橋梁縱向糾偏方案及實(shí)施分析

施茂松

（廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420）

0 引言

廣東梅河高速公路甲子里大橋出現(xiàn)病害最主要的原因是：橋梁在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)后，因來(lái)往車(chē)輛行駛時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和自重作用下，在設(shè)置有縱向坡度的橋梁縱向方向產(chǎn)生一定的位移，使得空心板梁底支撐不是處于水平狀態(tài)，而是斜置。將導(dǎo)致支座不均勻受壓而向上坡方向剪切變形并且成楔形狀，上部荷載沿縱坡方向有分力作用，但發(fā)生收縮徐變和溫縮時(shí)將難以回縮，而在發(fā)生溫漲時(shí)則會(huì)往下坡方向伸展，加上動(dòng)載沖擊力振動(dòng)作用、制動(dòng)力的水平作用，形成“多去少回”的變形狀態(tài)，時(shí)間越長(zhǎng)，在無(wú)限位因素的約束下，下移趨勢(shì)將不斷累積。其造成部分支座偏出梁底墊石和縱向剪切變形、橋墩處于偏心受壓狀態(tài)等一系列的病害，被稱(chēng)為“三類(lèi)”橋，對(duì)橋梁的安全運(yùn)營(yíng)構(gòu)成一定的威脅。

1 工程概況

1.1 橋梁概況

甲子里大橋位于廣東梅河高速公路程江至華城段，中心樁號(hào)為K27+775，左右幅不等長(zhǎng)設(shè)計(jì)，即右幅兩端橋頭比左幅均少一跨25m 空心板。橋梁全長(zhǎng)506.9m，與路中線斜交90。左半幅上部結(jié)構(gòu)采用（2×25+4×25+4×25+1×25+5×40+1×25）m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁及預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。右半幅上部結(jié)構(gòu)右半幅采用（1×25+4×25+4×25+1×25+5×40）m預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁及預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。

其中，上部結(jié)構(gòu)40m 結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁，結(jié)構(gòu)連續(xù)；25m 結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，橋面連續(xù)。空心板梁高1.25m，T 梁梁高2.50m。下部結(jié)構(gòu)采用空心薄壁墩（T 梁部分）、實(shí)心矩形墩（T 梁部分）、圓柱墩、樁柱臺(tái)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

橋面凈寬2m×11m，全橋?qū)?4.5m；伸縮縫左幅在2、6、10墩處各設(shè)一道D80 伸縮縫，在11墩處設(shè)一道D160 伸縮縫；右幅在1、5、9墩處各設(shè)一道D80伸縮縫，在10墩處設(shè)一道D160 伸縮縫。

橋面鋪裝采用C40 雙鋼混凝土，鋼筋網(wǎng)φ10@10cm。預(yù)制空心板和T 梁采用C50 混凝土、蓋梁、臺(tái)帽、樁柱、耳背墻采用C30 混凝土，樁基、承臺(tái)采用C25 混凝土。該橋縱坡為2.5% 和4% 之間，K23+350(高程359.016)至K29+340(高程169.836)為約6km 的長(zhǎng)陡坡（平均縱坡3.15%）；轉(zhuǎn)坡點(diǎn)K27+650(高程230.641)前縱坡為2.5%，之后縱坡為3.99%，即左幅5墩、右幅4墩處為轉(zhuǎn)坡點(diǎn)；R0 臺(tái)處縱坡為2.5%。另外，R1～R9(L1～L10)墩縱坡處于凹曲線范圍,縱坡2.5%～4%,R10～R15(L11～L17)墩縱坡為4%。

該橋直線段橫坡為雙向2%，位于緩和曲線的右半幅R13～R15(左半幅L14～L17)墩的橫坡為-2%～0.75%。

1.2 維修思路及措施

1.2.1 盡可能恢復(fù)原設(shè)計(jì)的合理結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，主要措施包括：

一是恢復(fù)下移空心板設(shè)計(jì)支撐，即縱向頂推糾偏復(fù)位（也是本文重點(diǎn)介紹）；二是重新調(diào)平梁底調(diào)平塊，從根本上解決下移；三是更換支座，恢復(fù)支座的支撐位置。

1.2.2 優(yōu)化原設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，主要措施包括：

一是第四聯(lián)單跨空心板和第三聯(lián)改橋面連續(xù)構(gòu)造，減少伸縮縫；二是每跨梁底增設(shè)抗滑擋塊進(jìn)行限位，防止橋梁再次產(chǎn)生縱向下移；三是背墻鑿除，解除和空心板連續(xù)，通過(guò)T 梁端部加厚橫隔板及接長(zhǎng)牛腿的方式重新安裝過(guò)渡墩處的D160 伸縮縫等。

2 縱向頂推糾偏順序及頂推力計(jì)算

2.1 縱向頂推施工順序

首先縱向糾偏第二聯(lián)，其次第三聯(lián)，最后第四聯(lián)。

2.2 頂推力計(jì)算

頂推力等于每聯(lián)的支座摩擦力，四氟板加硅脂油的滑動(dòng)摩阻系數(shù)一般?。?.05～0.06，按設(shè)計(jì)圖紙中取0.05，一跨空心板的上部結(jié)構(gòu)恒載計(jì)算得出5636kN；加上4%的縱坡由于橋梁重量產(chǎn)生的水平分力。為了安全考慮，取縱向水平臨界力的2 倍作為一聯(lián)的墩頂?shù)目v向水平力。側(cè)一聯(lián)的墩頂?shù)目v向水平力F 總為（以下部分計(jì)算是摘自設(shè)計(jì)施工圖）：

F 總=2×0.05×5636×4=2254.4kN

共同由7 片空心板承擔(dān)，考慮偏載影響，偏載系數(shù)取1.15，一片空心板的受力為371kN，為了安全考慮，取其的1.5 倍。371×1.5=555kN，考慮偏心彎矩，偏心彎矩為梁高的一半：1.25/2=0.625m，即偏心彎矩為：555×0.625=347kN.m。

取2 倍縱向水平臨界力作為一聯(lián)的墩頂?shù)目v向水平力，主要考慮以下因素：

一是橋梁4%的縱坡，橋梁重量產(chǎn)生的水平分力；

二是根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)規(guī)范，四氟板在硅脂油的作用下，初始最大靜摩擦系數(shù)比動(dòng)摩擦系數(shù)大，而且與溫度有關(guān)。具體見(jiàn)表1。

表1 聚四氟乙烯板材的摩擦系數(shù)

從表1 可知，梁體由靜到動(dòng)，初始靜摩擦系數(shù)μ基本上是動(dòng)摩擦系數(shù)的（1.4～2.4）倍，所以滑動(dòng)頂推力要比初始的最大靜摩擦力要小，為了使橋梁從靜到動(dòng)，能夠順利地進(jìn)行，頂推力應(yīng)該比初始最大的靜摩擦力要大，因此，取2 倍縱向水平臨界力作為一聯(lián)的墩頂?shù)目v向水平力。

3 縱向頂推糾偏的調(diào)整介紹

3.1 原設(shè)計(jì)方案

采用頂推法施工，在第五聯(lián)T 梁梁端地面上設(shè)置反力架基礎(chǔ)，反力架基礎(chǔ)具體做法：先在T 梁腹板處進(jìn)行鉆孔，用Ф25 的PSB1080 級(jí)別的預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋把貝雷架與T 梁腹板連接，再利用貝雷架與地面基礎(chǔ)形成支撐的反力架，這樣就形成了剛度較大的反力架結(jié)構(gòu)，保證了原結(jié)構(gòu)的安全，如圖1 所示。然后在梁與梁之間的縫間填塞鋼管，使縫間填滿(mǎn)，或者采用高壓的壓漿管，通過(guò)壓水，使空心板壓實(shí)。在伸縮縫處插入鋼管，并用薄鋼片擠緊傳力，讓梁與梁之間不產(chǎn)生縱向位移變形。采用多點(diǎn)頂推，通過(guò)水平千斤頂施力，借助四氟滑板為臨時(shí)滑道將梁向前頂推。

圖1 空心板糾偏反力架基礎(chǔ)示意圖

3.2 調(diào)整后的方案

采用頂推法施工，取消設(shè)置上述反力架結(jié)構(gòu)。利用第三聯(lián)、第四聯(lián)空心板梁和第五聯(lián)的連續(xù)鋼構(gòu)T 梁做頂推反力架。為便于各梁間安置傳力介質(zhì)，可在橋面連續(xù)各梁端腹板處位置開(kāi)孔約10cm；傳力介質(zhì)安置要確保按縱軸線傳力，不偏移、不變形。當(dāng)縱向頂推糾偏第二聯(lián)時(shí)，根據(jù)空心板頂推縱向糾偏加固辦法，第三聯(lián)、第四聯(lián)和第五聯(lián)（T 梁結(jié)構(gòu)）一起作為反力架，利用它們的墩頂抗推剛度來(lái)提供反力，橋面連續(xù)處應(yīng)力及各聯(lián)承受反力計(jì)算如下：

3.2.1 橋面連續(xù)處應(yīng)力計(jì)算

結(jié)合施工監(jiān)控階段數(shù)據(jù)，取第三聯(lián)空心板（4m×25m）進(jìn)行計(jì)算，在頂推縱向糾偏過(guò)程中不同頂推力作用下計(jì)算橋面連續(xù)處的拉應(yīng)力，按計(jì)算得出頂推力達(dá)到最大值時(shí)2254.4kN（2 倍縱向水平臨界力）和邊界值1575kN（1.4 倍縱向水平臨界力）時(shí)，橋面連續(xù)處應(yīng)力分別見(jiàn)圖2和圖3所示。

圖2 頂推力為2254.4kN 時(shí)橋面連續(xù)處最大拉應(yīng)力（單位：MPa）

圖3 頂推力為1575kN 時(shí)橋面連續(xù)處最大拉應(yīng)力（單位：MPa）

結(jié)果表明：最大頂推力2254.4kN 時(shí)橋面連續(xù)處最大拉應(yīng)力達(dá)到3.42MPa,橋面C50 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.64MPa，將導(dǎo)致橋面連續(xù)處被拉裂；頂推力為1575kN 時(shí)，橋面連續(xù)處最大拉應(yīng)力為2.39MPa，滿(mǎn)足要求。

3.2.2 第四聯(lián)空心板反力計(jì)算

第四聯(lián)僅一跨空心板，上部結(jié)構(gòu)重力為5636kN，采用GYZ（φ250×42mm）板式橡膠支座，與空心板底鋼板的摩擦系數(shù)取0.3，則第四聯(lián)的反力為：5636×0.3＝1691kN。

3.2.3 第五聯(lián)(T 梁)反力計(jì)算

第五聯(lián)T 梁自重考慮約8000kN，1 跨5 片梁,共5跨,2 個(gè)邊跨設(shè)置四氟板滑動(dòng)支座GJZF4（400×450×66mm），與梁底鋼板的摩擦系數(shù)取0.06，中跨各墩均采用墩梁固結(jié)形式，墩頂鋼板與梁底鋼板為(660×520×30mm)，鋼板間摩阻系數(shù)取0.3。因此，一聯(lián)T 梁的摩擦力：8000×0.06+8000×4×0.3＝10080kN。

3.2.4 計(jì)算結(jié)論

由上述計(jì)算可見(jiàn)，當(dāng)頂推第二聯(lián)時(shí)，當(dāng)頂推力超過(guò)1575kN 時(shí)，橋面連續(xù)處可能將會(huì)被拉裂破壞，但第四聯(lián)受到的反力大于1691kN 和第五聯(lián)T 梁受到的反力大于10080kN 時(shí)，第四聯(lián)和第五聯(lián)（T 梁結(jié)構(gòu)）才會(huì)產(chǎn)生位移。

4 縱向糾偏調(diào)整后方案的實(shí)施

4.1 準(zhǔn)備工作

搭設(shè)施工平臺(tái)—清理各板底墊石頂面和伸縮縫—設(shè)置橋面連續(xù)處梁板端之間的縱向傳力措施—設(shè)置R10墩和R15臺(tái)伸縮縫處縱向傳力設(shè)施。

4.2 同步頂升全聯(lián)空心板

安裝頂升千斤頂設(shè)備及頂升鋼板（選用專(zhuān)用異型超高壓雙油路千斤頂）和位移計(jì)，設(shè)置在板梁間的接縫處，以保證板梁同步頂升,如圖4 所示。安裝完成后，進(jìn)行設(shè)備調(diào)試。包括油路的連接、供電線路、千斤頂工作狀況以及傳感器檢查等。并且通過(guò)預(yù)頂升(梁體頂起3mm）來(lái)驗(yàn)證設(shè)備的可靠性，消除頂升系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題以及頂升過(guò)程中可能出現(xiàn)的非彈性變形。各斷面頂升到位后，加上輔助支撐。

圖4 安裝頂千斤頂設(shè)備及鋼板示意圖

4.3 設(shè)置頂推臨時(shí)滑道

4.3.1 安裝頂推臨時(shí)滑道

安設(shè)縱向糾偏臨時(shí)滑道，在每個(gè)支座上墊四氟板并涂抹硅脂油，再鋪設(shè)不銹鋼板，如圖5 所示，四氟板+不銹鋼板厚約5mm，實(shí)施過(guò)程中，四氟滑板兩面均保持清潔，頂推時(shí)四氟板面朝上并放置不銹鋼板，四氟滑板頂面涂上潤(rùn)滑用的硅脂油以減少摩擦，安裝完成后對(duì)每個(gè)臨時(shí)滑板有效性進(jìn)行檢查。

圖5 安裝頂推臨時(shí)滑道

4.3.2 安全頂推設(shè)備

進(jìn)行同步整體落梁，使整體梁板受力于臨時(shí)滑道。同時(shí)，安裝第二聯(lián)與第三聯(lián)伸縮縫間的縱向頂推千斤頂，如圖6 所示，安裝頂推監(jiān)控設(shè)備，主要觀測(cè)頂推反力、梁體之間以及橋面連續(xù)處的變形情況。

圖6 頂推千斤頂安裝示意圖

4.3.3 頂推作業(yè)

正式頂推作業(yè)，初始時(shí)先施加4mm 進(jìn)行預(yù)推，如正常，按9mm 為一個(gè)觀察行程級(jí)，頂推9mm 時(shí)觀察梁體縱向偏移情況，各頂推點(diǎn)壓力情況及橋面連續(xù)處標(biāo)高情況，如無(wú)異常時(shí)再進(jìn)行下一觀察級(jí)的頂推，推至設(shè)計(jì)要求。

4.3.4 更換支座

頂推到位后，經(jīng)各觀測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)無(wú)異常時(shí)，重新進(jìn)行頂升更換支座。采用快凝干混砂漿二次落梁的方式對(duì)支座處進(jìn)行梁底調(diào)平。工序如下：

糾偏到位—頂升空心板梁—放新支座—量取支座與梁底空間尺寸—制作膠帶模板—灌注快凝干混砂漿—支座就位—第一次落梁—拆除膠帶并清除多余的砂漿—初凝—第二次落梁。

5 實(shí)施結(jié)果

在橋梁縱向糾偏過(guò)程中，必須對(duì)每聯(lián)被頂推的空心板進(jìn)行縱橫向位移及位移行程的監(jiān)控，同時(shí)為確保結(jié)構(gòu)安全及驗(yàn)證取消反力架基礎(chǔ)的方案是安全、可行的，在頂推過(guò)程進(jìn)行頂推反力監(jiān)測(cè)，實(shí)施結(jié)果如下：

5.1 布置測(cè)點(diǎn)

在頂推第二聯(lián)時(shí)，取第二聯(lián)與第三聯(lián)之間（R9 墩）伸縮縫處為監(jiān)測(cè)斷面，與頂推千斤頂同樣布置8 個(gè)千斤頂，頂住伸縮縫起到縱向傳力作用，同時(shí)，讀取反力值。

5.2 監(jiān)測(cè)方法

采用千斤頂測(cè)力，先加10MPa 的壓力，再頂推第二聯(lián)，測(cè)反力的千斤頂受到反力作用壓力增量即為反力的壓力值。頂推過(guò)程的每一級(jí)行程，讀一次千斤頂?shù)膽?yīng)力值，計(jì)算總反力。

5.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與分析

第二聯(lián)頂推過(guò)程中R5 墩處頂推力和R10墩處梁頂反力監(jiān)測(cè)值，如表2 所示。由表2 數(shù)據(jù)可知，第二聯(lián)頂推時(shí)，最大頂推力為1080kN，作用于第四聯(lián)的總反力為172.3kN。遠(yuǎn)小于第五聯(lián)T 梁的動(dòng)摩擦力（10080.6kN）和第四聯(lián)空心板的動(dòng)摩擦力（1691kN）。表明第四聯(lián)空心板和第五聯(lián)T 梁不會(huì)因頂推反力產(chǎn)生位移。

表2 右幅第二聯(lián)頂推過(guò)程R5 墩處推力和R10 墩處梁頂反力值對(duì)照表

6 結(jié)語(yǔ)

同步頂推第二聯(lián)時(shí)的最大頂推力為1080kN，由此推算，頂推第三聯(lián)、第四聯(lián)時(shí)亦不會(huì)使T 梁產(chǎn)生位移，T 梁橋臺(tái)也不受推力作用而損壞。因此，采用頂推法施工，取消設(shè)置反力架基礎(chǔ)，利用第三聯(lián)、第四聯(lián)空心板梁和第五聯(lián)的連續(xù)鋼構(gòu)T 梁做頂推反力架，是可行、安全的。頂推加固過(guò)程，各項(xiàng)指標(biāo)均正常，結(jié)構(gòu)安全。