弯箱梁桥扭转偏移治理技术研究

□文/邱 欣

弯桥（或称为曲线桥）对地形、地貌的适应性较强且能适应立交桥特殊、复杂的线形需要，因而在高等级公路和城市立交工程中应用越来越广泛。弯箱梁桥主要作用为实现立体交通的转向功能，因此是互通立交桥极其重要的组成部分。

截至目前，天津市建设了几百座大型立交桥，然而由于设计、受力、环境等多种因素作用，很多梁体随着时间推移，逐渐发生了横向位移、扭转等病害，不仅影响了行车的舒适，而且给行车安全造成严重隐患。

1 病因分析

在定期检查中，应注意检查伸缩缝是否有错台现象；栏杆是否顺直；支座是否有局部脱空现象等。如果存在这些现象，则梁体很可能已经发生了偏移和扭转。梁体偏移、桥面横坡发生变化的原因很多，本文对主要的病害原因进行了分析。

1）温度作用。温度变化包括日照温差和季节温差两种情况。日照温差在结构内产生温度差而产生变形，这种变形在连续结构中产生次内力；季节温差产生均匀温度变化，使得连续梁结构发生整体伸缩变形而不产生温度次内力。在季节温度荷载的作用下，曲线梁是以固定支座为中心旋转的。由于伸缩缝内有残余的混凝土，失去了伸缩作用，梁体径向位移受阻，从而出现侧向位移。

2）荷载作用。车辆行驶在曲线桥梁上对曲线梁体有竖向力（车辆重力）、切向力（制动力）、径向力（离心力）。

车辆正常行驶时，竖向荷载会使梁体产生弯曲和扭转耦合；车辆的偏载行驶会加剧这种耦合效应。弯扭耦合可能会使箱梁梁端出现翘曲，当梁端横向约束弱时，梁体容易向弯道外侧“爬移”。

车辆离心力会引起曲线箱梁的横桥向位移，容易导致曲线梁桥伸缩缝剪切破坏和端部支座的破坏。超重车对桥梁的偏移及扭转尤其严重。

3）预应力钢筋作用。曲线箱梁桥的预应力钢筋不仅有平面弯曲同时还有沿梁高度方向的竖向弯曲。相对来说，预应力钢筋的作用力是作为外力施加在箱梁上的，预应力钢筋与曲线梁的相互作用形成了一个空间受力体系。箱梁竖向和水平方向预应力钢筋对主梁的作用力可简化为两种：一种是轴向压力N，另一种是曲线钢筋对箱梁的均布力q。曲线半径越小的桥梁，预应力钢筋产生的径向力就越大。预应力钢筋径向力作用点位于主梁截面剪切中心以上或以下时，钢筋径向力都会对箱梁产生扭转作用。

4）其他因素。周围环境的影响，像高层建筑施工、盾构施工、打拔桩施工、基坑开挖降水等均有可能引起墩柱倾斜，梁体受力发生改变，从而使梁体发生偏移。

2 纠偏方法

纠偏是利用支架系统将梁体顶起，平移并调整姿态后再将梁落于支座上，从而使梁体恢复桥梁竣工时的状态。

2.1 支撑系统

支撑系统分为3种形式：钢管支撑系统、钢管混凝土支撑系统、无支架（利用墩顶）系统。

钢管支撑系统特点是需做支撑基础，也可以部分利用桥墩承台；横向稳定性一般，焊接工作量大，钢材需求量大，但钢材可以重复利用。

钢管混凝土支撑系统特点是竖向承载力大，基本能全部利用承台，工程量小，但是横向、竖向稳定性较差，顶升过程中偏载严重，需对承台及基础进行验算。

无支架系统特点是利用扁顶进行顶升，只需用脚手架支架进行保护即可，前提是墩顶有足够的操作空间。无支架系统也需提前对桥墩偏心受压进行验算，以免桥墩在纠偏过程中发生倾斜。

2.2 顶升方法

以钢管支架支撑系统为例，介绍顶升方法。

1）顶升支架方案。在处理好的混凝土基础上架设临时群钢管支架，钢管间横撑采用槽钢焊接。群钢管支架与基础之间植筋进行连接。临时群钢管支架顶部设置枕梁（顶梁平台）及横移梁滑道，千斤顶上设置托梁。在纠偏过程中，群钢管支架会受到较大的水平力，因此钢管之间连接须保证焊接质量。托梁上安放1 cm厚的氯丁橡胶带，橡胶带直接与梁底接触。

2）顶升顺序。关键环节就是箱梁的整体顶升施工，顶升过程共分10个阶段：边墩单独顶升→零横坡调整→顶升力分级控制顶升阶段→竖向位移顶升阶段→横向位移调整阶段→梁体回落在临时支撑上→二次顶升阶段→梁体一次回落阶段→姿态调整阶段→梁体二次回落阶段。

顶梁前须先解除梁体的约束。整个纠偏过程要在临时墩上进行。纠偏同时，根据实际检查情况决定是否更换抗扭支座，调整支座至设计位置并落梁到支座上。为防止箱梁在继续使用过程中产生新的偏移，在各墩台顶部应设置横向限位。

3）油路控制。顶升过程中，采用一油泵二千斤顶的控制方法。同步顶升与单项顶升配合。美国、日本液压阀自动控制，灵敏度决定同步顶升。

4）千斤顶布置。由于千斤顶的布置点没有在墩顶梁体的横隔板位置，所以须在每个肋板下设置千斤顶，保证梁体受力均衡。墩顶安放扁千斤顶，周围布置保护钢管支架。

5)变形及位移控制。顶升过程中的控制以顶力值和位移双控，在梁体没有顶起前以顶力控制，梁体一旦顶起后则对位移进行控制。为了便于指挥人员和油泵操作人员在顶力控制阶段能准确掌握各墩顶力，根据各墩计算反力值换算出各墩顶力分级读数，顶升采用分级循环顶升，每级顶力增加计算值的10%，直至达到理论计算值即100%。若梁体仍未被顶起位移，则要分析原因。由于梁体位移属于刚性强迫位移，应将墩内外侧千斤顶的顶力差控制在一定的范围内，各墩处梁体的变位与计算值差异≯5 mm，这也是设计提供的控制值，以避免引起过大的应力集中造成梁体破坏。同时，对桥梁结构进行安全监测预警，对构件裂缝及位移进行监测控制。

2.3 安全控制

为保证梁体在顶升、纠偏、维修过程中绝对安全，除了设计、施工方面严把质量关，还需对纠偏全过程进行监测。

1）线形观测。对顶升梁体的墩顶及跨中进行线形观测，测量顶升部位千斤顶相应的行程并随时顶升随时观测横坡，确保梁体的线形在控制之中。

观测点主要包括桥墩沉降观测、桥墩倾斜、梁体横向偏移、梁体纵向滑移、梁体扭转5个方面的内容，见表1。

表1 线形观测项目

2）应力监测。顶升过程中为了保证顶升系统及梁体墩柱的安全，在梁体、墩柱及支架的关键部位表面安装应变传感器。

应变传感器沿箱梁纵向布置于箱梁顶部和相邻墩的底板，墩柱测点布置在竖向两相邻面的中轴线位置，支架测点布置在角点立柱。保证监测梁体、墩柱及支架的抗拉抗压强度不超出构件的强度要求。

3）位移监测。墩柱上布置位移传感器，测量箱梁相对于墩柱的竖向和水平向变位。

2.4 维修工程

纠偏过程中因为梁体变形已经形成，所以不能完全恢复桥梁原有状态，为保证行车舒适性及安全性，需对桥梁进行维修。

维修项目包括对应力较大桥墩进行加固；设置拉力支座；对桥面栏杆、地袱、沥青桥面、伸缩缝进行接顺维修；裂缝补强和维修。

3 结语

弯箱梁桥的特点决定了其体积重心在桥轴线的外弧侧，即重力作用就会产生向外翻转的扭矩，加上荷载离心力，日照温差及季节温差以及超重车辆，因而产生偏移和扭转，应在以后设计中采取一些防范和抵抗措施，对超重车辆加大管控措施。

[1]陈 亮，代征军，吴平平.高速公路弯桥扭转分析及同步顶升处理方法[J].交通标准化，2008，（10）：117-119.

[2]崔 毅，杨 渡，杨玉淮.十一径路立交桥连续箱梁的纠偏复位工程[J].天津建设科技，2002，（S1）：37-40.

[3]王新丰.钢箱连续曲线梁横向位移原因分析[J].中国科技信息，2007，（11）：40-42.