獨柱墩曲線梁橋主梁偏位專項檢測研究

董方超

上海同濟檢測技術有限公司 上海 200441

獨柱墩橋梁由于其結構輕巧，橋下通透性好、視野開闊，易適應地形，下部工程量小等優點，在橋梁建設中被廣泛采用，其中獨柱墩曲線梁橋在大型樞紐立交的匝道中應用更為廣泛。近年來，隨著橋梁事業的蓬勃發展，橋梁安全性能成為時下關注的焦點，其中，獨柱墩曲線橋梁上部結構的偏移甚至傾覆成為檢測工程師關注的重點，如何準確地判斷此類橋梁是否均有安全隱患，以及如何維修或加固此類橋梁，成為當下推動橋梁事業發展的重要課題。

1 工程概況

上海浦東國際機場東西飛行區聯絡通道橋，位于浦東機場內部，連接東西工作區，橋梁大致為東西走向，全橋共21孔。橋梁跨徑布置自西向東依次為：5×21m（空心板梁）+4×32.5m（預應力混凝土連續箱梁）+3×32.5m（預應力混凝土連續箱梁）+45m（掛孔鋼箱梁）+2×32.5m（預應力混凝土連續箱梁）+（26m+30.5m+26m）（預應力混凝土連續箱梁，獨柱墩曲線梁橋）+（30.846m+32.5m+30m）（預應力混凝土連續箱梁）=618.346m。其中，跨徑45m的鋼箱梁跨越迎賓高速和軌道交通2號線。

橋面橫向布置：

0.5m（防撞護欄）+10m（機動車道）+0.5m（防撞護欄）=11.0m。

橋梁上部結構：

預應力混凝土連續箱梁段：上部結構采用不同跨徑的現澆預應力混凝土箱梁，每一聯均采用頂板寬度為10.5m的單榀箱梁，梁高1.76m。

預應力混凝土空心板梁段：上部結構采用21m先張法預應力混凝土空心板，每孔10片，空心板梁梁高0.9m，中梁底寬0.99m，邊梁底寬1.095m，邊梁懸臂寬0.15m。橋面在0#臺、5#墩、9#墩、12#墩、13#墩、15#墩、18#墩、21#臺處設置型鋼伸縮縫，其他處橋面連續。

跨徑45m的鋼箱梁段：上部結構采用梁長40m的單榀鋼箱梁，梁高1.84m。

橋梁下部結構：

（1）橋墩：預應力混凝土連續箱梁區段采用“Y”字形獨柱墩結構?？招陌辶簶驑蚨詹捎妙A應力蓋梁+獨柱墩結構。橋墩立柱與樁基設承臺連接，承臺厚1.5m。橋墩樁基均采用直徑800mm的鉆孔灌注樁。

（2）橋臺：橋臺為輕型橋臺，臺身與樁基間設承臺連接，承臺高1.2m。橋臺樁基采用直徑800mm鉆孔灌注樁。

支座類型：

預應力混凝土連續箱梁采用XQZ球鋼支座；預應力混凝土空心板梁采用板式橡膠支座；鋼箱梁采用GYZ850×90mm圓板式橡膠支座。

橋面鋪裝：

混凝土梁：8cm鋼筋混凝土+1mm防水層+8cm瀝青混凝土。鋼箱梁：2mm防水層+8cm瀝青混凝土。

伸縮縫：

全橋設置8條伸縮縫，伸縮縫均采用80型型鋼伸縮縫。

結構主要材料：

（1）混凝土

橋臺、承臺：C25；混凝土蓋梁：C50；板梁立柱：C30；箱梁立柱：C40；板梁：C40；混凝土箱梁：C50。

（2）鋼材

普通鋼筋：R235，HRB335；預應力鋼筋：均采用公稱直徑15.20mm低松弛鋼絞線，抗拉強度標準值fpk＝1860Mpa；鋼材：鋼箱梁用Q345q（D）。

主要技術標準：

橋梁設計荷載：行李拖車（限拖四節，總重137kN）；客運擺渡車（總重208kN）；集裝板拖車（總重290kN）。

橋梁橫坡：直橋段設2.0%的雙向橫坡；曲線橋段設2.0%單向橫坡。

2 專項檢測目的

在橋梁運營過程中，發現曲線橋段于18#墩伸縮縫處存在橫向偏位現象。為查明原因、保證橋梁安全運營，管理單位特委托檢測單位對該橋梁進行專項檢測，查明橋梁病害現狀，評價該病害對橋梁安全運營的影響，進一步分析病害成因，以及提出養護、維修建議。

為了方便、準確表述，橋梁結構、構件采用如下編號規則：

橋跨編號：定義自西向東為線路前進方向，橋跨按前進方向依次為1#孔、2#孔……19#孔、21#孔。

墩臺編號：按線路前進方向編號：0#臺、1#墩……20#墩、21#臺。

空心板梁編號：面向路線前進方向，從右向左依次編號，前面再冠以橋跨編號，如1-2#梁。

空心板梁鉸縫編號：面向路線前進方向，從右向左依次編號，前面再冠以橋跨編號，如2-3#鉸縫。

支座編號：單排支座：面向路線前進方向，從右向左依次編號，并冠以墩臺編號，如：6-1#支座；雙排支座：面向路線前進方向，從右向左依次編號，并冠以橋跨編號與墩臺編號，如：5-5-1#支座。

3 專項檢測過程介紹

資料收集階段：首先，對橋梁的竣工資料等文件進行全面收集，在此基礎上進行檢測。根據業主提供的信息，該橋僅有竣工圖紙，沒有驗收、檢測等文件。

檢測方案編制階段：根據收集結果制定檢測方案，本次檢測包括橋梁結構尺寸復核、橋梁外觀病害檢查、材質狀況檢測、橋面線形測量、墩柱豎直度測量、支座偏移量測量。每個參數檢測意義如下：

（1）通過對橋梁結構尺寸進行測量，復核橋梁結構尺寸是否與設計一致。

（2）通過對橋梁橋面系、上部結構及下部結構等部件的缺損狀況進行檢查，查明缺損和病害的部位、性質、嚴重程度及發展趨勢，分析缺損和病害產生的主要原因，獲得該橋當前的技術狀況指標。

（3）通過橋梁技術狀況的綜合評定，確定橋梁的技術狀況等級，分析和評價缺損和病害對橋梁正常使用和承載能力的影響。

（4）通過對橋梁主要構件的材質狀況進行無損抽樣檢測，量化材料的退化程度，確定其主要指標是否滿足設計及相關規范的要求。

（5）對橋梁橋面線形進行測量，了解橋梁橋面是否平整。

（6）通過墩柱豎直度測量，了解橋墩豎直度是否滿足規范要求，以及是否有規律傾斜，影響上部結構偏移。

（7）通過支座偏移測量，了解支座滑動的基本情況，間接反映出主梁是否滑動或偏移。

其中，比較關鍵的三個方面為：橋墩立柱豎直度測量[1]、橋梁結構外觀檢查、橋梁支座偏移測量。

依據的規范或文件主要有：

①《公路橋涵養護規范》（JTG 5120-2021）

②《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTGT H21-2011）

③《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTGT J21-2011）

④《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2017）

⑤《混凝土中鋼筋檢測技術規程》（JGJ/T 152-2019）

⑥《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/T23-2011）

⑦《浦東國際機場貨運聯絡通道工程竣工圖》（上海市第二建筑有限公司，2006.7.25）

下面從橋墩立柱豎直度、外觀病害、支座偏移三個方面介紹檢測結果。

3.1 橋墩立柱豎直度測量

按照《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2017）8.6節橋梁混凝土現澆墩臺全高豎直度要求，用全站儀測量曲線梁橋段（15#墩～18#墩）立柱豎直度，墩柱豎直度測量結果見下表1所示。

表1 橋墩立柱豎直度測量結果

由上表可知，曲線梁橋段的橋墩立柱豎直度滿足規范要求。且用水平尺測量可知18#墩立柱頂面橫向無明顯傾斜，表明上部主梁的偏移不是墩柱傾斜導致，也不是墩柱頂面不水平導致。

3.2 結構外觀檢查

依據《公路橋涵養護規范》（JTG 5120-2021）對該橋進行了全面檢查。

檢查結果表明：18#孔主梁在18#墩端存在明顯的位移：在18#墩頂南側防撞護欄處測得向南偏位3.5cm，在北側防撞護欄處測得向南偏位3.8cm。且南側防撞護欄比相鄰的19#孔防撞護欄低1.5cm，北側防撞護欄比相鄰的19#孔防撞護欄高1.9cm，曲線聯主梁相對于相鄰聯主梁可能存在橫向偏移和順時針的扭轉。

3.3 支座偏移測量

根據以上2步檢查結果，下部結構未傾斜的情況下，測量橋梁支座頂板相對于底板的偏移量可以反應出主梁的偏移方向和偏移量。

對發生偏位的曲線梁橋段及其前、后2兩聯進行了支座偏移測量，14#～20#墩支座頂板相對底板偏位情況如下圖1所示。

圖1 14#~20#墩支座頂板相對底板偏位情況統計

由圖1可知，14#墩所在聯的固定支座未產生偏移或破壞，說明該聯上部結構沒有整體偏移；曲線聯的固定支座未產生偏移或破壞，且單向支座偏移量較小且無規律，說明該聯上部結構沒有整體縱向或橫向偏移；19#墩所在聯固定支座未產生偏移或破壞，且該聯主梁末端與橋臺間間距正常，未見頂死等異常，故該聯上部結構沒有整體偏移。

另外，18#墩支座橫向限位擋塊斷裂，且支座損壞嚴重，見下圖2所示。

圖2 18-18-2#支座鋼板銹蝕，橫向限位擋塊斷裂

由圖2可知，18-18-2#支座橫向偏移導致支座橫向限位裝置破壞，上下墊板相對滑動明顯，表明18#墩處主梁向外側偏移。

4 病害成因分析及維修對策

經過專項檢測，橋梁結構尺寸與竣工圖相符，橋面線形整體平順未見明顯突變，橋梁材質狀況良好，結合外觀檢查結果、橋墩立柱豎直度測量結果以及支座偏移量測量結果可知：該橋18#孔主梁在18#墩端存在明顯的位移，且伴隨支座嚴重損壞和支座擋塊頂死開裂等病害，存在安全隱患。

根據專項檢測結果，經過綜合分析，做出如下病害成因分析：

（1）根據墩柱豎直度測量結果，該橋下部結構立柱豎直度滿足規范要求，上部結構的縱、橫向偏移不是下部結構立柱傾斜引起的。

（2）根據橋梁外觀檢查結果，曲線橋段主梁于18#墩處存在縱向和和橫向偏移，支座的橫向限位裝置損壞說明主梁存在橫向偏移，18#墩頂支座頂底板縱向錯位說明主梁存在縱向偏移。

（3）根據支座頂底板偏位情況可知，曲線橋段及其前、后2聯的固定支座未偏位，且其余單向支座也未出現大幅度偏位或損壞，說明整聯主梁并未產生整體的縱向移動或橫向移動。

由以上分析可知，該橋曲線段梁橋僅在18#墩頂有橫向偏位和縱向偏移的跡象，但該聯橋并未整體偏位或移動。

根據病害分析，提出以下維修建議：鑒于球鋼支座普遍老化，建議更換曲線梁段內所有球鋼支座，在頂升更換支座的同時，通過頂推[2]手段調整該聯主梁位置，減少18#墩處主梁橫向偏位，且在18#墩處設置更加可靠的橫向限位裝置，同時設置永久性位移觀測測點，以便后續定期監測曲線段主梁位移情況[3-4]。

5 結語

本工程對上海浦東國際機場內的一座主梁偏位的獨柱墩曲線梁橋進行了專項檢測，通過立柱豎直度測量、外觀檢查、支座偏移測量的方法綜合分析病害成因，再根據病害特點提出維修建議。經總結，得到以下幾點體會作為結語：

（1）該橋運營約15年左右從未開展過橋梁檢測，且未建立橋梁檔案，于是，發現主梁偏位后，手中沒有相關資料可以分析參考，這也給判定病害成因造成很大困難。

（2）獨柱墩曲線梁橋因占地空間小、結構形式優美等特點被廣泛應用，但獨柱墩曲線梁橋的易側移和易傾覆等不良特征值得橋梁工程師的警惕，不管在設計時還是在檢測時，都要關注。

（3）對于已經發生側移的獨柱墩曲線梁橋,檢測工程師可以從以下幾個方面考慮：下部結構是否傾斜，支座是否有滑動痕跡，主梁間是否有錯動痕跡。若有竣工資料，可以測量主梁或立柱的標高進行比對判斷。

（4）結合文獻和檢測結果，浦東機場東西飛行區聯絡通道橋18#墩處主梁橫向偏位的可能原因：汽車荷載離心力和系統溫差造成。18#墩處主梁縱向偏位可能原因：該橋為現澆的預應力混凝土曲線梁橋，主梁縱向的伸長和縮短可能與預應力體系變化、混凝土熱脹冷縮等有關。

（5）對于重要橋梁，可以在曲線橋段設置主梁位移監測測點，定期觀察主梁是否存在橫向或縱向位移。因為主梁的偏移是日積月累的過程，定期觀測是一種有效的監測手段。