山區(qū)高速公路大縱坡橋梁墩頂嚴(yán)重偏移等病害分析及應(yīng)對(duì)措施

朱萬(wàn)勇

(河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院 石家莊市 050011)

近幾年來(lái)，我國(guó)山區(qū)高速建設(shè)里程日益增加。因受復(fù)雜地形、地質(zhì)條件的限制，山區(qū)高速公路高墩大縱坡橋梁所占比例較大。在日常管理養(yǎng)護(hù)中，多有發(fā)現(xiàn)該類橋梁伸縮墩墩頂位移超限、支座滑移、梁體在蓋梁上的擱置長(zhǎng)度發(fā)生較大變化的情況，這些病害對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性以及正常使用性能造成不利影響。在分析上述病害原因的基礎(chǔ)上，介紹了相應(yīng)的處置措施，提出了該類橋梁設(shè)計(jì)中一些改進(jìn)方法。

1 工程概況

某山區(qū)高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)采用27×40m裝配式預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩臺(tái)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。全橋共分為7聯(lián)。橋臺(tái)處采用D80型伸縮縫，結(jié)合墩處采用D160型伸縮縫。橋梁支座采用盆式橡膠支座。橋梁縱坡為3.8%，橋梁最大墩高為23.5m。

橋梁?jiǎn)畏鶚驅(qū)?2m，橫向由6片T梁組成。T梁梁高2.5m。下部結(jié)構(gòu)橫向設(shè)為2柱，墩高小于12m時(shí)，柱徑1.6m，樁徑1.8m；墩高大于12m小于25m時(shí)，柱徑1.8m，樁徑2.0m。

2 主要病害

在橋梁運(yùn)營(yíng)檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)的主要病害如下：

(1)左幅13#、17#及右幅15#、19#蓋梁墩柱均有不同程度較大的縱向偏位，偏位方向?yàn)樯掀路较?，墩柱下部存在不同程度的半環(huán)向裂縫。

(2)伸縮端支座均不同程度受損、滑動(dòng)失效。

(3)支座上下鋼板存在夾角，施工未平置，最大水平夾角3.1°。

左幅13#墩頂支座最大位移量38cm，右幅15#墩頂支座最大位移量25cm。支座均已滑動(dòng)剪切偏壓破壞。伸縮墩處兩側(cè)梁端與蓋梁的搭接長(zhǎng)度相差較大，均為上坡方向搭接長(zhǎng)度大，下坡方向搭接長(zhǎng)度小。由于支座滑移量較大導(dǎo)致左幅14-2#、14-5#梁梁端封錨部分剝落。

3 病害原因分析

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，支座未完全按照設(shè)計(jì)位置安裝，支座橫橋向安裝位置并不在一條直線上，部分支座安裝位置靠近蓋梁端部，部分支座頂板中心與墊石中心不重合，導(dǎo)致上部構(gòu)造荷載產(chǎn)生額外偏心，并改變了支座容許滑移量。而施工中伸縮端梁底調(diào)平鋼板未能水平設(shè)置，上部結(jié)構(gòu)在重力作用下產(chǎn)生的水平推力是造成上述病害的主要原因，而每個(gè)溫度變化周期都加重了上述病害。具體分析如下：

由圖3、圖4可知，當(dāng)梁底水平放置時(shí)，上部結(jié)構(gòu)的重力豎直向下，不會(huì)產(chǎn)生水平推力，而當(dāng)梁底未水平放置時(shí)，在其重力作用下會(huì)對(duì)下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大小為G×cosθ×sinθ的水平推力(G為上部結(jié)構(gòu)重力)。而由于梁底與支座部分接觸，易造成支座局部受壓而導(dǎo)致支座破壞，且伸縮墩上的支座為滑動(dòng)支座，梁體與支座間的摩擦力相對(duì)較小。當(dāng)伸縮墩較高時(shí)，其抗推剛度較小，在梁體的水平推力下會(huì)產(chǎn)生向上坡方向較大偏位，支座會(huì)發(fā)生較大滑移。通車運(yùn)營(yíng)后，汽車荷載的作用同樣會(huì)加重這一病害。

墩頂蓋梁承受的水平推力在墩柱下部產(chǎn)生較大的彎矩，從而造成一些橋墩下部產(chǎn)生了半環(huán)向裂縫。

由于支座在偏載作用下形成“楔子”并發(fā)生滑移，梁體向下坡方向滑動(dòng)較容易，而向上滑動(dòng)時(shí)會(huì)拉(推)著下部結(jié)構(gòu)向上坡方向偏位。如圖5所示，在氣溫下降時(shí)，上下兩聯(lián)梁體分別向各聯(lián)中心方向收縮，梁體2較容易地向下收縮滑動(dòng)，而梁體1會(huì)拉著下部結(jié)構(gòu)向上坡方向偏位。同理，如圖6所示，在氣溫升高時(shí)，梁體1較容易地向下伸長(zhǎng)滑動(dòng)，而梁體2會(huì)推著下部結(jié)構(gòu)向上坡方向偏位。由此可見(jiàn)，在溫度作用下，伸縮墩的偏位會(huì)逐步增大，嚴(yán)重威脅橋梁運(yùn)營(yíng)安全。

以上分析說(shuō)明造成橋墩偏位的因素包括：支座安裝不水平、支座安裝缺陷(一排支座安裝向前偏位)、汽車制動(dòng)力、溫度荷載。在橋墩偏位的過(guò)程中，由于超過(guò)了支座最大允許位移，造成了最初的支座破壞。在橋梁不斷受力不斷累積的作用下使支座破壞得到演變發(fā)展，支座的病害演變對(duì)墩頂偏位有促進(jìn)作用。

4 處置措施

根據(jù)病害情況，確定如下主要處置內(nèi)容：墩柱糾偏復(fù)位、支座墊石修復(fù)、支座更換、封錨端修復(fù)、墩身加固。施工主要流程為：操作平臺(tái)搭設(shè)、頂升糾偏限位裝置安裝、墩身臨時(shí)加固、千斤頂安裝試頂、T梁頂升安裝臨時(shí)支撐、拆除原有支座更換臨時(shí)支座、墩柱糾偏復(fù)位、T梁頂升拆除臨時(shí)支座、墊石修復(fù)安裝新支座、限位裝置安裝、封錨修復(fù)、樁基及墩身加固、驗(yàn)收及后期監(jiān)測(cè)。

為便于施工操作，在橋墩位置搭設(shè)施工平臺(tái)，操作平臺(tái)采用鋼管支架搭設(shè)。施工平臺(tái)必須保證足夠的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。豎向千斤頂設(shè)置于T梁橫隔梁與梁肋間，在千斤頂與墩柱頂及千斤頂與梁底接觸面之間加墊鋼板。豎向頂升前對(duì)墩身進(jìn)行臨時(shí)加固及限位，加固裝置采用精軋螺紋鋼反拉；限位裝置采用鋼管及鋼板頂撐。頂升施工中，全部采用PLC多點(diǎn)同步控制液壓系統(tǒng)。同一橫斷面上的梁應(yīng)同步頂升，頂升前將各千斤頂調(diào)零，在頂升過(guò)程中注意每臺(tái)千斤頂受力狀況及油缸活塞伸出情況。在糾偏過(guò)程中進(jìn)行“三位一體”(油壓系統(tǒng)、位移系統(tǒng)、第三方監(jiān)控系統(tǒng))的監(jiān)測(cè)，若其中某一體系出現(xiàn)異常應(yīng)立即停止糾偏；糾偏過(guò)程中，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及其分析，隨時(shí)調(diào)整糾偏力大小。糾偏處治完成后，即刻對(duì)該處梁體與墩身相互位移情況進(jìn)行連續(xù)升、降溫觀測(cè)，取得10d內(nèi)溫差與位移相對(duì)關(guān)系。墩身由于發(fā)生偏位，墩底截面承載力退化，驗(yàn)算結(jié)果個(gè)別鋼筋發(fā)生屈服，因此，待主梁回落、支座更換、墩頂復(fù)位等施工完成后，采用增大截面法對(duì)墩底進(jìn)行永久加固，以保證復(fù)位后結(jié)構(gòu)使用安全。

5 設(shè)計(jì)對(duì)策

在公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)期間，布設(shè)路線時(shí)，可結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦?、控制點(diǎn)，盡量避免橋梁區(qū)域路線縱坡大于3%，當(dāng)不可避免設(shè)置較大縱坡時(shí)，可采用如下措施避免或降低上述病害。

(1)預(yù)制梁伸縮端梁底采用楔形塊調(diào)平。以往設(shè)計(jì)中大都采用調(diào)平鋼板調(diào)平梁底，施工中難以控制，很難保證梁底水平，采用梁底楔形塊一定程度上克服了這一問(wèn)題，有利于從根本上避免上述病害。

(2)設(shè)計(jì)分聯(lián)時(shí)盡量避免將最高的橋墩做為伸縮墩。橋墩越高，其抗推剛度越小，在水平力作用下會(huì)產(chǎn)生較大偏位。選用較矮的橋墩做為伸縮墩有助于降低病害。

(3)當(dāng)不可避免選用較高的橋墩做為伸縮墩時(shí)，伸縮墩可選用空心薄壁墩?？招谋”诙談偠群统休d能力遠(yuǎn)大于柱式墩，在同樣的水平推力作用下，其縱向偏位會(huì)小得多。另外采用空心薄壁墩，使得一聯(lián)中的溫度變化零點(diǎn)向伸縮墩偏移，減小了梁體的伸縮長(zhǎng)度，減緩了病害發(fā)展。

(4)適當(dāng)增大伸縮墩蓋梁寬度。適當(dāng)增大伸縮墩蓋梁寬度一方面降低了落梁風(fēng)險(xiǎn)，另一方面提供了處置病害安裝千斤頂?shù)仍O(shè)備的空間，便于橋梁的維護(hù)。

(5)伸縮墩支座選取最大允許位移較大的型號(hào)。避免橋墩第一次產(chǎn)生大偏位時(shí)，上支座蓋板下的不銹鋼墊板邊緣滑移到鋼盆內(nèi)，從而保證支座全截面受壓。

(6)在連續(xù)墩上設(shè)置縱向擋塊分擔(dān)水平推力，限制伸縮墩偏位。

6 結(jié)語(yǔ)

在山區(qū)高速公路高墩大縱坡橋梁中，由于預(yù)制梁梁底調(diào)平鋼板底面未能調(diào)整至水平，造成了梁體對(duì)下部結(jié)構(gòu)較大的水平推力，伸縮墩縱向偏位等病害多有發(fā)生。本案例通過(guò)頂推復(fù)位、更換支座后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間試運(yùn)營(yíng)，橋墩未再出現(xiàn)異常狀況。橋墩糾偏施工難度大，工程費(fèi)用也非常可觀。為避免類似情況出現(xiàn)，設(shè)計(jì)之初就應(yīng)采取相應(yīng)對(duì)策，施工當(dāng)中應(yīng)加強(qiáng)控制，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求設(shè)置支座，保證預(yù)制梁梁底調(diào)平鋼板底面水平放置，并加強(qiáng)墩頂位移及伸縮墩處梁體支撐寬度監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。