浅谈纠偏技术在桥梁改造中的应用

瞿志军

（江苏省南通市市政设施管理处，江苏南通 226001）

1 工程概况

1.1 顶升概况

某快速化改造工程西起国强路MK0+200，东至宁启高速MK6+500，见图1，全线约6.3 km，全线分 A、B、C、D、E、F六个标段，其中 A标设计采用互通式立交，主要包括某MK0+200—TK1+123.653段的高架桥、匝道桥，雨污水管道以及地面改造工程。在改造中需对某落地段的桥梁进行整体调坡顶升改造。

图1 改造总体效果图

本次调坡顶升工程西起K1+389.138，东至K1+579.139，顶升段桥梁全长190 m，为两联共六跨预应力连续箱梁（3×30）m+（32.5+35+32.5）m，桥面宽度24.3 m，横断面布置：0.4 m（防撞护栏）+23 m（机动车道）+0.4 m（防撞护栏），上部结构采用预应力混凝土连续箱梁，箱梁为单箱三室箱梁，汽车荷载等级为公路-I级。下部结构采用双柱式花瓶墩，组合式桥台，钻孔灌注桩基础。调整顶升高度为20～4 498 mm，顶升面积为4 655 m2。

图2 顶升前照片

图3 顶升后照片

1.2 纠偏概况

顶升最后几个行程中，随着坡度的增大，板缝凹凸不平的部分产生部分顶紧现象，一个行程落梁时，出现较大的横向偏移。因顶升时所有支撑均为临时支撑，不能承受很大的水平力。故顶升过程中未再进行纠偏，待立柱浇筑完成后再进行纠偏复位工作。第二联的4#墩右侧～7#墩的横向位移如表1所示，导致4#墩右侧与4#墩左侧有错台，现场情况见图4。

需要对这4个桥墩进行横向纠偏处理。目前现场墩柱已经施工完毕，支座顶部的楔形钢板与原支座预埋钢板焊接完毕，盆式支座已安装但未受力，支座下钢板浇筑在垫石上，但支座下锚栓留有钢护筒，钢护筒与支座锚栓的空隙距离约有6 cm，纠偏后可以调节支座的位置，顶升千斤顶均未拆除，现场情况照片见图5和图6。根据目前现场条件，尽量对箱梁向南纠偏复位，纠偏移位距离目标值为3～5 cm。

表1 横向偏移误差表（单位：cm）

图4 偏移现场图

图5 现场墩柱照片

图6 现场盆式支座照片

2 方案概述

2.1 编制依据

（1）《钢结构设计规范》(GB50017－1988)；

（2）《机械设备安装工程施工及验收规范》(GB50231－1998)；

（3）《机械安全、机械电气设备第32部分：起重机械技术条件》(GB5226.2-2002)；

（4）《焊接质量要求 金属材料的熔化焊 第四部分基本质量要求》(GB/T12467.4)；

（5）《液压系统通用技术条件》(GB/T3766-2001)；

（6）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)；

（7）《公路桥梁盆式支座》(JT/T J391-2009)；

（8）《聚四氟乙烯板材》(QB/T 3625-1999)；

（9）类似顶推法架桥及房屋顶推平移案例[1-2]。

2.2 总体方案

利用箱梁底部原来的支座预埋钢板与楔形钢板作为顶推的上部结构，利用在墩柱顶部设置顶推反力支架，对现有支座上下钢板进行连接固定，然后在支座上钢板与箱梁底的楔形钢板之间安装涂硅脂油的聚四氟乙烯板及不锈钢板作为滑移面，然后对梁体进行整体纠偏移位，复位后抽出四氟乙烯板，落梁，对支座下锚栓进行灌浆固定连接。平移机构由液压泵站提供动力，液压油缸做驱动，并由计算机系统实现集中控制，可以实现同步平移和单点微调[3]。并可以通过压力传感器实时监测实际顶推力；位移传感器监测位移，箱梁底部设置水平尺监测桥梁的姿态。

项目工期需要准备工作10天，施工2天。

现场照片见图7。

图7 现场照片

3 施工步骤及主要工艺

3.1 施工步骤

工作步骤概况为：顶升→安装滑移面→下落→平移→顶升→拆除滑移面→落梁。主要纠偏施工工序如下：

（1）施工准备，对支座上下钢板间利用槽钢12 a进行连接固定，防止支座移动；

（2）反力支架制作及安装；

（3）利用顶升千斤顶将梁体单墩顶升10 mm，安装四氟板及涂硅脂的不锈钢板，不锈钢板与箱梁底的楔形钢板外边缘进行点焊固定；

（4）千斤顶收缸，将上部梁体荷载落在支座上；

（5）利用同步顶推系统进行顶推；

（6）顶推尽量复位后，拆除顶推设备；

（7）调整顶升千斤顶与支撑的水平居中，准备进行下步顶升；

（8）将梁体顶升3 mm，抽出四氟板及不锈钢板，调整支座位置，下落梁体；

（9）将支座上钢板与楔形钢板焊接固定，将支座下锚栓进行灌浆固定完成纠偏工作。

3.2 主要施工工艺

本工程纠偏的主要施工工艺包括：

（1）伸缩缝的清理；（2）支座上、下钢板的连接；（3）顶升施工；（4）上、下反力支架的施工；（5）滑移面的选择；（6）纵、横向限位装置的安装；（7）千斤顶的选择；（8）顶推控制系统；（9）顶推。

4 受力分析

为了保证顶推方案切实可行，施工前对相关因素、构件进行了受力计算。

4.1 顶推力计算分析

按箱梁、摩擦阻力和起动惯性阻力确定推动时的推力，即F阻=F摩+F惯。

4#墩右、7#墩上部箱梁重量为750 t，5#墩、6#墩上部重量为1 793 t。以4#墩为例，计算如下：

（1）F摩=μQ梁

其中，Q梁为箱梁重量7 500 kN；μ为滑动摩擦因数，一般为0.01～0.06，故取0.05。

F摩=7 500×0.05=375 kN，同理5#墩和6#墩的F摩=890 kN。

（2）F惯=Q梁×V/t

其中，V为顶推速度，取值为0.004～0.005 m/min；t为起动时间，取1 s。

F惯=[7500×(0.004～0.005)/60]/1=0.5～0.625（kN），同理5#墩、6#墩的F惯=1.2～1.5 kN。

由于顶推平移速度很慢，启动加速度也很小，故惯性力及加速度忽略不计。则顶推需要的顶力即为克服摩擦力即可。F阻=F摩，4#墩和7#墩的推力为375 kN，5#墩和6#墩的推力为890 kN[4]。

4.2 纵坡施工防滑计算

目前顶升后的箱梁顶面坡度（不考虑今后成桥后的铺装调整线形）0.3%，以比较重的5#墩为例，进行下滑力的计算。

每个桥墩重量为1 793 t，桥面坡度为下坡0.3%，下滑力近似为1 793×0.3%=5.37 t。

按照滑移面动摩擦系数取0.01考虑，则顶推过程中，滑移面的纵向摩擦力为：1 793×0.01=17.9 t。可以得出，摩擦力大于下滑力。但为了更安全起见，在4#墩桥面上准备本体高度5 cm的超薄千斤顶，如果产生向4#墩左侧的下滑位移，则将超薄顶放入伸缩缝内，进行适当顶紧，控制下滑趋势。

4.3 顶推牛腿埋件计算[5]

4.3.1 基本参数

（1）法向拉力设计值N=0 kN，弯矩设计值M=135 kN·m，剪力设计值V=90 kN（刨平顶紧按水平力的10%的作用考虑）。

（2）受力直锚筋的层数n=4层，每层直锚筋的根数和直径为2Φ25。直锚筋的间距b1=150 mm，沿剪力方向最外层锚筋中心线之间的距离z=450 mm。

（3）锚板厚度t=20 mm，锚板宽度B=190 mm，锚板高度H=550 mm。

（4）混凝土强度等级fc=14.33 N/mm2，锚筋的抗拉强度设计值fy=300 N/mm2。

4.3.2 锚筋的总截面面积As验算

当有剪力、法向拉力和弯矩共同作用时，应按混凝土规范式9.7.2-1及式9.7.2-2，两个公式计算，并取其中的较大值。

4.3.3 锚筋的受剪承载力系数

锚筋的受剪承载力系数αv按混凝土规范式10.9.1-5计算，αv=(4.0-0.08 d)×(fc/fy)0.5=(4.0-0.08×25)×(14.33/300)0.5=0.44。

4.3.4 锚板的弯曲变形折减系数

锚板的弯曲变形折减系数αb按混凝土规范式10.9.1-6计算，αb=0.6+0.25t/d=0.6+0.25×20/25=0.8。

当锚筋层数n=4时，锚筋层数影响系数αr=0.85；

锚筋的总截面As=4×2×π×(25/2)2=3 927 mm2。As1=90 000/(0.85×0.44×300)+0+135 000 000/(1.3×0.85×0.8×300×450)=807+0+1 131=19 39 mm2≤As=3 927 mm2，As2=0+135 000 000/(0.4×0.85×0.8×300×45=0+3 676=3 676 mm2≤As=3 927 mm2。

4.3.5 锚筋间距和锚筋至构件边缘的距离

按混凝土规范第10.9.6条，对受剪预埋件，其锚筋的间距b、b1不应大于300 mm，且b1不应小于6 d和70 mm；锚筋至构件边缘的距离c1，不应小于6 d和70 mm，b、c不应小于3 d和45 mm。即：b、b1≤300 mm，b、c≥75 mm，b1、c1≥150 mm。

4.3.6 锚板的构造要求

锚板的厚度宜大于锚筋直径的0.6倍。受拉和受弯预埋件的锚板厚度尚宜大于b/8。

锚板的厚度 t=20 mm＞Max{0.6d,b/8}=Max{15,10}=15 mm，

锚筋中心至锚板边缘的距离t1＞Max{2d,20}=50 mm。

锚板最小宽度 Bmin=1×80+2×50=180 mm≤B=190 mm，满足要求；

锚板最小高度Hmin=3×150+2×50=550 mm≤H=550 mm，满足要求。

当锚筋直径大于20 mm时，宜采用穿孔塞焊。HRB335级、HRB440级钢筋采用手工焊时，焊缝高度不宜小于0.6d=15 mm。

4.4 桥墩验算计算

4.4.1 基本资料

混凝土等级为C30，fc=14.3 MPa；

钢筋等级为HRB400，fy'=360 MPa；

轴压力等级为9 879.8 kN；

截面尺寸b×h为1 800×1 600 mm；

计算长度Lx=5 760 mm，Ly=5 760 mm；剪力V=18000×0.05=900kN,轴力 N=18000/2=9000（kN）；弯矩 M=V×H=900×5.67=5 103（kN）。

4.4.2 单个墩柱作用计算

（1）正截面承压计算：

矩形截面面积 A=b×h=1 600×1 800=2.88×106mm2，轴压比 =N/(fc×A)=9.879 8×106/(14.3×2×106)=0.239 894，

单侧最小配筋 As,min1=0.2%A=0.2%×2.88×106=5 760 mm2。

全截面最小配筋面积As,min=0.6%A=0.6%×2.88×106=17 280 mm2，长细比 =Max(Lx/h,Ly/b)=3.6，

由长细比得稳定系数φ=1，

由 N≤0.9×φ×[fc×(A-As')+fy'×As']得 As'≥-87 377.6 mm2，取 As'≥17 280 mm2。

（2）斜截面受剪计算：

λ=M/Vh0=5 103×106/（900×103×1 540）=3.68>3，取 λ=3,则

1.75ftbh0/(1+λ)+0.07 N=1.75×1.43×1 800×1 540/(1+3)+0.07×9 000×103=2 364 kN>V=900 kN，

抗剪验算满足要求。

5 结语

该工程采用纠偏技术，结合受力分析情况，纠偏后，4#墩错台完全复位，桥梁中线完全对中，符合设计要求。从而保证了此纠偏项目的圆满完成。本工程的成功应用为今后同类桥梁纠偏施工打下了坚实的基础，同时也提供了宝贵的经验[5]。

[1]韩永军.桥梁顶升技术工程应用研究[D].长安，长安大学，2011(5)：1-3．

[2]宋星军等.同步顶升技术在珠海高栏港高速旧桥改造中的应用[J].筑路机械与施工机械化，2011(6):32-36．

[3]周松国.PLC整体同步控制技术在连续梁桥纠偏中的应用[J].城市道桥与防洪，2010(8):155-158．

[4]CJJ 77-98,城市桥梁设计荷载标准[S]．

[5]GB50010-2010,混凝土结构设计规范[S]．