系杆拱桥系梁大变形处置技术

吴伟庞

(广州铁路集团公司赣韶铁路有限公司，广东韶关 512023)

1 工程概况

某桥为一座单跨88 m钢管混凝土系杆拱桥，外部为简支静定结构体系，设13对吊杆，系杆(梁)为预应力混凝土箱梁，梁体总质量约3 000 t。

系梁采用满堂支架现浇，支架在系梁跨中5.5 m范围为钢管柱门式框架，以满足施工通行需要，其它部位均为碗扣支架。系梁预应力施工完毕后，在未安装吊杆时，支架出现失稳。碗扣支架承载力基本丧失，仅钢管柱支架尚具备一定的承载能力，系梁靠钢管柱支撑未发生垮塌，但钢管柱支架也已发生倾斜，结构仍有垮塌的危险。

施工后测试表明系梁跨中下挠量已达70 cm，系梁在1/4截面至3/4截面范围内下缘均出现受力裂缝(U形缝)，跨中部位裂缝的最大宽度达0.8 mm。拱脚处混凝土开裂严重，裂缝最大宽度达25 mm。

2 应急处理措施

首先，通过持续不断地对结构变位进行监测，判断结构是否处于暂时的稳定状态，以决策是否具备临时处置的条件，防止结构在处置过程中出现垮塌和人员伤亡的恶性事故。具体做法是利用全站仪对梁体线形和拱圈线形进行24 h不间断监测，监测间隔为30 min。通过监测初步判断结构处于一个相对稳定状态，具备临时处置的条件。

其次，对结构进行临时处置，消除结构坍塌的隐患，为后续结构施工提供条件。支架失稳后，结构处于一个暂时的平衡状态，但这一平衡很不稳定，在不消除这一隐患的情况下，无法对结构进行进一步的处理。解决的办法是，在钢管柱支架底部浇筑一个2 m高的混凝土基础，对钢管柱底部进行包裹，使管柱的下部变成固定端，消除钢管柱受到干扰发生失稳从而丧失承载力的隐患，使结构保持在一个稳定状态，使后续各项工作得以展开。

最后，在上一步工作的基础上，对结构的病害进行全面调查与分析，为后续结构的处置提供依据。

3 支架的拆除和置换

经过临时处置消除结构垮塌的安全隐患后，对失稳支架进行了拆除和置换，包括拆除失稳的碗扣支架和搭设新支架两部分工作。新支架有两个作用:代替原有支架支撑系梁，保证结构的安全性;作为恢复系梁线形的顶升支架。具体措施如下:

1)利用吊杆位置安装临时吊索。其目的是在支架拆除、置换过程中以及系梁顶升过程中作为安全保险措施，防止意外事故发生。采用钢绞线作为临时吊索，并采取特殊设计使系梁线形恢复过程中钢绞线始终处于收紧状态。

2)分步拆除失稳支架，并置换为新支架。新支架采用钢管柱支架。原支架的拆除顺序是从两端向跨中逐渐拆除。首先拆除两端吊点处支架，满足空间要求后浇筑支架基础，待基础达到强度后安装顶升支架，利用楔块使支架和系梁底顶紧受力。然后再拆除临近吊点处支架，满足空间要求后浇筑支架基础，待基础达到强度后安装顶升支架，利用楔块使支架和系梁底顶紧受力。依此类推，直至跨中支架被拆除置换。全部支架置换完毕后，拆除所有失稳支架。

3)安装顶升系统。为减少顶升力对系梁的损伤，在13对吊点处采用26个千斤顶同步顶升。其基本形式如图1。两侧及中间均设操作平台。

图1 置换和顶升支架(单位:cm)

4 系梁的顶升复位

为确保系梁顶升过程的安全性及恢复效果，采用分级顶升、逐级采集数据、过程分析、缓慢复位的办法。

实际顶升过程用时3 d，共分28级顶升到位，监测工况数据20组，单点顶力值为15.7～120.0 t。顶升现场设总指挥1名，按职能下设顶升力控制组、临时吊杆控制组、监控测量数据采集组及分析组、现场配合组(为其它各组提供物料支持，在支架稳定、焊缝检查及通讯等方面进行配合)。

为更好地观察和判断结构恢复情况，对顶升全过程进行了严密细致的监测，包括位移(线形)监测、应力监测、裂缝观测、支座位移观测等，目的是:①通过监测获得结构(系梁、拱肋)在顶升过程中的实际反应(裂缝闭合、位移变化、应力变化)，据此判断结构的工作性能;②通过监测获得系梁下缘实际的压应力储备，为后期加固提供依据;③指导顶升过程，保证顶升过程中结构的安全。

顶升过程中，系梁线形逐渐恢复，裂缝逐渐闭合，钢管拱逐渐恢复到设计拱轴线位置，支座位移逐渐恢复。系梁下缘宽度较小(0.4 mm以下)的裂缝闭合后基本不可见，原较宽的裂缝闭合后由于裂缝处混凝土发生咬合，局部有一些轻微痕迹，见图2。

图2 顶升前后L/4截面裂缝闭合情况

5 结语

对于大跨度大变形量的系梁，其结构如何复位以及复位后是否可以再利用是必须要首先解决的难题。本文在处理这一问题时，采用理论演算与系梁实际变化情况相结合的方法，在理论上可行的前提下进行实际顶升操作、同步监测、同步分析。监控量测(包括位移监测、应力监测、裂缝观测、支座位移观测等方面)与分析判断贯穿始终，不断地通过理论计算与现场实测情况比对，根据理论分析与实际处理过程中系梁变形恢复情况，确定每一个处理环节的可行性和下一步的处理措施。

经处理后，该桥线形已恢复到设计控制要求，之后严格按照加固设计方案，成功完成了加固工程施工和耐久性处理，并通过了静载验收试验，试验结果显示结构的各项技术指标符合设计及规范要求。

［1］中华人民共和国建设部．GB 50367—2006 混凝土结构加固设计规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2006．

［2］蒋宗全，高金亮，唐继舜，等．新建铁路四线钢箱系杆拱桥施工支架仿真分析［J］．铁道建筑，2011(3):28-30．