城市橋梁震害修復(fù)技術(shù)

李粉玲 王朋路 陳 暉

(1.西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，陜西 西安 710014; 2.西安市市政建設(shè)(集團(tuán))有限公司，陜西 西安 710000)

1 工程概況

西安市工農(nóng)路高架橋主橋采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，橋跨布置為22 m+32 m+22 m，全長(zhǎng)76 m。中跨梁高170 cm，邊跨梁高100 cm～170 cm(按直線變化)。引橋采用22 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制板。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用雙圓柱墩、樁基礎(chǔ)，主橋東西兩側(cè)各設(shè)四座回轉(zhuǎn)樓梯梁與主橋相接，邊支點(diǎn)支撐在主橋邊墩蓋梁擋塊上。本文從分析橋梁震后基本情況入手，提出修復(fù)內(nèi)容和修復(fù)方案，同時(shí)提出了發(fā)生余震時(shí)的施工方法預(yù)案。

2 震后基本情況

2008年5月12 日汶川地震發(fā)生時(shí)，該橋正在施工過程中，工程進(jìn)度為現(xiàn)澆連續(xù)梁水泥混凝土橋面鋪裝層施工完畢，預(yù)制梁段鉸縫施工完畢，混凝土橋面鋪裝正在進(jìn)行中，防撞護(hù)欄基本施工完畢。震后對(duì)橋梁的線位、支座、梁體受損、裂縫等情況進(jìn)行了全面調(diào)查，結(jié)果如下。

2.1 連續(xù)梁梁體位移

1)連續(xù)梁南端(即8號(hào)墩)中線向西偏移45 mm;2)連續(xù)梁北端(即11號(hào)墩)中線向西偏移20 mm;3)連續(xù)梁整體向北偏移8 mm(見圖1)。

圖1 連續(xù)梁梁體位移（單位：mm）

2.2 橋梁支座位移

空心板及樓梯部分采用板式橡膠支座，現(xiàn)澆梁部分采用盆式橡膠支座。震后現(xiàn)澆梁支座均發(fā)生不同程度的位移，支座的下盆、支座處主梁及橋墩沒有發(fā)生損害。

盆式支座位移情況見圖2，表1。

圖2 支座位移情況

表1 支座位移 mm

2.3 橋梁結(jié)構(gòu)損傷

8號(hào)墩西側(cè)擋塊開裂嚴(yán)重，最大裂縫寬度30 mm，東側(cè)擋塊有少量裂縫;西南樓梯梁22號(hào)墩柱頂部產(chǎn)生豎向裂縫，東南樓梯梁26號(hào)墩柱頂部產(chǎn)生水平方向裂縫;現(xiàn)澆梁南端局部混凝土保護(hù)層破損;預(yù)制梁部分受地震影響很小，沒有發(fā)現(xiàn)破損、裂縫等現(xiàn)象。

3 橋梁修復(fù)內(nèi)容及修復(fù)方案

3.1 修復(fù)內(nèi)容

為保證橋梁的正常使用功能，確定修復(fù)內(nèi)容如下:

1)現(xiàn)澆梁頂推復(fù)位。2)支座增設(shè)限位裝置。3)修補(bǔ)8號(hào)墩蓋梁擋塊。4)修補(bǔ)人行橋22號(hào)，26號(hào)，30號(hào)墩頂裂縫及其他部位的局部混凝土保護(hù)層破損部分。

3.2 修復(fù)方案

3.2.1 現(xiàn)澆梁頂推復(fù)位

根據(jù)梁體位移情況判斷，震后梁體基本上為繞10號(hào)墩兩支座連線的中心處發(fā)生了順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。橫向回頂仍以該點(diǎn)作為轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)，利用原支座摩擦系數(shù)較小的特點(diǎn)，在主梁西南端、東北端設(shè)支點(diǎn)，用千斤頂頂推箱梁，克服支座摩阻力矩，使其逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)復(fù)位到設(shè)計(jì)位置(南端向東回位50 mm)，北端向西回位20 mm。支座摩阻系數(shù)為0.3，計(jì)算所需推力為385 kN。

在橋下8號(hào)、11號(hào)墩處安裝反力架，利用墩柱及蓋梁作為反力架支承構(gòu)件，逆時(shí)針將現(xiàn)澆梁頂推復(fù)位。

施工時(shí)，先在橋下搭設(shè)鋼管支架，一部分用于支撐樓梯梁，砸掉現(xiàn)澆擋塊，另一部分鋼管支架上放置桁架式型鋼反力架，主橋南端桁架上弦桿環(huán)箍在墩柱上，在反力架與主梁南端西側(cè)面(邊暗梁處)之間放置千斤頂頂推梁體。為防止復(fù)位過頭，在橫橋向另一側(cè)擋塊與梁體之間插入限位橡膠板。

反力架采用Q235型鋼制作，焊接形成，高1.9 m，寬2.5 m。其中上下弦桿采用H型鋼HW400×400－13/21，斜腹桿采用角鋼L160×12。為防止頂推過程中結(jié)構(gòu)混凝土受損，梁側(cè)頂推部位墊1 000 mm×500 mm×10 mm鋼板，蓋梁末端持力點(diǎn)墊鋼板。在反力架下搭設(shè)600×600鋼管支架工作平臺(tái)。

3.2.2 增設(shè)支座限位裝置

根據(jù)震后現(xiàn)場(chǎng)檢查，所有盆式支座均未損壞，但須調(diào)整支座形式。考慮到更換支座需整體頂升梁體，更換工作復(fù)雜，施工難度較大，費(fèi)用較高，故在9號(hào)墩西側(cè)雙向支座處設(shè)置橫向限位裝置(允許縱向位移)，在10號(hào)墩兩單向支座活動(dòng)方向分別設(shè)置限位裝置(縱橫向均不允許位移)，將8號(hào)、11號(hào)雙向支座均換成矩形板式橡膠支座(GJZ 450 mm×500 mm×99 mm)，將8號(hào)、11號(hào)橋墩蓋梁擋塊上的板式橡膠支座更換為四氟滑板支座(D150 mm)，降低樓梯梁對(duì)擋塊的影響。

通過在橫(縱)橋向墩頂處設(shè)置限位架，限位架與支座上鋼板的相互制約來約束主梁的橫(縱)橋向位移。限位鋼板與上頂板之間留5 cm的距離，在這之間增設(shè)一塊阻尼橡膠板。在車輛制動(dòng)力等一般荷載作用下由阻尼橡膠板的變形來適應(yīng)橫橋向變位，同時(shí)對(duì)地震荷載也能起到一定的消能作用，發(fā)生地震時(shí)，阻尼橡膠板與限位架共同發(fā)揮作用，構(gòu)件設(shè)計(jì)保證地震中限位架優(yōu)先破壞。

主梁復(fù)位后，在墩頂部位設(shè)置鋼套筒，套筒直徑比橋墩直徑大2 cm，內(nèi)粘橡膠板。套筒高30 cm，套筒頂面預(yù)留矩形孔，矩形孔尺寸為此處支座墊石尺寸。

在支座需要限位的方向兩側(cè)設(shè)置限位鋼板，焊接在套筒頂面上，焊接位置緊貼矩形孔邊緣，限位鋼板距梁底10 mm，水平向距支座上頂板邊緣50 mm。限位架一側(cè)粘貼阻尼橡膠板。

3.2.3 支座更換

在8號(hào)，11號(hào)橋墩梁上(縱向?yàn)橹ё行木€處)放置4個(gè)自鎖式薄型同步千斤頂(外側(cè)千斤頂頂升力為1 100 kN，中間千斤頂頂升力為550 kN)，千斤頂頂部和底面墊6 mm厚鋼板，緩慢將梁頂頂升1 cm鎖定，松開原盆式支座地腳螺栓，將盆式支座水平推動(dòng)后拉出。在原支座墊石頂面粘6 mm厚鋼板(外露部分刷環(huán)氧樹脂膠防腐)，放入板式橡膠支座后，緩慢落架。

3.2.4 修復(fù)8號(hào)墩擋塊

1)西側(cè)擋塊。測(cè)量樓梯梁支點(diǎn)處梁底高程、支座底面高程，搭設(shè)支架將西南側(cè)樓梯支撐在該高程位置。然后將8號(hào)擋塊鑿除，鑿除范圍是橫向擋塊寬度，豎向至蓋梁底面。去除鋼筋上的混凝土和復(fù)位鋼筋。在蓋梁上固定鋼模板，自底部向上灌注混凝土至既定高程(支座底面高程－12 mm)。待擋塊強(qiáng)度達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度且7 d后，用環(huán)氧樹脂膠在擋塊頂面粘結(jié)10 mm厚鋼板，并保持水平。

2)東側(cè)擋塊。測(cè)量樓梯梁支點(diǎn)處梁底高程、支座底面高程，搭設(shè)支架將西南側(cè)樓梯支撐在該高程位置。取下支座，將擋塊的裂縫鑿開，灌入環(huán)氧樹脂膠封閉，松散部分鑿除至新鮮混凝土，必要時(shí)支模并用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。達(dá)到強(qiáng)度后按原設(shè)計(jì)安裝支座、落架。施工中及最終落架后應(yīng)嚴(yán)格保證支點(diǎn)梁底高程誤差不得大于10 mm。修補(bǔ)后的擋塊表面刷水泥漿使整體外觀協(xié)調(diào)一致。

3.2.5 修補(bǔ)人行橋墩頂裂縫及其他部位的局部破損

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查，對(duì)于人行橋墩裂縫只需做封閉處理，做法是在裂縫處噴HUG－13滲透封閉型防水劑，封閉裂縫。對(duì)于現(xiàn)澆梁南側(cè)局部保護(hù)層混凝土破損處，可采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

4 發(fā)生余震時(shí)的施工方法預(yù)案

1)對(duì)支架進(jìn)行加固，確保在較小余震下支架的穩(wěn)定性。對(duì)所有支架搭設(shè)斜向支撐，讓支架穩(wěn)固受力，同時(shí)嚴(yán)格檢查扣件質(zhì)量，對(duì)有缺陷的扣件不得使用，將扣件螺栓擰緊，支架與橋梁墩柱緊密連接成一個(gè)整體。同時(shí)每天檢查防護(hù)彩鋼瓦的穩(wěn)定性，對(duì)于不牢固的立即加固處理，防止在撤離時(shí)彩鋼瓦傾倒砸傷人員。

2)對(duì)所有參與施工的人員進(jìn)行培訓(xùn)，在余震發(fā)生時(shí)必須保證高空作業(yè)人員的安全才能撤離。

3)在施工過程中一旦發(fā)生余震，由總指揮統(tǒng)一指揮，油泵手立即關(guān)閉油泵，打開油泵回油路，讓梁體處于靜止，最大限度保障梁體安全。所有支架上操作人員按照預(yù)案，迅速離開支架。觀察員在確認(rèn)梁體靜止后離開支架。

4)如果在白天遇到余震，電工在得到明令后，立即斷開各墩電力供應(yīng);如果在夜間發(fā)生余震，除照明電力外，切斷其他一切電力，在支架上人員安全撤離后，關(guān)閉墩頂照明電力，再撤離至安全區(qū)域。

5)所有人員統(tǒng)一撤離至安全區(qū)域，待余震完畢才能進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，并立即檢查支架、梁體情況。出現(xiàn)連接不牢固的地方立即加固，如果梁體出現(xiàn)問題，禁止使用千斤頂頂橋，并且立即搭設(shè)臨時(shí)支撐，待確定施工方案后才能進(jìn)行下一步施工。

5 結(jié)語(yǔ)

工農(nóng)路高架橋在震后出現(xiàn)了連續(xù)梁梁體位移、橋梁支座位移及橋梁結(jié)構(gòu)損傷等病害，有針對(duì)性地提出了現(xiàn)澆梁頂推復(fù)位、增設(shè)支座和限位裝置、修補(bǔ)蓋梁擋塊墩頂裂縫及保護(hù)層破損部分等修復(fù)方案，實(shí)際效果良好，恢復(fù)了橋梁的正常使用功能。

[1] JTJ 004－89，公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京:人民交通出版社，2001.

[3] 范立礎(chǔ).橋梁抗震[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1997.

[4] 謝 旭.橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析與抗震設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社，1997.

[5] 東南大學(xué).建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[6] 高振世，朱繼澄.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

[7] 定 國(guó)，王清敏.工程結(jié)構(gòu)抗震[M].北京:地震出版社，1994.

[8] 葉愛君.橋梁抗震[M].北京:人民交通出版社，2002.

[9] Priestley，M.J.，N.，etc.橋梁抗震設(shè)計(jì)與加固[M].袁萬誠(chéng)，譯.北京:人民交通出版社，1999.