橋梁糾偏復位控制技術及應用

王景山，王翠英

（湖北工業大學，湖北 武漢 430000）

橋梁糾偏復位控制技術及應用

王景山，王翠英

（湖北工業大學，湖北 武漢 430000）

在支座施工偏差條件下，先簡支后連續橋梁在長期運營過程中，因溫度效應和汽車制動力的作用，可能會出現墩柱傾斜、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，結合維修加固工程實踐，闡述采用多跨徑整體同步頂升梁體并利用上部結構作為反力架對橋墩進行糾偏的技術，為日后類似橋梁糾偏問題提供參考和依據。

墩柱傾斜；梁體偏移；橋梁糾偏；同步頂升；高橋墩

1 橋梁概況

橋頭大橋左幅設計采用原交通部頒發的《公路工程技術標準》（JTJ 001-97）規定的山區高速公路標準，計算行車速度100 km/h，雙向4車道，橋梁設計荷載等級為汽車—超20級，掛車—120。起點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，變坡點為ZK8+474.113，橋梁起點至變坡點縱坡為-3%，變坡點至橋梁終點縱坡為-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%。上部結構采用先簡支后連續預應力混凝土T梁，單幅橋設置5榀T型梁，橋跨布設為20 m×30 m，4跨一聯，累計5聯；下部橋墩采用雙柱式橋墩，樁底嵌入中風化砂巖或灰巖，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# 橋墩設置有伸縮縫，采用QMF80型鋼伸縮縫。該橋采用盆式支座，每聯居正中間橋墩采用固定支座設置。

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。橋頭大橋左幅2012年的交通流量日平均3 000輛。2012年養護檢查中發現伸縮縫的縫寬異常，繼續深入檢測又發現立柱傾斜并出現豎向及環向開裂、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象，伸縮縫的縫寬浮動范圍:0＃ 臺處 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、墩柱多處出現豎向及環向開裂（裂縫最寬0.24 mm）。

（3）全橋設置伸縮縫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，第2、3、4 聯設置固定支座橋墩 6#、10#、14# 橋墩柱頂偏位方向均向下坡側。根據實測，以設置固定支座橋墩為參照點，第2聯向下坡側滑移了7.52 cm，第3聯向下坡側滑移了1.4 cm，第4聯向下坡側滑移了9.85 cm。

圖1為立柱偏位及伸縮縫現狀示意圖。

3 病害成因分析

對橋頭大橋橋墩偏位原因進行分析，有以下幾個方面。

（1）當梁底支撐面不水平，由重力荷載對立柱產生水平推力。橋梁縱坡為3%～1.6%，因梁底支撐面不水平，支座偏壓受力，梁板傳遞給立柱頂的力不僅包含豎向力，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為順橋下坡向。

圖1 立柱偏位及伸縮縫現狀示意圖

圖2 重力荷載對柱頂水平推力分析示意圖

同時，當梁底支撐面不水平，溫差效應產生水平推力。當梁底支撐面不水平，立柱依靠自身剛度及變形協調抵抗偏壓荷載產生水平力。立柱為壓彎構件，立柱頂水平位移越大，立柱彈性抵抗力越大。由圖3可知，升溫時梁板熱脹伸長，桿件P-△效應以及立柱回復變位的彈性抵抗力約束梁體。A跨向下坡側伸長滑移，B跨向上坡側伸長滑移，因梁底支撐面不水平，B跨與立柱支撐點受到立柱的彈性抵抗力要強些，即F1＞F2。升溫時立柱頂被A跨和B跨共同作用推著向上坡向與梁板產生相對位移。降溫時梁板長度縮小，同樣道理，A跨向上坡側縮短滑移，B跨向下坡側縮短滑移，A跨與立柱支撐點受到立柱的彈性抵抗力要強些，即F2＞F1。降溫時立柱頂相當于被B跨拖住無法回復原位。在年復一年的劇烈溫差反復作用下，因梁底支撐面不水平，立柱頂（伸縮縫處）有不斷向上坡側偏移的趨勢，產生無法回復原位的累積滑移變位。該原因是導致伸縮縫處橋墩向上坡向傾斜的主因。

（2）車輛荷載制動力。車輛在制動過程中，產生與行駛方向一致的制動力，故墩柱需承受向上坡方向的制動力。當梁底支撐面不水平，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，達到臨界狀態時，梁板與立柱之間產生無法回復的滑動相對位移。由圖4可知，車輛在制動過程中，產生向上坡向的制動力。

圖3 升溫、降溫對立柱頂摩阻力作用方向示意圖

圖4 車輛制動力作用方向示意圖

（3）支座鋼板銹蝕嚴重，支座與混凝土接觸面摩擦系數增大，無法正?；瑒踊貜驮?，當墩柱頂支座摩擦系數存在差異時也會產生不平衡水平推力。

綜上所述，病害產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、汽車制動力、梁體位移后產生的偏壓、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，影響了結構的正常回復原位，造成不斷累積單向滑動相對位移。病害的主要表現為多聯梁體下坡向移動、多個固定支座墩頂下坡向傾斜和伸縮縫處墩柱上坡向傾斜、多個立柱環向裂縫、部分伸縮縫拉開和坡底橋臺伸縮縫頂死、相當一部分支座變形破壞等。

4 糾偏控制技術

本次糾偏采用同步頂升橋梁結構并安裝反力架，以橋墩或梁體反力架做承力點，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規程》，設計單位通過結構驗算后提出的結構計算允許值確定，并根據此值范圍內各伸縮縫處的實際情況設置限位裝置。

4.1.1 豎向同步頂升

進場前，頂升所用的千斤頂、油泵、油管、百分表等設備應在法定的計量技術檢測機構配套校驗；必須有足夠的承載力、剛度和穩定性的操作平臺；準備豎向頂升千斤頂支架，千斤頂采用液壓扁形千斤頂連動整體頂升，千斤頂要求放置在蓋梁或支架的頂端，通過高壓電動油泵向千斤頂供油；采用平衡分流閥和自動監測系統來控制梁體的起頂高度，當梁體達到支座調整操作高度后，千斤頂持荷，保持梁體高度。

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

（2）頂升施工：頂升時，進行分級頂升，每分級頂升量為2 mm。先頂升2 mm，觀測立柱和現澆連續梁的受力變化及受力均衡狀態，無異常，再將現澆連續梁頂升2 mm，再次觀測立柱和現澆連續梁的受力變化及受力均衡狀態，再頂升2 mm，再次觀測立柱和現澆連續梁的受力變化及受力均衡狀態，這樣經過反復操作后，將現澆連續梁抬離支座8 mm。

頂升時統一泵油步驟，每臺千斤頂的泵油速率相等，保持各千斤頂的行程一致，緩慢平穩地抬升現澆連續梁。每階段頂升到位后，統一在梁底安放鋼塊或用千斤頂保壓，起臨時支撐作用。臨時支撐的放置位置應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監測系統來控制梁體的糾偏量，當梁體達到原設計位置后，設置臨時支撐，保證梁體位置。

圖5 頂升千斤頂安裝圖

水平向頂升千斤頂等安裝完畢后：

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

（2）糾偏施工。糾偏時，進行分級糾偏，每分級頂升量為2 mm，觀測反力支撐和現澆連續梁的受力變化及受力均衡狀態，無異常，再將現澆連續板頂升2 mm，再次觀測反力支撐和現澆連續梁的受力變化及受力均衡狀態，再頂升5 mm，再次觀測立柱和現澆連續板的受力變化及受力均衡狀態，這樣經過反復操作后，將箱梁橫向頂升到設計位置。

糾偏復位要增設梁底支撐面楔形調平塊確保支座頂水平設置，糾偏初期設置臨時限位裝置確保糾偏整治，糾偏結束要設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

糾偏整個過程要進行實時監控，嚴格糾偏力的控制，區分正常糾偏和施工偏差，不要產生附加內力，嚴禁產生反力。糾偏要循序漸進，復位時要加強觀測，包含千斤頂讀數變化，同時防止產生人為裂縫，產生新的病害。對于殘余變形、施工偏差，在制定糾偏預案時要注意收集歷年檢測資料，并考慮材料性能蛻化等相關因素，及時分析，控制糾偏速率、施加應力、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，并對支座進行評估?？紤]在糾偏施工結束后是否可重新利用或按設計要求進行更換，增設梁底支撐面楔形調平塊,確保支座頂面、底面全斷面水平接觸。頂升T梁后，在支座位置設置臨時滑移面。支座更換完成后，進行逐段卸載落梁，按頂升的相反程序進行。由于是在S曲線橋上頂升T梁，為防止T梁橫向側移，在T梁的橫向側設置限位裝置。

圖6 水平糾偏千斤頂安裝圖

4.2 糾偏工序

本次糾偏工程實施難度大，在加固施工時必須謹慎從事，尤其是在施工順序方面應根據梁體各部分的受力情況合理安排，以保證結構安全。施工順序見圖7。

圖7 糾偏工序流程圖

5 結語

（1）有縱坡的先簡支后連續橋梁在長期運營過程中容易出現梁體縱向移位、伸縮縫卡死等病害，進而會產生支座滑移脫空與墩柱傾斜等更進一步的橋梁病害。這些病害如果處置不及時會引發重大橋梁坍塌事故。因此，在日常橋梁養護檢查中應特別關注橋梁伸縮縫異常變位，及時發現病害，提前進行處置。

（2）有較大縱坡的先簡支后連續高墩橋梁應設置梁體縱向移位限位裝置。

（3）橋梁糾偏工程實踐表明，在橋梁結構上安裝反力架，以橋墩或梁體反力架做承力點，通過千斤頂頂推糾偏，對原結構受力狀態影響小，糾偏施工較方便，糾偏后設置限位裝置有效控制了病害發展。

該大橋自2013年糾偏完工至今已4 a，目前橋梁運營狀況良好，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

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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，內蒙古人，碩士，工程師，從事建筑專業教學工作。