某大橋墩柱糾偏設計及施工小結

原國華

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

某大橋通車于2010年9月，該橋為連續小箱梁結構（五跨一聯），跨度25 m，橋寬12 m，橋面凈寬11 m。橫橋方向由4片小箱梁構成，縱橋方向設有3道橫隔板，分別在支點和跨中。U型片石混凝土圬工橋臺，橋臺高7 m，基礎位于完整的基巖上；橋墩為鋼筋混凝土矩形實心墩和雙階擴大基礎，墩高25～32 m不等，基礎置于溝底基巖之上，大橋橋位圖見圖1。

圖1 大橋橋位圖

2 橋梁病害現狀

由于受5號橋臺位置右側約25 m高的大體積棄方土的不平衡土壓力及土—墩側摩阻力長期作用，導致4號墩向3號墩方向發生偏移,具體為順橋方向偏移近60 cm、橫橋方向偏移10 cm。

清除棄土方3個月后，在糾偏實施前緩慢恢復至順橋向偏傾44.9 cm、橫橋向偏移6.3 cm位置。為保證橋梁安全運營，必須將橋梁傾斜量糾正到原位。

墩柱偏位還引起了以下一系列直觀的影響：

a）4號墩墩頂的8塊φ350×75普通橡膠支座層解破壞、擠壓脫落以及部分墊塊碎裂。

b）由于梁體端橫隔板與各梁間限位擋塊擠壓，導致7塊限位擋塊破損、碎裂較為嚴重。

c）限位擋塊的側向力致使第五跨橋跨形成向左偏移，也導致了5號臺聯端伸縮縫橡膠條撕毀、墩臺護墻斷面錯位。

d）4號墩頂橋面標高線形輕微下撓。

橋梁病害典型圖片見圖2～圖5。

圖2 4號墩柱周圍棄土

圖3 解除土壓穩定后橋跨與橋臺偏位差

圖4 支座與墊塊病害情況

圖5 擋塊病害情況

3 橋梁病害分析

根據4號墩墩身偏位情況,需調查墩柱自身有無相關聯的嚴重結構損傷；其次應調查基礎是否存在重要隱患；最后需調查橋面系、橋跨結構是否因橋墩偏位產生了聯動影響，具體分析如下：

a）移除4號墩周側土，在4號墩墩身根部檢查后未發現塑性鉸區段出現橫向裂縫或混凝土壓潰病害，初步判斷橋墩自身具有良好的彈塑性和延性工作狀態。

b）開挖4號墩擴大基礎頂覆土，露出一階基礎頂面棱角點 Hi，其 4點高程偏差 Δmax校正為3.2 mm。消除可控范圍內的不均勻沉降影響與基礎頂面施工平整度影響，初步判斷橋墩基礎及地基基本未受此次偏壓土的影響。

c）第五跨橋跨雖有偏移，但4號墩墩頂梁間和現澆連續段未發現裂縫和混凝土破損病害，未發現端橫隔板新增裂縫；4號墩頂橋面標高雖有一定下撓，但關聯橋跨橋面鋪裝未發現異常開裂；5號臺頂伸縮縫橡膠條雖已損毀，但伸縮空間滿足要求。

初步判斷橋墩偏移未對橋跨結構、橋面系產生大的影響，實施墩柱糾偏的方案為4號墩梁體頂升→設置移位系統→設置錨碇系統→裝配牽引系統施加反向土推力糾偏等系列工作。

4 糾偏方案設計

4.1 梁體頂升計算和設備布置[1]

若只考慮恒載和Δ=10 mm的基礎變位影響，蓋梁頂最大支反力為5 778 kN；在不中斷交通的情況下，需計入汽車荷載和汽車沖擊力870.5 kN，合計Q=6 648.5 kN。擬準備n=16臺千斤頂及m=8部百分表（如圖6），千斤頂額定設計值：

為安全可控起見，本項目移位系統未采用滾軸系統而使用了滑移系統。

圖6 千斤頂及百分表布置圖

4.2 糾偏力計算[2]

計算考慮汽車作用力和變形附加應力可得墩頂最大反力為677.7 t，滑移系統（四氟滑板—不銹鋼板）在硅脂作用下摩阻系數按0.1考慮，橋跨梁體考慮靜定的情況下，墩柱糾偏所需外力大于68 t。

4.3 鋼絲繩安全驗算

受現場限制，各導鏈（牽引系統）牽引力和墩柱偏移方向可能存在微量的夾角 （已在設置錨固點時盡量避免），設置6對20 t導鏈連接地錨進行側向牽引糾偏，4對10 t導鏈連接側墻錨桿順橋位糾偏，2對5 t導鏈連接臺背錨桿順橋位糾偏。

通過導鏈牽引φ36.5（6×37+1）的鋼絲繩對墩柱進行糾偏。φ36.5的鋼絲繩破壞拉力SP=φS0=0.82×π×（1.7/2）2×6×37×1 570/1 000=791.0 kN.

每根鋼絲繩所承受的最大牽引力按Sm=20 t（以導鏈控制）考慮，則安全系數 n=SP/gSm=791.0/（9.81×20）=4.03，基本滿足需要。

4.4 錨桿力計算

本項目糾偏用錨固系統結合墩柱偏位方向和現場狀況，采用了錨桿式和錨碇式2種類型的錨固方式，其中以錨碇式為主，錨桿式為輔。

錨桿及錨碇拉桿均采用PSB785級φ25預應力精軋螺紋鋼筋，其標準抗力：

錨桿錨固深度：

Nt為錨桿受到的拉力標準值，f為錨固體和巖石間的黏結力特征值，d為成孔直徑，d≥50 mm+φ25或 d ≥3φ25。

地錨抗拔力為：

相對于外力向上的垂直分力［Q］約存在1.57倍的安全系數，滿足使用要求。

圖7 錨桿抗拔力驗算參數設置圖

5 糾偏實施監控控制

5.1 測點布設

糾偏過程中在該矩形墩四周側立面豎向軸心處設置16個監控測點，其中在墩身順橋向中心豎軸自上而下分別設置 cd1（cd1＇）、cd2（cd2＇）、cd3（cd3＇）、cd4（cd4＇）4對測點，在墩身橫橋橋向中心豎軸自上而下分別設置 cd5 （cd5＇）、cd6 （cd6＇）、cd7（cd7＇）、cd8（cd8＇）4 對測點。

圖8 糾偏力系布置圖

圖9 糾偏測點布置圖

5.2 監控過程控制

a）根據持力過程中變形監測數據分析，墩柱有輕微扭轉，但柱體處于較好的彈性變形狀態。

b）在導鏈2×20 t力的作用下，可打破其初始力的平衡（S1與橋軸線夾角8.7°，S2夾角17.8°）。

c）每次糾偏實施后，未發現新發育裂縫。

d）糾偏實施加力階段為30min，持荷階段120min，每一個糾偏循環150 min；每天實施4次糾偏，持荷90 min后采集數據。

歸位位移穩定后，重新頂升一次同時調整四氟滑板支座滑移系統，再進行后續若干次持荷糾偏。

在實際糾偏操作中，共進行了20次正位糾偏，使順橋向糾正 38.2 cm（cd1測點）、橫橋向糾正5.4 cm（cd5測點），基本恢復到棄土作用前的狀態。

考慮墩柱材料在長期的附加荷載作用下的變形遲滯效應和塑性鉸區段應力重分布下的殘余變形，需進行一定程度的超量糾偏，解除糾偏荷載后保證其恢復到理想位置。

8次超量糾偏進行后，順橋向cd1測點最大超量糾偏位移+7.09 cm，橫橋向cd5測點最大超量糾偏位移為+1.0 cm。

超量糾偏整個過程，墩柱處于良好變形協調狀態，亦未發現新發育裂縫和質量、安全隱患。持荷2天，使基底應力與墩柱自身重新調整分布。

最大超量糾偏持荷48 h后，針對S1～S12糾偏荷載分批分對進行緩松。每批對6對糾偏荷載松荷，每對松荷5 min，合計一個批次松荷30 min、穩定60 min，即每90 min為一個松荷過程；全階段共18個松荷過程。在超量糾偏松荷過程中，監控其接近墩柱原位（未傾偏之前）時，停止松荷，進行梁體頂升，移除糾偏滑移系統，更換為原橋設計要求的普通橡膠支座以限制其歸位趨勢。

5.3 監控小結

a）解除超量糾偏荷載S1～S12約束，監測其穩定后，順橋向最大偏移量為-0.52 cm，橫橋向最大偏移量為-0.07 cm，糾偏達到預期效果。

b）糾偏過程和持荷穩定階段未發現柱體有新裂縫出現，墩柱結構性穩定。

c）各對應測點位移矢量接近線性變化趨勢，表明柱體在整個加載糾偏和松荷歸位過程中擁有良好的變形協調能力。

d）監測全過程未發現異常數據，均在可控范圍之內。

6 施工總結

a）糾偏控制技術包括糾偏作用的施加、加強和抑制以及對回傾趨勢的強制終止等。糾偏過程中必須滿足“平穩、線性、安全”3個基本要求。

b）糾偏控制的主要內容是糾偏目標、糾偏速率、糾偏方向等。

c）糾偏目標控制直接關系到糾偏實施順利與否和糾偏的成敗，如果控制不當，可能導致破壞臨界平衡而失穩，也可能“矯枉過正”。

d）糾偏速率控制是對目標的歸位速率進行限定，通過糾偏荷載的集中加強或抑制來實現，既不能過快也不能過慢。

e）糾偏方向控制是對目標物的回傾方向進行限定，通過糾偏荷載的分散施加、加強或抑制來調整目標物的回歸路線，保證糾偏目標的快速實現。

f）糾偏工程相關規范還不健全，主要靠技術管理人員經驗和責任心，現場對目標現狀及糾偏動態進行監測、控制和調整。

g）為了取得比較理想的糾偏效果,針對不同的工程實際,應該在探明目標物偏位原因的基礎上選擇相應的頂升、糾偏、移位甚至輔助加固技術。