曲線梁橋橫向爬移病害的處置措施及施工監控

張建勛，趙諳笛

(1.鄭州市交通規劃勘察設計研究院，河南 鄭州 450008；2.新疆建設職業技術學院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

鄭州市某立交F匝道橋主要通行原G107國道從黃河大橋出發，由北向東方向繞避鄭州市中心城區的過境車輛，以客貨車為主。F匝道橋部分位于R=300 m和R=400 m的圓曲線和緩和曲線上，部分位于直線上。F匝道橋共計12聯，均采用預應力混凝土單箱單室連續箱梁橋，橋寬9.5 m，聯與聯之間采用牛腿搭接。典型橫斷面見圖1。

圖1 典型橫斷面圖(單位：cm)

其中第十、十一聯出現橫向爬移病害比較嚴重，第10～11聯梁跨徑布置分別為：37.5 m+45.7 m+45.7 m+37.5 m和4×25 m；下部結構采用花瓶形獨柱橋墩，設雙支座，基礎為雙柱(單排)或四柱(群樁)基礎，基礎與墩身間采用承臺連接，橋梁設計荷載為汽車-超20級，掛車-120。

2 橋梁病害狀況

2012年9月在日常維護橋梁時，巡視人員發現橋梁護欄嚴重錯位、伸縮縫間隙變大，為了保證行車安全，立即對橋梁進行了封閉管理。橋梁管養單位委托有相關資質的第三方檢測機構對橋梁展開了全面檢測。依據檢測報告F匝道橋第10～11聯梁的主要病害有：①橋墩斜向裂縫較多，其中最大裂縫寬度1.5 mm，發生在34號墩內側，距地面約0.25 m，在小樁號側水平延伸1.2 m；②34號固定墩支座螺栓剪斷，支座無橫向位移；36號橋墩頂支座螺栓剪斷且支座橫向位移40 cm；③32墩左側伸縮縫橡膠條損壞、縫內雜物填充較多；④第10～11聯梁體橫向爬移，其中36號墩處梁體最大位移達40 cm，病害情況見圖2～5。

圖2 34號橋墩墩底裂縫

圖3 34號墩頂支座螺栓剪斷

圖4 36號墩頂支座橫向移位

圖5 32號伸縮縫堵塞

3 橋梁病害原因

1)通過現場調查發現，F匝道橋車流量大且超載、重載車輛較多，橋梁的實際通行荷載大于設計荷載，造成梁體所受的離心力過大。

2)橋梁聯與聯采用牛腿搭接，經多年運行，伸縮縫橡膠條損壞后縫內雜物較多，因牛腿結構特殊、不易清理；在溫度荷載作用下縱向變形受到約束，支座發生破壞。

3)橋梁位于3%的大縱坡上，支座約束破壞后車輛制動力、自重產生的下滑力加速梁體移動。

4)本橋走向為北轉東南方向，在鄭州市正好符合日照產生較大橫向溫度梯度的不利條件，根據部分橋梁現場測定證明，主梁內外側腹板溫度差值可高達10℃左右；橫向溫度梯度對彎橋橫向爬移效應影響非常明顯。

5)橋梁各橋墩處缺少擋塊限位裝置，限位支座螺栓破壞后，梁體無約束加劇其橫向爬移。

4 病害處理方案

4.1 下部結構處置

下部結構采用全截面外包加固法，沿橋墩兩側橫向和縱向加厚20～30 cm混凝土并增加抗震擋塊，擋塊高70 cm、厚度40 cm，見圖6，在擋塊內側增加橡膠墊塊。施工時原有截面需要鑿毛處理，并在橋墩表面植入U型抗剪鋼筋。為完成外包混凝土的澆筑質量，設計組采用C50自密實混凝土。外包加固法除增強結構的抗彎能力、滿足抗震需求外還可封閉原有橋墩裂縫，提升了結構耐久性[1]。

圖6 橋墩混凝土加固立面圖(單位：cm)

4.2 上部結構處置

上部結構的主要改善措施是梁體的頂升、復位和支座的更換。首先對上部結構頂升和復位，而后更換支座。橫向復位的總體原則是多點頂推和部分旋轉復位[2]；結構最大橫向偏移40 cm與36號墩牛腿連接處結構平面錯位15 cm。在保證主梁結構安全的情況下，結構復位至連接處平面對齊即可(橫向復位15 cm)，盡可能不改變已爬移的結構。結構復位的原則及方法如下。

1)支座橫向復位的橋墩為35號和36號墩；橫向復位的橫向力由36號墩處的臨時反力架承擔，經計算反力架橫向承載力需70 t，在35號和36號墩墩頂設置備用水平復位千斤頂，當橫向頂推力超出原設定臨時支架的承載力時，需啟用備用千斤頂加以輔助。

2)在36號墩橫向頂推前，需在32號～36號墩頂布設橋梁專用頂推滑塊，并解除32號及36號墩牛腿處約束；施工中所用頂推滑塊的摩擦系數可參照四氟滑板支座摩擦系數測定的辦法，準確測出實際摩擦系數。

3)梁體復位以34號固定墩為旋轉軸，針對32號、33號橫向復位點，僅在加固后的橋墩上布置輔助千斤頂；橫向復位的頂力主要布置在35號、36號墩及36墩臨時反力架上。

4)在結構正式頂升和橫移前需進行試頂升，試頂升高度或橫向位移≤5 mm。在試頂升前須對原橋梁結構現狀線形進行全面測量，以便后續正式頂升或頂推監測對比參照。頂升或橫向頂推時首先加載至理論頂力的80%，再緩慢加載至根據位移傳感器確定各點已經分離，再頂升或頂推至各頂達到5 mm垂直位移。停機10 min后檢查橋梁各支頂部位和支架有無變形和加載點有無局壓破壞。試頂合格后方可進行正式頂升或頂推。

5)在第十聯主梁頂升后，主梁已放置在橋梁專用滑道上。首先要觀察梁體在結構完全自由的情況下是否有自動復位的可能性；而后施加橫向頂推力(通過計算理論頂推力為每100 t，橫向移動80 mm)，當頂推位移達到50 mm后撤掉橫向頂推力讓梁體自由變形；觀察梁體是否回位，若梁體回位應繼續頂推重復該工序不少于兩次后繼續頂推，最終復位總位移為15 cm。

支座更換主要包括兩端牛腿處滑板式橡膠支座和各橋墩處的盆式橡膠支座。更換時頂升原則為：每次更換單個橋墩支座時，至少頂升相鄰的三個橋墩；比如當更換32號墩支座時，需要頂升33號和34號橋墩；各相鄰橋墩的墩頂豎向頂升位移差控制在5 mm以內。當頂升某個橋墩2 cm時，相鄰橋墩需要頂升至1.5 cm，其他按跨徑線性比例以此類推。橋墩的頂升高度依據橋墩的支座更換空間需求而定；原則上單個橋墩的頂升高度≤2 cm。

5 施工監控

為確保橋梁結構安全和復位達到設計值，在梁體豎向頂升和橫向復位過程中進行了全方位實時跟蹤監控[3]，監控的內容包括：第10聯梁體線形、頂升位移、橋墩沉降、主梁及橋墩結構應力等。頂升和頂推過程以應力為直接指標，同時位移指標能更準確地反映頂升和頂推過程的穩定性，因此，監控預警以應力和位移雙重指標控制，只要有一項超標，則進行預警。頂推復位過程中結構最大附加應力≤1 MPa。橫向頂推時箱梁縱向、橫向位移實時監測采用位移計和鋼板尺結合進行監測。測點放在橋墩墩頂位置附近。32號墩～34號墩采用位移計監測箱梁頂推位移，35號、36號墩箱梁位移較大，采用粘貼鋼板尺法進行監測，現場派專人實時讀數并匯報。分別在第10聯的33號～34號墩頂箱梁截面兩側各1.1 m位置處安裝數碼應變計，監測箱梁頂推施工過程中箱梁上下緣應力。橋墩應力監測主要測量頂升復位過程中橋墩彎曲應力的實時變化，將橋墩結構應力控制在安全范圍之內，防止主梁因橋墩結構的破壞嚴重后果。分別在32號～33號墩根部布設兩個監測點實時監測。

根據最終的線形測量結果，36號墩橫向頂推箱梁位移15.1 cm，滿足設計提出的15 cm頂推量要求；32號墩～34號墩底應力監測最大變化值0.31 MPa，33號墩～34號墩附近箱梁腹板應力監測最大變化值0.86 MPa，均滿足監測要求。32號～36號墩基礎在3個月的觀測期間最大沉降值為0.8 mm，橋墩基礎高程無明顯變化。

6 結束語

位于縱坡較大處的曲線橋梁容易出現梁體爬移、支座損壞、墩柱裂縫，給橋梁結構運營安全帶來嚴重威脅，需對此類橋梁病害進行處治。F匝道橋出現橫向爬移40 cm，位移較大，加上聯與聯之間采用牛腿搭接，對其采取橫向頂推復位的方法在國內也鮮見；該橋病害整治過程中經多次召開專家討論會，對方案進行反復研究和技術調整，于2015年8月改造完成，最終取得了較好的治理效果。經多年運營，橋梁目前使用情況良好，后增加的橋梁健康監測系統數據表明結構運營正常。

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