连续梁桥交接墩偏移病害纠偏量控制研究

崔相奎，李国亮

(1.辽宁省交通建设管理有限责任公司 沈阳市 110005; 2.中交公路规划设计院有限公司大连分院 大连市 116000)

高速公路高墩大跨连续梁桥交接墩易出现不同程度向上坡方向偏移的病害，引起该病害的主要原因是支座顶板安装不水平，病害处理主要是采取梁板顶升纠偏、墩柱加固进行处理，取得了较好的效果，积累了一些经验。那么，纠偏过程中纠偏量控制是病害处理的关键，以纠偏工程实践为依托，通过推倒分析法，阐述了纠偏过程中纠偏量与墩柱受力关系，提出了纠偏量控制要求，以便为今后类似病害的处理提供经验借鉴。

1 基本假定

为确定墩顶纠偏量与墩身内力的关系，对墩身进行推倒分析。即：在墩顶施加一水平力，随着水平力的增加，墩顶位移逐步增大，墩底截面的内力逐步增大，墩底截面的应力、应变分布将逐步发生变化，直到结构倾覆，这一过程称为推倒分析，通过推倒分析研究墩顶纠偏量与墩身受力状态之间的关系。推倒分析假定墩身混凝土及钢筋材料受力非线性如下：

(1)混凝土材料：混凝土存在压碎、拉裂两种破坏行为。发生压碎的部分不能继续承担压力或拉力，发生拉裂的部分可以承担压力、但不能承担拉力。箍筋对于混凝土的强度及应变有提高效应。

(2)钢筋材料：钢筋具有较大的塑形，其应力应变曲线的平台较长。

图1 循环荷载下的混凝土本构关系

图2 循环荷载下的钢筋本构关系

经计算，得到墩顶位移与墩底截面弯矩、墩身水平力～墩顶位移的曲线，如图3、图4所示。

2 纠偏过程的受力分析

纠偏施工总体上可分为3个阶段，各阶段的内力、墩顶位移如图5、图6所示，各特征点具体受力情况如下：

A点。桥墩纠偏前的状态，墩顶受上坡向的支座卡紧力F1,此时墩底截面已经进入材料非线性。

B点。千斤顶竖向顶升，上部结构与原支座脱离，支承在替换的四氟滑板上，桥墩弹性回复。A点至B点的位移d1为弹性回复位移。此状态，墩顶受上坡向的支座摩阻力F2。

图3 墩底截面弯矩～墩顶位移关系曲线

图4 墩身水平力～墩顶位移关系曲线

图5 纠偏过程特征点

图6 顶推过程中墩顶水平力示意

C点。水平千斤顶首次顶升，向桥墩施加下坡向的顶推力F3。由B至C的曲线与横坐标轴的交点为C′点。C′点的弯矩为0，可近似认为水平千斤顶的力F3等于支座摩阻力F2，即桥墩仅受竖向力作用。B点至C′点的位移d2为摩阻力效应，可通过计算确定。由C′向C点的过程，千斤顶的力向下坡侧，摩阻力向上坡侧，水平千斤顶的顶推力F3必须大于支座摩阻力F2，桥墩方能移动。墩底弯矩为上坡侧受拉。B点至C′点的位移d2′可取0.5倍的d1。C点为首次顶推完成时的状态，桥墩有向上坡侧回复的趋势，但受支座摩阻力F4的阻碍，无法变形，除非之前的千斤顶顶推力F3大于2倍的支座摩阻力F2。

D点。继续顶推，由C至D的过程与由C′向C点的过程类似。该过程应分为多步进行。

3 纠偏过程控制标准

综上所述，建议顶推的行程安排如表1：

表1 纠偏行程及间隔

表中：

d1—竖向千斤顶顶升后桥墩自动回复的位移，可通过测量确定；

d2—顶推过程中的支座摩阻力产生的墩顶位移，可通过计算确定。

每一级加载后，应对结构进行外观、位移、裂缝、应变观测及测量，应对纠偏设备进行安全性检查。“加载后间隔时间”为本级纠偏完成后，至下一级纠偏工作开始的间隔时间，该时间考虑了上述工作一般需要的时间。

4 纠偏量确定原则

4.1 满足支座安装的距离要求

如图7所示。按照如图7支座固定于主梁上，滑动面设置在盖梁顶面。随着温度的变化，上支座在滑动面上左右滑动。纠偏完成后，纠偏量应保证：

D>L1+L2+Δ

式中：D—纠偏量；

L1—梁端至上支座内侧的距离；

L2—盖梁边缘至滑动面边缘的距离，一般取10～20cm；

Δ—支座安装完成后，最大降温时梁端缩短的距离。

图7 支座距离关系示意

4.2 墩身“最小弯矩”原则

如图5所示，C′点对应的弯矩为0，此时尽管存在墩顶位移，但从受力上而言是最优的。若C′点对应的状态已满足支座安装的距离要求，可以C′点作为纠偏完成后状态，此时桥墩各钢筋的应力应相等。若C′点对应的状态尚不满足支座安装的距离要求，应进一步纠偏，此时墩身将出现反向的弯矩，从受力上讲是纠偏过度，但从支座安装角度来看是必须的，该种状态纠偏完成后，应对墩身强度进行评估，必要时进行加固、补强处理。

5 墩柱纠偏实例

某高速大桥为11孔30m先简支后连续预应力T梁结构，柱式桥墩，桩基础，纵坡3.6%，主梁为C50预制T梁，墩柱直径1.8m，墩身及盖梁混凝土为C30；4、6号墩采用墩梁固结，5号墩顶设置多向活动支座。运营养护发现5号墩下坡侧距地面0.4～3m高度范围内出现多条横向裂缝，长度0.8～1.5m，间距0.1～0.4m，裂缝宽度为0.15～0.3mm，墩柱盖梁均向上坡方向倾斜，梁端偏离盖梁中心线，最大偏移量280mm。采用顶推法进行纠偏处理，在梁底、支座垫石上安放镜面不锈钢板，不锈钢板间放置四氟滑板，四氟滑板与钢板间涂抹硅脂油，形成滑动面，实测摩擦系数0.03。经计算墩柱所受总荷载10687kN，支座滑动面摩擦力f=10687×0.03=320kN。纠偏时采用8个30t的水平同步千斤顶进行复位，每个千斤顶顶推力为40kN，满足顶推需要。

具体纠偏过程如下：滑动面形成后墩柱自动回复8.8cm。稳定后进行第一级纠偏，纠偏量6cm，分6次完成，每次间歇3min，顶推力由10t增大至19t；1h后进行第二级，纠偏量4cm，分4次完成，间歇3min，顶推力由19t增大到26t；4h后进行第三级，纠偏量3cm，分6次完成，间歇3min，顶推力由26t增大到33t；2h后进行第四级，纠偏量2cm，分4次完成，间歇3min，顶推力由34t增大到37t；第四级顶推结束后，持荷12h后卸载，观察1h墩柱无反弹后进行第五级，纠偏量2cm，分4次完成，间歇3min，顶推力由30t增大到37.8t，持荷5.5h后卸载，墩柱立即反弹2cm，然后稳定，停止纠偏，实际纠偏量23.8cm，残余4.2cm，满足要求。

6 纠偏过程注意事项

(1)纠偏量以让桥墩回复到竖直状态为目的，如果墩柱竣工时有一定倾斜值，顶推卸载后，墩柱会有一定的回弹量，此时可认为墩柱倾斜度回复到竣工状态；如果正常顶推过程中推力突然变大，可认为纠偏量超过其竣工状态，应停止顶推，卸载后墩柱回弹稳定后即为竣工状态。

(2)如墩柱竖直度仍不能满足要求，可继续顶推，顶推时应提高顶推、卸载的循环频率，逐渐进行，以墩柱刚好出现复位反弹时为控制点，此时墩身将出现反向的弯矩，当墩柱回弹力等于摩阻力时，达到平衡，继续顶推卸载后将回弹，该种状态纠偏完成后，应对墩身强度进行评估，必要时进行加固、补强处理。

(3)墩柱纠偏复位应分次逐级顶推，纠偏过程要以逐级纠偏量和顶推力进行双重控制，避免过度纠偏现象的发生。