連續梁橋交接墩偏移病害糾偏量控制研究

崔相奎，李國亮

(1.遼寧省交通建設管理有限責任公司 沈陽市 110005; 2.中交公路規劃設計院有限公司大連分院 大連市 116000)

高速公路高墩大跨連續梁橋交接墩易出現不同程度向上坡方向偏移的病害，引起該病害的主要原因是支座頂板安裝不水平，病害處理主要是采取梁板頂升糾偏、墩柱加固進行處理，取得了較好的效果，積累了一些經驗。那么，糾偏過程中糾偏量控制是病害處理的關鍵，以糾偏工程實踐為依托，通過推倒分析法，闡述了糾偏過程中糾偏量與墩柱受力關系，提出了糾偏量控制要求，以便為今后類似病害的處理提供經驗借鑒。

1 基本假定

為確定墩頂糾偏量與墩身內力的關系，對墩身進行推倒分析。即：在墩頂施加一水平力，隨著水平力的增加，墩頂位移逐步增大，墩底截面的內力逐步增大，墩底截面的應力、應變分布將逐步發生變化，直到結構傾覆，這一過程稱為推倒分析，通過推倒分析研究墩頂糾偏量與墩身受力狀態之間的關系。推倒分析假定墩身混凝土及鋼筋材料受力非線性如下：

(1)混凝土材料：混凝土存在壓碎、拉裂兩種破壞行為。發生壓碎的部分不能繼續承擔壓力或拉力，發生拉裂的部分可以承擔壓力、但不能承擔拉力。箍筋對于混凝土的強度及應變有提高效應。

(2)鋼筋材料：鋼筋具有較大的塑形，其應力應變曲線的平臺較長。

圖1 循環荷載下的混凝土本構關系

圖2 循環荷載下的鋼筋本構關系

經計算，得到墩頂位移與墩底截面彎矩、墩身水平力～墩頂位移的曲線，如圖3、圖4所示。

2 糾偏過程的受力分析

糾偏施工總體上可分為3個階段，各階段的內力、墩頂位移如圖5、圖6所示，各特征點具體受力情況如下：

A點。橋墩糾偏前的狀態，墩頂受上坡向的支座卡緊力F1,此時墩底截面已經進入材料非線性。

B點。千斤頂豎向頂升，上部結構與原支座脫離，支承在替換的四氟滑板上，橋墩彈性回復。A點至B點的位移d1為彈性回復位移。此狀態，墩頂受上坡向的支座摩阻力F2。

圖3 墩底截面彎矩～墩頂位移關系曲線

圖4 墩身水平力～墩頂位移關系曲線

圖5 糾偏過程特征點

圖6 頂推過程中墩頂水平力示意

C點。水平千斤頂首次頂升，向橋墩施加下坡向的頂推力F3。由B至C的曲線與橫坐標軸的交點為C′點。C′點的彎矩為0，可近似認為水平千斤頂的力F3等于支座摩阻力F2，即橋墩僅受豎向力作用。B點至C′點的位移d2為摩阻力效應，可通過計算確定。由C′向C點的過程，千斤頂的力向下坡側，摩阻力向上坡側，水平千斤頂的頂推力F3必須大于支座摩阻力F2，橋墩方能移動。墩底彎矩為上坡側受拉。B點至C′點的位移d2′可取0.5倍的d1。C點為首次頂推完成時的狀態，橋墩有向上坡側回復的趨勢，但受支座摩阻力F4的阻礙，無法變形，除非之前的千斤頂頂推力F3大于2倍的支座摩阻力F2。

D點。繼續頂推，由C至D的過程與由C′向C點的過程類似。該過程應分為多步進行。

3 糾偏過程控制標準

綜上所述，建議頂推的行程安排如表1：

表1 糾偏行程及間隔

表中：

d1—豎向千斤頂頂升后橋墩自動回復的位移，可通過測量確定；

d2—頂推過程中的支座摩阻力產生的墩頂位移，可通過計算確定。

每一級加載后，應對結構進行外觀、位移、裂縫、應變觀測及測量，應對糾偏設備進行安全性檢查?！凹虞d后間隔時間”為本級糾偏完成后，至下一級糾偏工作開始的間隔時間，該時間考慮了上述工作一般需要的時間。

4 糾偏量確定原則

4.1 滿足支座安裝的距離要求

如圖7所示。按照如圖7支座固定于主梁上，滑動面設置在蓋梁頂面。隨著溫度的變化，上支座在滑動面上左右滑動。糾偏完成后，糾偏量應保證：

D>L1+L2+Δ

式中：D—糾偏量；

L1—梁端至上支座內側的距離；

L2—蓋梁邊緣至滑動面邊緣的距離，一般取10～20cm；

Δ—支座安裝完成后，最大降溫時梁端縮短的距離。

圖7 支座距離關系示意

4.2 墩身“最小彎矩”原則

如圖5所示，C′點對應的彎矩為0，此時盡管存在墩頂位移，但從受力上而言是最優的。若C′點對應的狀態已滿足支座安裝的距離要求，可以C′點作為糾偏完成后狀態，此時橋墩各鋼筋的應力應相等。若C′點對應的狀態尚不滿足支座安裝的距離要求，應進一步糾偏，此時墩身將出現反向的彎矩，從受力上講是糾偏過度，但從支座安裝角度來看是必須的，該種狀態糾偏完成后，應對墩身強度進行評估，必要時進行加固、補強處理。

5 墩柱糾偏實例

某高速大橋為11孔30m先簡支后連續預應力T梁結構，柱式橋墩，樁基礎，縱坡3.6%，主梁為C50預制T梁，墩柱直徑1.8m，墩身及蓋梁混凝土為C30；4、6號墩采用墩梁固結，5號墩頂設置多向活動支座。運營養護發現5號墩下坡側距地面0.4～3m高度范圍內出現多條橫向裂縫，長度0.8～1.5m，間距0.1～0.4m，裂縫寬度為0.15～0.3mm，墩柱蓋梁均向上坡方向傾斜，梁端偏離蓋梁中心線，最大偏移量280mm。采用頂推法進行糾偏處理，在梁底、支座墊石上安放鏡面不銹鋼板，不銹鋼板間放置四氟滑板，四氟滑板與鋼板間涂抹硅脂油，形成滑動面，實測摩擦系數0.03。經計算墩柱所受總荷載10687kN，支座滑動面摩擦力f=10687×0.03=320kN。糾偏時采用8個30t的水平同步千斤頂進行復位，每個千斤頂頂推力為40kN，滿足頂推需要。

具體糾偏過程如下：滑動面形成后墩柱自動回復8.8cm。穩定后進行第一級糾偏，糾偏量6cm，分6次完成，每次間歇3min，頂推力由10t增大至19t；1h后進行第二級，糾偏量4cm，分4次完成，間歇3min，頂推力由19t增大到26t；4h后進行第三級，糾偏量3cm，分6次完成，間歇3min，頂推力由26t增大到33t；2h后進行第四級，糾偏量2cm，分4次完成，間歇3min，頂推力由34t增大到37t；第四級頂推結束后，持荷12h后卸載，觀察1h墩柱無反彈后進行第五級，糾偏量2cm，分4次完成，間歇3min，頂推力由30t增大到37.8t，持荷5.5h后卸載，墩柱立即反彈2cm，然后穩定，停止糾偏，實際糾偏量23.8cm，殘余4.2cm，滿足要求。

6 糾偏過程注意事項

(1)糾偏量以讓橋墩回復到豎直狀態為目的，如果墩柱竣工時有一定傾斜值，頂推卸載后，墩柱會有一定的回彈量，此時可認為墩柱傾斜度回復到竣工狀態；如果正常頂推過程中推力突然變大，可認為糾偏量超過其竣工狀態，應停止頂推，卸載后墩柱回彈穩定后即為竣工狀態。

(2)如墩柱豎直度仍不能滿足要求，可繼續頂推，頂推時應提高頂推、卸載的循環頻率，逐漸進行，以墩柱剛好出現復位反彈時為控制點，此時墩身將出現反向的彎矩，當墩柱回彈力等于摩阻力時，達到平衡，繼續頂推卸載后將回彈，該種狀態糾偏完成后，應對墩身強度進行評估，必要時進行加固、補強處理。

(3)墩柱糾偏復位應分次逐級頂推，糾偏過程要以逐級糾偏量和頂推力進行雙重控制，避免過度糾偏現象的發生。