn)方向，從右向左依次編號，并冠以墩臺編號，如：6-1#支座；雙排支座：面向路線前進(jìn)方向，從右向左依次編號，并冠以橋跨編號與墩臺編號，如：5-5-1#支座。

3 專項(xiàng)檢測過程介紹

資料收集階段：首先，對橋梁的竣工資料等文件進(jìn)行全面收集，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行檢測。根據(jù)業(yè)主提供的信息，該橋僅有竣工圖紙，沒有驗(yàn)收、檢測等文件。

檢測方案編制階段：根據(jù)收集結(jié)果制定檢測方案，本次檢測包括橋梁結(jié)構(gòu)尺寸復(fù)核、橋梁外觀病害檢查、材質(zhì)狀況檢測、橋面線形測量、墩柱豎直度測量、支座偏移量測量。每個參數(shù)檢測意義如下：

（1）通過對橋梁結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行測量，復(fù)核橋梁結(jié)構(gòu)尺寸是否與設(shè)計(jì)一致。

（2）通過對橋梁橋面系、上部結(jié)構(gòu)及下部結(jié)構(gòu)等部件的缺損狀況進(jìn)行檢查，查明缺損和病害的部位、性質(zhì)、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢，分析缺損和病害產(chǎn)生的主要原因，獲得該橋當(dāng)前的技術(shù)狀況指標(biāo)。

（3）通過橋梁技術(shù)狀況的綜合評定，確定橋梁的技術(shù)狀況等級，分析和評價缺損和病害對橋梁正常使用和承載能力的影響。

（4）通過對橋梁主要構(gòu)件的材質(zhì)狀況進(jìn)行無損抽樣檢測，量化材料的退化程度，確定其主要指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范的要求。

（5）對橋梁橋面線形進(jìn)行測量，了解橋梁橋面是否平整。

（6）通過墩柱豎直度測量，了解橋墩豎直度是否滿足規(guī)范要求，以及是否有規(guī)律傾斜，影響上部結(jié)構(gòu)偏移。

（7）通過支座偏移測量，了解支座滑動的基本情況，間接反映出主梁是否滑動或偏移。

其中，比較關(guān)鍵的三個方面為：橋墩立柱豎直度測量[1]、橋梁結(jié)構(gòu)外觀檢查、橋梁支座偏移測量。

依據(jù)的規(guī)范或文件主要有：

①《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG 5120-2021）

②《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGT H21-2011）

③《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTGT J21-2011）

④《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2017）

⑤《混凝土中鋼筋檢測技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 152-2019）

⑥《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-2011）

⑦《浦東國際機(jī)場貨運(yùn)聯(lián)絡(luò)通道工程竣工圖》（上海市第二建筑有限公司，2006.7.25）

下面從橋墩立柱豎直度、外觀病害、支座偏移三個方面介紹檢測結(jié)果。

3.1 橋墩立柱豎直度測量

按照《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2017）8.6節(jié)橋梁混凝土現(xiàn)澆墩臺全高豎直度要求，用全站儀測量曲線梁橋段（15#墩～18#墩）立柱豎直度，墩柱豎直度測量結(jié)果見下表1所示。

表1 橋墩立柱豎直度測量結(jié)果

由上表可知，曲線梁橋段的橋墩立柱豎直度滿足規(guī)范要求。且用水平尺測量可知18#墩立柱頂面橫向無明顯傾斜，表明上部主梁的偏移不是墩柱傾斜導(dǎo)致，也不是墩柱頂面不水平導(dǎo)致。

3.2 結(jié)構(gòu)外觀檢查

依據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG 5120-2021）對該橋進(jìn)行了全面檢查。

檢查結(jié)果表明：18#孔主梁在18#墩端存在明顯的位移：在18#墩頂南側(cè)防撞護(hù)欄處測得向南偏位3.5cm，在北側(cè)防撞護(hù)欄處測得向南偏位3.8cm。且南側(cè)防撞護(hù)欄比相鄰的19#孔防撞護(hù)欄低1.5cm，北側(cè)防撞護(hù)欄比相鄰的19#孔防撞護(hù)欄高1.9cm，曲線聯(lián)主梁相對于相鄰聯(lián)主梁可能存在橫向偏移和順時針的扭轉(zhuǎn)。

3.3 支座偏移測量

根據(jù)以上2步檢查結(jié)果，下部結(jié)構(gòu)未傾斜的情況下，測量橋梁支座頂板相對于底板的偏移量可以反應(yīng)出主梁的偏移方向和偏移量。

對發(fā)生偏位的曲線梁橋段及其前、后2兩聯(lián)進(jìn)行了支座偏移測量，14#～20#墩支座頂板相對底板偏位情況如下圖1所示。

圖1 14#~20#墩支座頂板相對底板偏位情況統(tǒng)計(jì)

由圖1可知，14#墩所在聯(lián)的固定支座未產(chǎn)生偏移或破壞，說明該聯(lián)上部結(jié)構(gòu)沒有整體偏移；曲線聯(lián)的固定支座未產(chǎn)生偏移或破壞，且單向支座偏移量較小且無規(guī)律，說明該聯(lián)上部結(jié)構(gòu)沒有整體縱向或橫向偏移；19#墩所在聯(lián)固定支座未產(chǎn)生偏移或破壞，且該聯(lián)主梁末端與橋臺間間距正常，未見頂死等異常，故該聯(lián)上部結(jié)構(gòu)沒有整體偏移。

另外，18#墩支座橫向限位擋塊斷裂，且支座損壞嚴(yán)重，見下圖2所示。

圖2 18-18-2#支座鋼板銹蝕，橫向限位擋塊斷裂

由圖2可知，18-18-2#支座橫向偏移導(dǎo)致支座橫向限位裝置破壞，上下墊板相對滑動明顯，表明18#墩處主梁向外側(cè)偏移。

4 病害成因分析及維修對策

經(jīng)過專項(xiàng)檢測，橋梁結(jié)構(gòu)尺寸與竣工圖相符，橋面線形整體平順未見明顯突變，橋梁材質(zhì)狀況良好，結(jié)合外觀檢查結(jié)果、橋墩立柱豎直度測量結(jié)果以及支座偏移量測量結(jié)果可知：該橋18#孔主梁在18#墩端存在明顯的位移，且伴隨支座嚴(yán)重?fù)p壞和支座擋塊頂死開裂等病害，存在安全隱患。

根據(jù)專項(xiàng)檢測結(jié)果，經(jīng)過綜合分析，做出如下病害成因分析：

（1）根據(jù)墩柱豎直度測量結(jié)果，該橋下部結(jié)構(gòu)立柱豎直度滿足規(guī)范要求，上部結(jié)構(gòu)的縱、橫向偏移不是下部結(jié)構(gòu)立柱傾斜引起的。

（2）根據(jù)橋梁外觀檢查結(jié)果，曲線橋段主梁于18#墩處存在縱向和和橫向偏移，支座的橫向限位裝置損壞說明主梁存在橫向偏移，18#墩頂支座頂?shù)装蹇v向錯位說明主梁存在縱向偏移。

（3）根據(jù)支座頂?shù)装迤磺闆r可知，曲線橋段及其前、后2聯(lián)的固定支座未偏位，且其余單向支座也未出現(xiàn)大幅度偏位或損壞，說明整聯(lián)主梁并未產(chǎn)生整體的縱向移動或橫向移動。

由以上分析可知，該橋曲線段梁橋僅在18#墩頂有橫向偏位和縱向偏移的跡象，但該聯(lián)橋并未整體偏位或移動。

根據(jù)病害分析，提出以下維修建議：鑒于球鋼支座普遍老化，建議更換曲線梁段內(nèi)所有球鋼支座，在頂升更換支座的同時，通過頂推[2]手段調(diào)整該聯(lián)主梁位置，減少18#墩處主梁橫向偏位，且在18#墩處設(shè)置更加可靠的橫向限位裝置，同時設(shè)置永久性位移觀測測點(diǎn)，以便后續(xù)定期監(jiān)測曲線段主梁位移情況[3-4]。

5 結(jié)語

本工程對上海浦東國際機(jī)場內(nèi)的一座主梁偏位的獨(dú)柱墩曲線梁橋進(jìn)行了專項(xiàng)檢測，通過立柱豎直度測量、外觀檢查、支座偏移測量的方法綜合分析病害成因，再根據(jù)病害特點(diǎn)提出維修建議。經(jīng)總結(jié)，得到以下幾點(diǎn)體會作為結(jié)語：

（1）該橋運(yùn)營約15年左右從未開展過橋梁檢測，且未建立橋梁檔案，于是，發(fā)現(xiàn)主梁偏位后，手中沒有相關(guān)資料可以分析參考，這也給判定病害成因造成很大困難。

（2）獨(dú)柱墩曲線梁橋因占地空間小、結(jié)構(gòu)形式優(yōu)美等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，但獨(dú)柱墩曲線梁橋的易側(cè)移和易傾覆等不良特征值得橋梁工程師的警惕，不管在設(shè)計(jì)時還是在檢測時，都要關(guān)注。

（3）對于已經(jīng)發(fā)生側(cè)移的獨(dú)柱墩曲線梁橋,檢測工程師可以從以下幾個方面考慮：下部結(jié)構(gòu)是否傾斜，支座是否有滑動痕跡，主梁間是否有錯動痕跡。若有竣工資料，可以測量主梁或立柱的標(biāo)高進(jìn)行比對判斷。

（4）結(jié)合文獻(xiàn)和檢測結(jié)果，浦東機(jī)場東西飛行區(qū)聯(lián)絡(luò)通道橋18#墩處主梁橫向偏位的可能原因：汽車荷載離心力和系統(tǒng)溫差造成。18#墩處主梁縱向偏位可能原因：該橋?yàn)楝F(xiàn)澆的預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁橋，主梁縱向的伸長和縮短可能與預(yù)應(yīng)力體系變化、混凝土熱脹冷縮等有關(guān)。

（5）對于重要橋梁，可以在曲線橋段設(shè)置主梁位移監(jiān)測測點(diǎn)，定期觀察主梁是否存在橫向或縱向位移。因?yàn)橹髁旱钠剖侨辗e月累的過程，定期觀測是一種有效的監(jiān)測手段。