埡壩大橋應急搶險臨時支撐及加固技術研究*

黨權交，何思元，金 磊，雷 棟

(1中交路橋建設有限公司，北京 100027； 2.中交路橋華東工程有限公司，上海 201210)

0 引言

橋梁在運營過程中，荷載有常規的可變荷載、永久荷載、偶然荷載，除此之外，由于一些突發狀況導致橋梁受到不同類型、不同程度的損傷，特別是突發的自然災害，會對橋梁的整體結構造成較大甚至毀滅性的傷害，因此橋梁的應急搶險監測、維修加固顯得尤為重要。

本文以埡壩大橋搶險工程為研究對象，對其險情發生誘因及造成的病害進行詳細的調查與研究。結合搶險工程的施工特點，及時制定了科學的搶險方案，將災害造成的損失降到最低。

1 工程概況

埡壩大橋為先簡支后連續預應力混凝土T梁，標準跨徑為40m，起訖樁號：K80+716.5(ZK80+716)—K81+442(ZK81+443.6)，跨徑布置為(3×40+4×40+4×40+4×40+3×40)m，左幅橋梁全長727.5m，右幅橋長725.5m。橋面采用8cm厚C50混凝土+防水層+10cm厚的瀝青混凝土。15～18號墩為一聯，孔跨布置為3×40m，其中15～17號墩為雙柱式墩，采用嵌巖樁基礎，18號橋臺為肋板式橋臺連接樁基。

1.1 災害發生過程

2020年7月初，遵義地區正安縣普降暴雨，7月12日埡壩大橋左幅17號墩處出現護欄開裂、橋面下沉的情況，17，18號墩橋下坡面出現橫向張拉裂縫，右幅橋臺靠近小樁號橋下發現錯臺裂縫，張開約5cm左右。17號外側墩底開裂翹起，內側墩靠右幅內側開裂，張開約15cm，護墻壓碎，橋面下凹，呈淺V形(見圖1)。

圖1 橋梁現狀

1.2 橋梁主要病害

1)L17-1和L17-2號墩底分別產生往小樁號方向43cm和81.7cm的縱向位移，往外側方向40.4cm和39.4cm的橫向位移，相對應橋面產生87.8cm和56.8cm的豎向沉降，墩頂防撞墻產生擠壓混凝土崩裂等病害。

2)L17號墩兩側預制梁段端部底緣產生了較多橫向裂縫和橋墩方向的斜向裂縫，裂縫底部連接貫通；現澆段和預制段結合面產生了下寬上窄的豎向開裂，最大縫寬20cm，其中第18跨由外至內逐漸增寬至20cm，第17跨由外至內逐漸由10cm減小。

2 臨時支架支撐方案

2.1 臨時支架結構形式分析及選用

橋梁出現險情時，初步判斷橋位處可能產生了滑坡情況，導致橋墩產生樁底位移或樁底附近溶洞崩塌導致墩身下沉、偏斜。現17號橋墩處出現嚴重沉降及水平移位，相鄰兩跨連續T梁在連續墩支點處出現V形彎折，現澆連續段與預制梁端連接處被拉裂，上部結構存在落梁的風險。為防止橋墩進一步沉降、偏移而發生落梁情況，經研究決定，前期采用搭設方便且迅速的集束支架臨時支撐，待搭設大鋼管支架支撐受力后拆除集束支架。同步進行橋梁后期加固方案研究與設計。

2.2 集束支架設計與施工

1)集束支架設計

T梁馬蹄下方碗扣支架按橫距30cm，縱距30cm，步距60cm布置，并用扣件和鋼管立桿沿縱距方向按間隔15cm進行加密，鋼管頂部設可調頂托，并沿橫橋向鋪10cm×15cm方木；T梁翼緣板下方，碗扣支架按按橫距60cm，縱距60cm，步距60cm布置，鋼管頂部不設頂托及方木。為保證支架穩定，剪刀撐按夾角45°～60°布設，上到頂下到底，并通過扣件與每步立桿扣緊，墩兩側支架通過鋼管扣件連成整體，支架底設可調底托于硬化地面上(見圖2)。

圖2 T梁集束支架結構

2)集束支架驗算

為保證不出現落梁風險，支架承載力按最不利工況(T梁與蓋梁完全脫空，集束支架承受所有上部結構荷載)設計。根據埡壩大橋施工圖文件，統計上部結構自重如表1所示。

表1 集束支架上部結構自重

每跨上部結構總質量為1 094t，支架按承載5 500kN進行驗算。采用Midas Civil建立整體模型，并對各種桿件賦予各自材料特性，取自重1.1倍安全系數，對實際施工工況下支架的整體強度、剛度及穩定性進行驗算，計算結果表明：支架豎向位移最大值為3.1mm，最大組合應力值為141MPa，小于碗扣支架容許應力210MPa，支架一階模態臨界荷載系數為4.2>4(容許值)，說明結構抗傾覆滿足要求，該結構理論計算合格。

3)集束支架施工

7月27日硬化17號墩大里程側碗扣支架混凝土基礎，7月28日開始集束支架搭設，7月31日完成大里程側的搭設，8月5日完成17號墩小里程側的搭設。在開展工作面有限，各工序交叉，施工組織難度大的狀況下，從結構優化到精心安排施工組織，整個集束支架從設計到完成僅耗時10d，為搶險工程贏得寶貴的時間。現場集束支架搭設如圖3所示。

圖3 現場集束支架搭設

2.3 大鋼管支架設計與施工

1)大鋼管支架設計

左幅17號墩小樁號側大鋼管支架采用鋼管樁及承臺技術，大樁號側采用鋼筋混凝土擴大基礎。大鋼管支架立柱采用φ630×10鋼管，平聯及斜撐為φ273×9鋼管，標準節段為4m，底部通過法蘭盤、地腳螺栓連接基礎，頂部布置3I56a主橫梁，3I36a主縱梁，主縱梁上方鋪設鋼頂筒，將上部結構荷載傳遞至大鋼管支架(見圖4)。

圖4 大鋼管支架結構

2)大鋼管支架驗算

為保證不出現落梁風險，支架承載力按最不利工況(T梁與蓋梁完全脫空，大鋼管支架承受所有上部結構荷載)設計。荷載計算上部結構自重及承載力同集束支架，仍取1.1為安全系數。計算結果表明：大鋼管支架豎向位移最大值為2.2mm，最大組合應力值為25.2MPa，小于支架容許應力210MPa，支架一階模態監界荷載系數為51>4(容許值)，說明結構抗傾覆滿足要求，該結構理論計算合格。

3)大鋼管支架施工

大鋼管支架標準節采用汽車式起重機安裝，調整節、承重梁、分配梁均采用手拉葫蘆配合卷揚機安裝，立柱鋼管間采用高強螺栓連接。8月8日硬化17號墩大里程側鋼管支撐基礎，8月10日開始搭設大鋼管支架，8月18日完成，17號墩小里程側自9月10日開始搭設，9月17日完成(見圖5)。

圖5 大鋼管支架現場施工

2.4 支架應力監測

根據搶險的緊急及特殊性，支架搭設完成后未進行支架預壓即投入使用，且在梁體橫、縱向位移不明確的情況下，支架受力情況也不明確。為進一步掌握支架在使用過程中的安全狀態，在17號墩大樁號側集束支架頂設置應力監測設備，進行實時監控，專人負責采集數據。

1)應力監測點布置如圖6所示。

圖6 集束支架應力監測點布置

2)安裝應變監測儀器時，支架已在受力狀態，儀器無法得到初始值。儀器安裝并調試完成后，測得穩定值為80MPa，后續監測降至40MPa。根據測定值變化，假定80MPa為中間值，取40MPa為上下安全浮動值，即40MPa≤測得應力值≤120MPa為安全，應力>120MPa立即發出預警。

經幾日連續24h對支架應力監測顯示，17號墩1T(1號T梁下方應變儀器測的數據的平均值)受力最大，峰值為30MPa；17號4T(4號T梁下方應變儀器測的數據的平均值)峰值最小，峰值為13.23MPa；且觀測值于8月17日以后趨于穩定，符合墩柱右傾沉降的規律，小于理論計算容許應力值，測得數據均穩定于預警值范圍內，表明支架結構穩定，梁體變形趨于穩定。

3 維修加固方案

3.1 病害分析及加固總體思路

埡壩大橋主要病害為L17號墩嚴重沉降、偏位，導致16,17號墩頂主梁現澆段豎向拉斷，16號墩頂負彎矩段主梁翼緣橫向開裂，17號墩頂預制梁梁端馬蹄U形裂縫。考慮T梁梁端1m范圍底部0.6m高度不參與受力的損傷模型，梁體受力基本滿足規范要求，僅受損梁端截面下緣最大壓應力17.87MPa，超過規范限值(16.2MPa)，而該處主壓應力17.87MPa滿足規范要求；經梁端外包混凝土加固后梁體承載能力均可滿足規范限值要求。

針對以上情況，提出以下修復思路。

1)鑒于L17號墩出現了嚴重的傾斜、偏位，且存在樁基斷裂的可能，對其采取拆除重建。

2)對左幅第17，18跨梁體進行空間復位。

3)鑒于左幅第17，18跨T梁預制段損傷程度較輕，在對端部進行外包混凝土、重做現澆連續段和恢復墩頂預應力鋼束后繼續利用。

3.2 樁基加固改造

1)L17號橋墩在橋梁外側新增4根φ2m樁基，樁基嵌入完整中風化灰巖6m。樁基采用人工挖孔樁成孔，鋼波紋管支護設計(見圖7)。

圖7 加固改造結構

2)施工預應力承臺外側橫梁，并在承臺橫梁上安裝φ820mm×16mm鋼管立柱作頂升平臺。

3.3 梁體頂升施工

1)在16號墩及18號臺蓋梁上安裝臨時縱向限位裝置。

2)利用新承臺外側橫梁上φ820mm×16mm鋼管頂升平臺，將梁體頂升至剛脫離支座卸力，切斷負彎矩鋼束，再水切割鑿除17號墩頂現澆連續梁。

3)再利用頂升平臺將梁體頂升復位，分級線性頂升，由內向外每片梁頂升高度為86.1，79.3，72.6，65.8，59.1cm。梁體頂升結構如圖8所示。

圖8 梁體頂升結構

3.4 墩柱蓋梁提升復位

1)依托17號墩附近施工支架及原梁，搭建蓋梁提升復位系統(見圖9)。

圖9 墩柱蓋梁提升復位結構

2)待蓋梁提升預緊后，對橋墩做限位措施，切斷原橋墩。

3)鑿除舊墩結合段，澆筑與新承臺結合段混凝土。

3.5 上部結構加固

1)將L16，L17號墩頂負彎矩鋼束切斷，水切割鑿除現澆連續段并保留原鋼筋，水切割鑿除墩頂兩側各15m范圍內橋面現澆層，T梁頂板局部開槽重新布置負彎矩鋼束，采用扁錨，單端張拉。

2)水切割鑿除L17號墩頂T梁端部2m范圍內松散混凝土，鑿毛腹板及馬蹄，封閉混凝土結構裂縫，植筋外包15cm厚C50自密實混凝土加固。

3)橋面護欄及鋪裝按原設計恢復。

3.6 混凝土常規病害處治

1)混凝土裂縫處治 主梁翼緣板、梁肋、橫隔板裂縫寬度<0.15mm時采用表面封閉法處理，否則采用壓力注膠法處理，再進行結構加固。

2)混凝土表面缺陷修復 對于混凝土表面存在的蜂窩、麻面、混凝土剝落、缺損、凹陷等缺陷，先鑿除松散、破損的混凝土，露出新鮮混凝土，然后利用人工除銹的方法對缺陷部位的鋼筋除銹，并將混凝土表面清理干凈，涂刷阻銹劑后，再采用聚合物水泥砂漿進行修補。

4 結語

對埡壩大橋險情誘因進行調查，制定了有效的臨時支護及病害維修加固方法，總結如下。

1)因埡壩大橋17號橋墩發生傾斜，搶險第一時間采用集束支架、斜撐及大鋼管支架對其上部結構進行臨時支撐，維持整體結構穩定，防止橋墩持續變形發生突然落梁。

2)針對橋墩病害，在橋梁17號墩外側新增4根φ2m 的樁基，原位拆除并新建承臺、墩柱、蓋梁，在不破壞原設計理念的前提下，保證埡壩大橋后期運營期間結構安全、穩定。

3)針對上部結構病害，采用梁體頂升復位，原位修復T梁端部后再利用，在保證結構安全的前提下，有效的節約工程造價成本。相較梁體整體拆除、修復后再架設方案，極大程度的減少搶險加固工期，符合搶險加固工程施工特點及要求。

4)通過對應急搶險臨時支撐結構及加固搶險的研究，為類似搶險工程提供經驗和參考。