高墩橋梁橋墩偏移病害分析與糾偏處理

吳宏業

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

1 研究背景

橋梁檢查是對公路橋梁構造物進行周期性檢查，系統地掌握其技術狀況，及時發現橋梁缺陷和損傷的性質、部位、嚴重程度、發展趨勢以及相關環境的變化，找出產生缺陷和損傷的主要原因，分析和評價其對橋梁使用功能和承載能力的影響，為橋梁維修加固設計提供數據和依據。在例行的橋梁定期檢查中，我們發現部分高墩橋梁發生了如下病害(見圖1～圖4)：

(1)盆式支座超限滑移、破壞性滑移，部分四氟滑板從支座鋼盆中滑移變位甚至脫出，已無法正常使用；梁與支座正常的面接觸已變為支座鋼盆單邊接觸，二者之間有一定的夾角。

(2)梁體從支座鋼板頂接近脫落甚至已經脫落，導致梁體高程變化，橋面系伸縮縫處出現錯臺，給行車帶來隱患。

(3)橋墩特別是墩頂部位向縱坡升坡方向偏移，部分橋墩偏移明顯，豎直度嚴重超標，不滿足規范要求；梁體分聯伸縮縫中心線與墩頂中心線明顯偏離。

(4)墩底附近出現大量環向裂縫，豎向裂縫。

圖1 四氟滑板從支座鋼盆中滑移變位脫出

圖2 蓋梁升坡方向爬移

圖3 部分梁體從支座鋼板頂接近脫落

圖4 墩底大量的環向裂縫

2 橋墩偏移病害檢查及原因分析

2.1 針對性檢查主要檢測內容

在進行橋梁定期檢查時，針對前述的橋梁病害情況進行了豎直度測量檢查。具體檢測內容如下：

(1)上、下行墩柱裂縫調查、支座病害調查，重點關注過渡墩病害情況；

(2)墩柱的豎直度測量，包括順橋向與橫橋向；

(3)樁位坐標測量，并與設計值進行比較，確定樁的偏位；

(4)測量所有過渡墩蓋梁尺寸及支座墊石、支座下鋼板平面位置，測量過渡墩支座上鋼板與梁底預埋鋼板的平面尺寸，梁底預埋鋼板及支座底鋼板橫、順橋向的傾斜度；

(5)測量盆式支座尺寸、外環直徑；

(6)測量蓋梁尺寸及蓋梁橫坡；

(7)測量過渡墩墩頂T梁與過渡墩墩頂蓋梁間的位置。

2.2 橋墩偏移病害的特點及原因分析

經過整理分析發現，發生此類病害的橋梁大多數有如下共性特點：T梁、長聯、盆支、升坡、高墩、過渡墩位置、墩底開裂。即大多數發生病害的上部結構類型以T梁為主，橋梁上下行分幅，橋面凈寬11.25m左右，5片T梁，罕有現澆預應力箱梁發生此類型病害；梁底采用的支座為盆式支座；多孔長聯橋梁、跨徑組成以5孔30m，4孔30m為主；坡度較大，一般縱坡坡度均大于1.5%，坡度越大，病害越嚴重；下部結構多為樁柱式基礎，雙柱式橋墩，墩高較高，一般為15～35m。發生病害的橋墩多為過渡墩或者過渡墩較為嚴重，中間墩較輕，而且所有整聯與整聯之間的過渡墩在縱向均往上坡方向即爬坡的方向偏移。豎直度偏離大的即墩頂偏移嚴重的墩位處的墩底出現了多道半環向裂縫。

究竟是什么原因引起的此種類型病害呢？原因分析如下：最直接最主要原因是由于采用的盆式支座滑動支撐面不水平導致的。

首先，T梁為預制橋梁結構，預制后T梁梁底的預埋鋼板與梁體密貼，吊裝安裝時預埋鋼板與總體縱坡基本一致，如未進行調平處理或者調平處理效果不理想，即造成支座滑動面處于傾斜狀態。而常規現澆預應力箱梁施工時多為現澆結構，梁底找平鋼板或者找平墊塊相對好處理，這就解釋了為什么大多數發生此類型病害的上部結構類型以T梁為主。

其次，橋梁上部結構荷載對墩柱產生的壓力會對墩柱形成向上坡方向的水平分力，這個水平力作用于橋墩墩頂，橋墩向上坡方向偏移，表現為梁體與橋墩之間支座滑動面的相對滑移，橋墩豎直度遠超規范要求標準。偏移值與上部結構荷載大小、支撐面縱坡大小、橋墩直徑和高度等因素有關。上部荷載、橋墩直徑和高度一定的情況下，支撐面坡度越大，橋墩偏移值越大。當偏移值超過了支座實際允許滑移量時，支座頂板的不銹鋼板邊緣伸入四氟滑板，呈現出支座超限滑移和四氟滑板被剪切破壞的病害。當墩柱偏移到一定程度，其地面以上與偏移相反方向一定范圍內混凝土拉應力超過了允許值后，墩底混凝土表面可見區域就會出現環向裂縫。

3 橋墩偏移糾偏處理

針對以上的病害，必須快速作出反應，及時進行糾偏處理，防止病害進一步發展及擴大。同時，為了能更真實、更準確地進行糾偏處理，需要對糾偏工程進行實時監控，準確給出縱向頂推力，測準水平恢復位移值，做好彈性回彈位移記錄。具體橋墩偏移糾偏過程及內容如圖5。

圖5 橋墩偏移糾偏過程

4 不同的糾偏施工工藝

工藝一：采用反力架形式糾偏復位橋梁墩柱。在橋梁墩帽位置安裝反力架，通過千斤頂頂升反力架與橫隔板對橋梁墩柱進行糾偏，由墩柱基礎系統提供反力支持。根據現場情況，在墩蓋梁上安裝反力架，根據本次橋梁的上部荷載及安全角度考慮，確定出千斤頂的布置位置。千斤頂的位置均勻對稱布置，并布置在T梁端橫隔梁下部。見圖6。

工藝二：采用摩阻反力形式糾偏復位橋梁墩柱。在橋梁縱梁梁底位置安裝反力架，其中緊貼梁底底層設置摩阻力大的摩擦面，墊石頂層設置摩阻力小四氟滑板的摩擦面，通過千斤頂水平支頂，利用頂底層的摩阻力差來提供反力從而對橋梁墩柱進行糾偏，即借助自身來提供反力支持。在墩蓋梁上無需安裝反力架。見圖7。

顯然，對于糾偏工程，工藝二不破壞結構體本身，巧妙地利用了四氟滑板等材料的摩阻系數差，利用上部結構作為反力系統約束，無需在墩蓋梁上安裝反力架等操作，簡單快捷。優于方案一。

5 水平頂推力的確定

以某高速公路大橋橋墩偏移病害為例，給出水平頂推力的確定原則。該橋為上、下行，上行跨徑布置為11×30m，下行跨徑布置為10×30m。上行4道型鋼伸縮縫，下行3道型鋼伸縮縫，上行設置在0、11號臺頂，3、7號墩頂；下行設置在0、10號臺頂，5號墩頂。支座均為盆式橡膠支座，上部結構均為預應力混凝土連續T梁，每孔5片梁，交角均為90°，設計橋梁縱坡為2.5%～4%；下部結構均為鋼筋混凝土重力式臺，擴大基礎，鋼筋混凝土雙柱式橋墩，樁基礎。橋墩高度約20～30m，墩徑160cm。上行3-1號墩原始墩柱順橋向偏移量為340mm，上行3-2號墩原始墩柱順橋向偏移量為272mm。

圖8 水平頂推力示意圖

圖9 墩柱偏移病害及水平支頂變位圖

如何確定最大的水平力呢？假定墩底處承臺頂為位移零點，墩頂處由于病害的發生，產生了位移為“Δ”的水平偏位。墩頂承受的水平分力為“f”，橋墩變形形成的彈性恢復力為“P”，二者平衡使得橋墩暫時穩定“f=P”。當施加逐漸增大的外力“F”時，橋墩變形形成的彈性恢復力逐漸減小為0，當“F=f”時，系統又重新平衡在了豎直位置，但是此時有一個外力“F”，如果撤掉外力“F”，系統又將重新彈性變形，甚至可以恢復到位移為“Δ”的水平偏位，因此需要繼續增大水平外力，當“F=f+P”時，此時系統將反向產生一個彈性恢復力“P′”，二者可以重新平衡，使得橋墩穩定“f=P′”，水平頂推力即為2P，考慮樁基有一定的影響，因此最大的水平頂推力會稍大于2P。

將上行3-1號墩Δ=340mm和L=26330mm帶入計算可得P=180kN,最大的水平力F=2P=360kN。

表1 上行3號墩糾偏過程中最大頂推力變化表

由表1中數據可見，實際糾偏時最大頂推力為378kN,比360kN增大5%，符合以上規律。

通過實際工程、現狀調查等手段，對橋墩偏位病害進行研究。結合實際病害重點分析了這些病害發生的原因，總結了支座安裝缺陷對高墩橋墩受力影響的規律，給出了幾種糾偏處理方案并進行了說明與對比，以供工程項目參考。