某沉降連續梁橋多點頂升加固關鍵技術分析

陳囡 景強

0 引言

某高速公路跨線橋分為三聯,其中第三聯為現澆箱梁,采用單箱雙室截面,橋跨布置為40 m+40 m+25 m,箱梁頂板寬16.75 m,箱梁梁高2.0 m,懸臂板長2.375 m;下部結構為柱式墩,肋式臺,樁基礎,該橋澆筑完成,二期恒載還未施工前,下部樁基即產生不均勻沉降,其中13號、14號墩沉降比較嚴重,最大沉降量10.0 cm,15號橋臺最大沉降量1.0 cm,沉降發生后采取了加樁、加承臺、頂升恢復的處理方案,見圖1。

表1 分級同步頂升工況列表

1 頂升方案論證

分級同步頂升工況如表1所示,為了驗證頂升方案的合理性,采用平面計算軟件“橋梁博士3.0”對頂升過程及正常使用的各項荷載組合進行分析計算。建模階段將橋梁離散為111個單元,12號、14號和15號墩為單向鉸接,13號墩為鉸接,模型見圖2。計算結果表明,每一級應力頂升的應力增量相同,箱梁的上下緣應力均勻增加,從最后一級頂升的累計應力值與正常使用各級工況組合后的計算結果看,箱梁上下緣應力均為壓應力,下緣最小壓應力為1.13 MPa,滿足預應力A類構件的要求,則該頂升方案是合理的。

2 多點頂升方案空間分析

從圖1的加固頂升方案示意圖中可以看到,頂升千斤頂是沿橋底板寬度均勻布置的,每個頂升點(13號、14號墩)布置6臺500 t液壓千斤頂,考慮到施工過程中千斤頂不可避免地存在不同步現象,從而導致各千斤頂受力不均勻,甚至出現千斤頂脫空的現象。

為模擬上述情況,對13號墩的6個千斤頂分別假定以下工況:1)邊上千斤頂脫空;2)中間千斤頂脫空;3)對角千斤頂脫空。

各工況示意如圖3所示,對以上的脫空工況采用大型通用有限元軟件ABAQUS進行分析計算,全橋采用8節點實體等參單元,共劃分為98 796個單元,142 731個節點;對12號墩、14號墩及15號墩施加橫向及豎向約束,對13號墩施加縱向約束。

三種千斤頂脫空情況導致的13號墩下緣橫向位置縱向應力局部應力變化情況如圖4所示。

從圖4可以看出,若只脫空一個千斤頂,雖然會導致一定程度的局部應力變化,但變化幅度不大;若對角千斤頂脫空,結構的局部應力變化較大,在頂升過程中,需要避免此種情況的發生。據以上分析結果,對本頂升施工過程提出如下的要求:

1)頂升過程中,要求確保13號墩首先起頂,嚴禁14號墩先起頂。2)每級頂升時,若橋墩沉降量大于頂升量時,停止頂升。3)每級頂升時,橋墩未達到穩定狀態時,不得進行下一級頂升。4)頂升時,要確保同一個墩上的各千斤頂同步、均勻受力,嚴禁對角千斤頂同時脫空現象的出現。

3 頂升處理過程監控

為了確保頂升過程的安全性,驗證頂升方案的合理性,在頂升過程中選取了13號、14號墩頂負彎矩控制截面和13號、14號墩之間跨中正彎矩截面作為應變監控測試截面,在各主要測試截面上、下緣布置標距為10 cm的混凝土應變片。

頂升施工過程各工況實測應變與理論值對比如圖5所示,從圖5中的數據可以看出各工況實測應變與理論值吻合較好,這表明頂升過程中梁體應力處于可控狀態,同時也反映目前的梁體受力處于彈性狀態。

整個頂升施工過程基本按預設的頂升方案實施的,實際總頂升量與理論頂升量相差在5 mm以內,在頂升過程中,梁體兩側均勻抬升,未出現千斤頂脫空情況,各千斤頂工作正常,各頂升過程及頂升結束后,梁體關鍵受力部位未發現有肉眼可視裂縫,梁體未發生開裂。

4 結語

橋梁發生沉降后,梁體內力發生了改變,但由于設計階段的安全富余較大未發生開裂等影響橋梁正常使用的情況,為了保證橋梁的正常使用,施工及設計單位采取了加固基礎、頂升恢復的處理方案。本文對頂升量的確定及多點頂升不平衡效應進行了詳細論述,并通過頂升過程的監控驗證了各項分析結果,得到以下主要結論:

1)不完全恢復沉降量的頂升方案合理、可行,既確保了橋梁結構在正常使用極限狀態和承載能力極限狀態下能滿足相應規范的要求,又增加了頂升施工過程的安全系數,確保了頂升方案的順利實施。頂升后的橋梁荷載試驗結果表明:橋梁各項指標均滿足相關規范要求,可正常使用。

2)由于墩頂處內置混凝土橫梁的分配作用,多點頂升中的千斤頂不平衡效應并不明顯,只有在對角千斤頂完全脫空的情況發生時,才會對結構的局部應力產生較大影響。頂升過程中需嚴格控制兩側千斤頂的同步性。從實際頂升工藝的實施情況看,梁體兩側均勻抬升,未出現千斤頂脫空情況,各千斤頂工作正常,頂升施工工藝控制恰當。

3)整個頂升過程中,梁體未出現肉眼可見裂縫,且通過監控數據分析,橋梁結構仍處于彈性工作狀態。

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