某沉降连续梁桥多点顶升加固关键技术分析

陈囡 景强

0 引言

某高速公路跨线桥分为三联,其中第三联为现浇箱梁,采用单箱双室截面,桥跨布置为40 m+40 m+25 m,箱梁顶板宽16.75 m,箱梁梁高2.0 m,悬臂板长2.375 m;下部结构为柱式墩,肋式台,桩基础,该桥浇筑完成,二期恒载还未施工前,下部桩基即产生不均匀沉降,其中13号、14号墩沉降比较严重,最大沉降量10.0 cm,15号桥台最大沉降量1.0 cm,沉降发生后采取了加桩、加承台、顶升恢复的处理方案,见图1。

表1 分级同步顶升工况列表

1 顶升方案论证

分级同步顶升工况如表1所示,为了验证顶升方案的合理性,采用平面计算软件“桥梁博士3.0”对顶升过程及正常使用的各项荷载组合进行分析计算。建模阶段将桥梁离散为111个单元,12号、14号和15号墩为单向铰接,13号墩为铰接,模型见图2。计算结果表明,每一级应力顶升的应力增量相同,箱梁的上下缘应力均匀增加,从最后一级顶升的累计应力值与正常使用各级工况组合后的计算结果看,箱梁上下缘应力均为压应力,下缘最小压应力为1.13 MPa,满足预应力A类构件的要求,则该顶升方案是合理的。

2 多点顶升方案空间分析

从图1的加固顶升方案示意图中可以看到,顶升千斤顶是沿桥底板宽度均匀布置的,每个顶升点(13号、14号墩)布置6台500 t液压千斤顶,考虑到施工过程中千斤顶不可避免地存在不同步现象,从而导致各千斤顶受力不均匀,甚至出现千斤顶脱空的现象。

为模拟上述情况,对13号墩的6个千斤顶分别假定以下工况:1)边上千斤顶脱空;2)中间千斤顶脱空;3)对角千斤顶脱空。

各工况示意如图3所示,对以上的脱空工况采用大型通用有限元软件ABAQUS进行分析计算,全桥采用8节点实体等参单元,共划分为98 796个单元,142 731个节点;对12号墩、14号墩及15号墩施加横向及竖向约束,对13号墩施加纵向约束。

三种千斤顶脱空情况导致的13号墩下缘横向位置纵向应力局部应力变化情况如图4所示。

从图4可以看出,若只脱空一个千斤顶,虽然会导致一定程度的局部应力变化,但变化幅度不大;若对角千斤顶脱空,结构的局部应力变化较大,在顶升过程中,需要避免此种情况的发生。据以上分析结果,对本顶升施工过程提出如下的要求:

1)顶升过程中,要求确保13号墩首先起顶,严禁14号墩先起顶。2)每级顶升时,若桥墩沉降量大于顶升量时,停止顶升。3)每级顶升时,桥墩未达到稳定状态时,不得进行下一级顶升。4)顶升时,要确保同一个墩上的各千斤顶同步、均匀受力,严禁对角千斤顶同时脱空现象的出现。

3 顶升处理过程监控

为了确保顶升过程的安全性,验证顶升方案的合理性,在顶升过程中选取了13号、14号墩顶负弯矩控制截面和13号、14号墩之间跨中正弯矩截面作为应变监控测试截面,在各主要测试截面上、下缘布置标距为10 cm的混凝土应变片。

顶升施工过程各工况实测应变与理论值对比如图5所示,从图5中的数据可以看出各工况实测应变与理论值吻合较好,这表明顶升过程中梁体应力处于可控状态,同时也反映目前的梁体受力处于弹性状态。

整个顶升施工过程基本按预设的顶升方案实施的,实际总顶升量与理论顶升量相差在5 mm以内,在顶升过程中,梁体两侧均匀抬升,未出现千斤顶脱空情况,各千斤顶工作正常,各顶升过程及顶升结束后,梁体关键受力部位未发现有肉眼可视裂缝,梁体未发生开裂。

4 结语

桥梁发生沉降后,梁体内力发生了改变,但由于设计阶段的安全富余较大未发生开裂等影响桥梁正常使用的情况,为了保证桥梁的正常使用,施工及设计单位采取了加固基础、顶升恢复的处理方案。本文对顶升量的确定及多点顶升不平衡效应进行了详细论述,并通过顶升过程的监控验证了各项分析结果,得到以下主要结论:

1)不完全恢复沉降量的顶升方案合理、可行,既确保了桥梁结构在正常使用极限状态和承载能力极限状态下能满足相应规范的要求,又增加了顶升施工过程的安全系数,确保了顶升方案的顺利实施。顶升后的桥梁荷载试验结果表明:桥梁各项指标均满足相关规范要求,可正常使用。

2)由于墩顶处内置混凝土横梁的分配作用,多点顶升中的千斤顶不平衡效应并不明显,只有在对角千斤顶完全脱空的情况发生时,才会对结构的局部应力产生较大影响。顶升过程中需严格控制两侧千斤顶的同步性。从实际顶升工艺的实施情况看,梁体两侧均匀抬升,未出现千斤顶脱空情况,各千斤顶工作正常,顶升施工工艺控制恰当。

3)整个顶升过程中,梁体未出现肉眼可见裂缝,且通过监控数据分析,桥梁结构仍处于弹性工作状态。

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