趙一波,蘇文明,郝林霞
(1.山東高速工程檢測有限公司,山東 濟(jì)南 250002;2.山東廣信工程試驗(yàn)檢測集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250002)
隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的蓬勃發(fā)展,“十四五”期間又將迎來高速公路建設(shè)黃金期,對交通土建的建設(shè)速度及質(zhì)量控制提出了更高的要求。樁柱式橋墩由于不需要澆筑大體積承臺,減小了施工空間且施工工藝簡單,尤其是應(yīng)用于小跨徑裝配式T型梁、小箱梁等自重較小的上部結(jié)構(gòu),得到了有效地推廣。與此同時(shí),針對此種較為普遍的下部結(jié)構(gòu)型式,養(yǎng)護(hù)過程中的病害識別及加固處理變成一項(xiàng)比較重要的任務(wù)。
樁柱結(jié)合部受樁柱不同心、結(jié)合部鋼筋連接不規(guī)范、樁頭處理不當(dāng)?shù)葍?nèi)因影響,及受河道沖刷、橋面重載等外因影響,結(jié)合部一旦出現(xiàn)損傷,易出現(xiàn)基礎(chǔ)沉降、墩柱傾斜、梁體偏位等表現(xiàn)病害。加固設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)墩柱、蓋梁病害嚴(yán)重程度,宜采用頂升梁體、更換蓋梁及墩柱的方案或頂升蓋梁、更換墩柱的方案或借助現(xiàn)有樁基施工承臺頂升蓋梁或主梁的加固方案[2]。
德上高速洙趙新河大橋左幅橋?yàn)?×(5×25)m的預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁,先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù),橋面全寬28 m。下部結(jié)構(gòu)為雙柱式橋墩、摩擦樁基礎(chǔ),肋板式橋臺、摩擦樁基礎(chǔ),采用板式橡膠支座。設(shè)計(jì)荷載:公路-Ⅰ級(2004)。于2016年建成通車。
(1)6-1#墩柱(外側(cè)墩柱)與樁基相對偏位,結(jié)合部混凝土松散,主筋彎曲;(2)6-1#墩柱,距頂部0~3 m范圍內(nèi),16條斜向裂縫,寬度為0.15~0.8 mm;6#墩蓋梁底面、高低樁號側(cè),多條斜向裂縫,寬度為0.1~0.6 mm;(3)6#墩蓋梁縱橋向,外側(cè)向小里程偏位6.8 cm,內(nèi)側(cè)向小里程偏位1.2 cm外,呈扭轉(zhuǎn)形態(tài);(4)6#跨主梁,5#墩頂位置,整體向外側(cè)偏位5.5 cm;5#墩頂支座向外側(cè)剪切約45°,6#墩頂支座向內(nèi)側(cè)剪切約30°;(5)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)永久性變形,構(gòu)件出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫,左幅橋總體技術(shù)狀況按重要部件最差評定為五類[1]。橋型布置見圖1~圖4。
圖1 樁柱結(jié)合部混凝土松散、主筋彎曲
圖2 6-1#墩柱、蓋梁斜向裂縫
圖3 5#墩頂主梁向外側(cè)偏位
圖4 5#墩頂支座剪切
(1)柱狀結(jié)合部樁頭處理不當(dāng),混凝土質(zhì)量較差,受河流周期性沖刷及橋面重載等影響,導(dǎo)致墩柱下沉,產(chǎn)生扭矩,主應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度,致使橋墩及蓋梁斜向裂縫。(2)墩柱下沉,致使6#墩蓋梁向外側(cè)偏位及下沉,6#墩頂梁體相對滯后,向內(nèi)側(cè)偏位,支座向內(nèi)側(cè)剪切,5#墩頂向外側(cè)偏位,支座向外側(cè)剪切。(3)采用Midas建立有限元模型,模擬墩柱沉降工況,結(jié)構(gòu)變形與實(shí)際情況類似,外側(cè)墩柱高樁號側(cè)受拉,最大拉應(yīng)力4 MPa,與實(shí)際墩柱裂縫分布位置基本對應(yīng)。有限元模型及應(yīng)力云圖見圖5、圖6。
圖5 6-1#墩柱沉降工況結(jié)構(gòu)變形
圖6 6-1#墩柱沉降工況墩柱應(yīng)力云圖
本方案在6#橋墩兩側(cè)適當(dāng)位置新增鋼管樁作為支撐基礎(chǔ),單側(cè)鋼管樁在順橋向?yàn)閮膳?,鋼管樁頂通過雙支H型鋼形成支撐平面,支撐平面放置千斤頂用于梁體頂升,千斤頂位于箱梁腹板下部,橫橋向每排設(shè)置8個(gè),千斤頂上設(shè)置貝雷梁支撐小箱梁,可采用枕木設(shè)置與貝雷梁與小箱梁間,以滿足橫坡要求。方案一設(shè)計(jì)見圖7。
圖7 方案一(鋼管樁+貝雷梁支撐小箱梁)設(shè)計(jì)
由于此方案需進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換,由原來的單支點(diǎn)支撐改為兩點(diǎn)支撐,結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果見表1。
表1 方案一結(jié)構(gòu)驗(yàn)算統(tǒng)計(jì)
本方案在6#橋墩兩側(cè)適當(dāng)位置新增鋼管樁作為支撐基礎(chǔ),單側(cè)鋼管樁在順橋向?yàn)槿牛摴軜俄斖ㄟ^雙支H型鋼形成支撐平面,支撐平面放置千斤頂用于梁體頂升,千斤頂放置鋼板以及穿過蓋梁底貝雷梁,為滿足橫坡要求,可采用枕木或其他措施調(diào)整橫坡[4]。方案二設(shè)計(jì)見圖8。
以原橋墩兩樁基為支撐點(diǎn),在原樁頭以下2.5 m澆筑平面尺寸為11.8 m×2.4 m厚2 m的承臺,承臺頂面設(shè)置鋼管立柱支撐蓋梁,鋼管立柱通過法蘭盤與承臺連接,每片小箱梁下設(shè)置兩個(gè)鋼管立柱[3]。方案三設(shè)計(jì)見圖9。
圖9 方案三(承臺+鋼管立柱支撐蓋梁)設(shè)計(jì)/cm
三種方案優(yōu)缺點(diǎn)及綜合對比見表2。
表2 方案比選
橋梁采用方案二進(jìn)行加固,加固過程中支承蓋梁后開放橋面交通,減小了通行壓力,結(jié)構(gòu)安全可靠。
(1)由于樁柱式橋墩為下部結(jié)構(gòu)型式,如果出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)裂縫、墩柱傾斜、梁體偏位等表現(xiàn)病害,應(yīng)主要考慮樁柱結(jié)合部質(zhì)量缺陷所致,需及時(shí)開挖樁基復(fù)核病害。(2)確認(rèn)結(jié)合部病害后,采用頂升蓋梁更換墩柱的加固設(shè)計(jì)方案,可確保不轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系,滿足保通要求。