劉虎獅特大橋右幅第5聯(lián)梁體偏移原因及處治

張 坤

(山西省交通新技術發(fā)展有限公司，陜西 太原 030012)

1 工程概況

K37+850劉虎獅特大橋是右玉至平魯高速公路第三合同段中在右玉縣高家堡鄉(xiāng)為跨越一條通村水泥路和兩條沖溝而設的一座特大橋，橋梁全長1 027 m。上部結構為34×30 m裝配式預應力混凝土連續(xù)箱梁，下部結構為柱式墩和實體墩、肋板臺，鉆孔灌注樁基礎。汽車荷載等級為公路-Ⅰ級；設計安全等級為一級；橋面寬度為2×凈-11.75 m；設計洪水頻率為1/300；環(huán)境類別為Ⅱ類環(huán)境；地震基本烈度為Ⅶ度，地震動峰值加速度為0.10 g。

2018年11月，建設單位委托檢測單位對劉虎獅特大橋進行了交工驗收檢查，檢查中發(fā)現(xiàn)該橋梁右幅第5聯(lián)上部結構箱梁發(fā)生了偏移，其中22號墩頂處梁體外偏9 cm擠裂外擋塊，其余19號、20號、21號、23號及24號墩頂梁體均發(fā)生不同程度側移，危及橋梁使用安全。

2 橋梁病害情況

2.1 梁體偏移

橋梁右幅第5聯(lián)第20跨～24跨整體往路線右側偏移，偏移距離3～9 cm，其中19號墩、22號墩處偏位距離最大，達到9 cm。各墩頂梁體偏移見表1。

表1 墩頂偏移量 單位：mm

2.2 梁體偏移

受梁體偏位擠壓影響，19號墩(大樁號側)5號擋塊劈裂，22號墩外側1號擋塊劈裂。部分擋塊劈裂部位已開裂至蓋梁，致使蓋梁混凝土破損剝落。19號墩頂梁端被混凝土垃圾及擋塊限制已無法正常伸縮。

2.3 梁體偏移

19號～24號墩墩頂支座均存在一定程度的偏位及脫空現(xiàn)象。其中梁體偏位最大處，19號墩滑板支座偏位脫空程度較大，部分滑板支座已偏位約15 cm；20號、22號墩處板式橡膠支座偏位約9 cm，支座與上鋼板發(fā)生相對滑移。同時部分墩頂板式橡膠支座橫橋向剪切變形較大。

3 病害原因

1)該病害段橋跨整體位于橫坡超高段，該超高段是通過蓋梁頂橫坡與梁頂橫坡兩段橫坡綜合疊加所形成，復雜的橫坡調整方式易使支座頂面與上鋼板存在夾角而不能均勻受力，該不均勻受力也減小了板式橡膠支座與上鋼板之間的摩阻力，導致支座沿上鋼板滑移偏位。

2)在曲線段梁體“以折代曲”的布置形式、橋面橫坡和蓋梁頂橫坡三重影響下，梁體及蓋梁抗震擋塊的布置均為復雜的三維情況，在施工過程較難精確布置。在橋梁橫向變形過程中，施工布置誤差，易造成部分擋塊單點受力的情況，即單個擋塊承受整跨上部結構的橫向水平力，從而導致了部分擋塊的劈裂破損。

3)由于本橋該聯(lián)處于較小的平曲線內(nèi)(R=1 189 m)，且設計中上部箱梁為“以折代曲”布置形式，橋跨內(nèi)外邊梁梁長存在差異，跨間主梁連接處存在一定程度上的交角。上部結構在外部環(huán)境整體升降溫的情況下，外邊梁伸縮變形大于內(nèi)邊梁伸縮變形量，即：在升溫的情況下，上部結構外邊梁伸長量大于內(nèi)邊梁，整體橋面有向外拱的趨勢，造成橋梁上部結構整體外偏；在降溫的情況下，上部結構外邊梁收縮量大于內(nèi)邊梁，整體橋面有向內(nèi)拱的趨勢，造成橋梁上部結構整體內(nèi)偏。結合相關資料顯示，橡膠支座使用階段常溫下剪切變形模量G=1.0 MPa，當環(huán)境溫度最冷月平均溫度值低于-10 ℃時G=1.5 MPa。剪切變形模量變化造成夏季環(huán)境剪切模量較小，梁體橫向外偏程度較大；冬季環(huán)境剪切模量加大，梁體橫向內(nèi)縮程度較小。這種變形差造成了，曲線梁體向外側的橫向蠕動。

4 病害處治方案

4.1 病害處治原則

1)針對該路段平面線型、橋面橫坡及蓋梁頂橫坡均較復雜的特點，確定合理處置方案，一次根治不留后患。

2)施工方法和工序應以避免造成新的結構病害為原則。

3)處置方案應簡單易行，施工機具適合高空作業(yè)。

4.2 處治方案

1)通過頂升后平移的方法，對偏位箱梁進行復位,頂推恢復距離為5 cm。

2)更換損壞失效支座，為減小梁體橫向位移量，新更換支座降低高度。降低高度后，新支座與梁體間空隙加墊薄鋼板，保證支座受力均勻及墊石頂與梁底間總高度不變。

3)加強擋塊的抗推能力，采用鋼骨架混凝土重新制作擋塊。新?lián)鯄K制作完成后，擋塊至梁體之間距離應保持一致。

4)重新粘貼擋塊抗震橡膠墊塊，保證各個擋塊均勻受力。

5)清理端跨梁端混凝土垃圾，保證梁端變形不受約束。

4.3 頂推反力架設計

梁體偏位頂推需采用反力架為橫向頂推千斤頂提供水平支撐，其所承受的水平力等于上部結構與四氟板之間的摩阻力。

通過midas建模分析，本項目中各支座處支反力見表2。

表2 各支座支反力匯總表 單位：kN

取支反力最大20號墩進行建模計算，四氟板摩阻力按0.02計算，每個墩頂布置3個反力架，則：F反=(5189.9×0.02)/3=34.6 kN，取F=35 kN進行驗算。

采用midas進行實體板單元建立反力架模型如圖1。

圖1 反力架midas模型(單位:N)

在反力架受到35 kN反力時，模型應力圖如圖2。

圖2 有效應力圖(單位:MPa)

最大有效應力位置位于第一排錨栓孔位置，其值大小為37.4 MPa，小于Q235鋼材抗拉壓強度設計值205 MPa，反力架強度滿足要求。

4.4 主要施工工藝

4.4.1 梁體復位

1)施工準備。根據(jù)安全施工的需要，在橋梁支座進行更換前，應對施工部分的橋梁梁體再進行全面檢測，主要檢測內(nèi)容為梁體是否有明顯開裂、混凝土剝落、露筋等不宜施工的情況出現(xiàn)。如存在影響結構安全的病害時應先對病害進行處理后方可進行梁體復位施工。

解除伸縮縫處防撞墻連接鋼板等相關縱向連接，并清除伸縮縫及梁端間混凝土棄渣。

用紅油漆標記支座的設計位置以及蓋梁處箱梁與墊石的相對位置。

在左側擋塊與箱梁間填塞木板或鋼板，作為復位過程的限位控制裝置。

2)搭設支架。本次復位施工橋梁高度較高，施工采用橋檢車作為施工平臺，平臺與梁底保持1.6～1.7 m的空間，充分保證人員的易操作性。施工中運送材料及機具時，應根據(jù)橋檢車平臺承載力要求，確定運送方案，切勿在平臺上堆放建材及機具。

3)放置豎直千斤頂。采用角磨機對蓋梁和墩頂千斤頂安放位置及周邊進行打磨，形成平整面。根據(jù)現(xiàn)場情況盡可能大地加墊大于20 mm厚鋼板用于千斤頂應力的分散。

4)安裝位移、壓力等監(jiān)控設備。為保證頂升過程中的梁體安全，在每處頂升點位置安裝百分表進行人工監(jiān)控。監(jiān)控是保證梁體安全受力所必需的，主要是記錄起梁前及頂升過程中千斤頂?shù)捻斏闆r，并在頂升過程中觀察梁跨、梁底面和兩側腹板處裂縫情況，如有異常則必需馬上終止頂梁，找出原因，確定解決辦法，方可重新進行頂梁。

5)頂升。在檢查、校正頂升設備并在所有操作人員就位后，首先進行試頂加載，頂至主梁脫空2～5 mm時停止，停放5～10 min進行觀察，無任何異常后方可開始整體頂升。在專業(yè)人員的統(tǒng)一指揮下，所有千斤頂緩慢分級頂升，千斤頂必須按設計的行程同步頂升，應控制起梁速度在1 mm/min左右，同時觀測梁體起頂高度和千斤頂?shù)钠痦斄?，實施雙控。梁體每上升5 mm為一級，梁體升高不得超過10 mm。頂升到預定高度后，鎖定千斤頂保護環(huán)。

6)更換頂推臨時支座。在梁體頂升至預定高度后，記錄并量取墊石頂面距梁體的空間高度能否滿足新支座安裝需要。

取出舊支座，在墊石頂面粘貼臨時鏡面不銹鋼板，安裝GYZF4滑板支座，安裝時應將四氟板滑動面朝下。

7)卸載落梁。解除千斤頂保護環(huán)，開始卸載。卸載時與分級加載的順序相反分級卸載。落梁過程與頂升過程控制要求相同，要求同步、緩慢分級卸載，橫向高差≤1 mm，每跨梁的兩端高差≤5 mm。待梁板回落至更換好的支座時，詳細檢查墊石及支座，確認壓緊密貼、位置正確后，撤除頂升系統(tǒng)。

8)安裝復位反力架及千斤頂。在端橫梁、現(xiàn)澆中橫梁及蓋梁上安裝反力架?？紤]到蓋梁頂橫坡影響，反力架底部加墊楔形鋼板找平。反力架采用植入式擴底錨栓錨固，錨栓直徑22 mm，植入深度不小于20 cm。千斤頂牢固的固定于反力架中部。

9)安裝位移、壓力等監(jiān)控設備。本工序同步驟(4)中工序。

10)梁體頂進復位。在專業(yè)人員的統(tǒng)一指揮下所有千斤頂緩慢分級頂進，千斤頂必須按設計的行程同步頂進，應控制復位速度在1 mm/min左右。復位后橫向誤差應控制在3 mm以內(nèi)。

11)更換永久支座。更換步驟與更換臨時支座步驟相同，但更換時應注意拆除墊石頂鏡面不銹鋼鋼板。對于更換新支座后仍處于脫空狀態(tài)的支座，加墊鋼板，確保所有支座均勻受力。

4.4.2 擋塊修復

1)拆除破損部分擋塊，并將混凝土表面進行鑿毛處理。

2)采用植入擴底錨栓的方式，固定鋼結構擋塊骨架。因部分鋼骨架尺寸較小，可先用擴底錨栓固定底板后再進行立板的焊接。

3)安裝混凝土澆筑模板。

4)噴灑涂刷界面劑后澆筑C30混凝土，待混凝土強度足夠后，拆模并進行養(yǎng)護。

5)拆除所有擋塊內(nèi)側破損抗震橡膠墊塊，重新安裝新墊塊。

5 結 語

本文以劉虎獅特大橋右幅第5聯(lián)梁體偏移為例，提出橋梁偏位采用側向頂推復位，更換失效支座，加強擋塊的抗推能力的病害處治方案，可有效解決橋梁梁體的偏移病害的進一步發(fā)展，保證橋梁的安全運營。通過本方案的實施，可對相似工程問題的治理起到借鑒作用。

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