曲线梁桥横向爬移病害的处置措施及施工监控

张建勋，赵谙笛

(1.郑州市交通规划勘察设计研究院，河南 郑州 450008；2.新疆建设职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

郑州市某立交F匝道桥主要通行原G107国道从黄河大桥出发，由北向东方向绕避郑州市中心城区的过境车辆，以客货车为主。F匝道桥部分位于R=300 m和R=400 m的圆曲线和缓和曲线上，部分位于直线上。F匝道桥共计12联，均采用预应力混凝土单箱单室连续箱梁桥，桥宽9.5 m，联与联之间采用牛腿搭接。典型横断面见图1。

图1 典型横断面图(单位：cm)

其中第十、十一联出现横向爬移病害比较严重，第10～11联梁跨径布置分别为：37.5 m+45.7 m+45.7 m+37.5 m和4×25 m；下部结构采用花瓶形独柱桥墩，设双支座，基础为双柱(单排)或四柱(群桩)基础，基础与墩身间采用承台连接，桥梁设计荷载为汽车-超20级，挂车-120。

2 桥梁病害状况

2012年9月在日常维护桥梁时，巡视人员发现桥梁护栏严重错位、伸缩缝间隙变大，为了保证行车安全，立即对桥梁进行了封闭管理。桥梁管养单位委托有相关资质的第三方检测机构对桥梁展开了全面检测。依据检测报告F匝道桥第10～11联梁的主要病害有：①桥墩斜向裂缝较多，其中最大裂缝宽度1.5 mm，发生在34号墩内侧，距地面约0.25 m，在小桩号侧水平延伸1.2 m；②34号固定墩支座螺栓剪断，支座无横向位移；36号桥墩顶支座螺栓剪断且支座横向位移40 cm；③32墩左侧伸缩缝橡胶条损坏、缝内杂物填充较多；④第10～11联梁体横向爬移，其中36号墩处梁体最大位移达40 cm，病害情况见图2～5。

图2 34号桥墩墩底裂缝

图3 34号墩顶支座螺栓剪断

图4 36号墩顶支座横向移位

图5 32号伸缩缝堵塞

3 桥梁病害原因

1)通过现场调查发现，F匝道桥车流量大且超载、重载车辆较多，桥梁的实际通行荷载大于设计荷载，造成梁体所受的离心力过大。

2)桥梁联与联采用牛腿搭接，经多年运行，伸缩缝橡胶条损坏后缝内杂物较多，因牛腿结构特殊、不易清理；在温度荷载作用下纵向变形受到约束，支座发生破坏。

3)桥梁位于3%的大纵坡上，支座约束破坏后车辆制动力、自重产生的下滑力加速梁体移动。

4)本桥走向为北转东南方向，在郑州市正好符合日照产生较大横向温度梯度的不利条件，根据部分桥梁现场测定证明，主梁内外侧腹板温度差值可高达10℃左右；横向温度梯度对弯桥横向爬移效应影响非常明显。

5)桥梁各桥墩处缺少挡块限位装置，限位支座螺栓破坏后，梁体无约束加剧其横向爬移。

4 病害处理方案

4.1 下部结构处置

下部结构采用全截面外包加固法，沿桥墩两侧横向和纵向加厚20～30 cm混凝土并增加抗震挡块，挡块高70 cm、厚度40 cm，见图6，在挡块内侧增加橡胶垫块。施工时原有截面需要凿毛处理，并在桥墩表面植入U型抗剪钢筋。为完成外包混凝土的浇筑质量，设计组采用C50自密实混凝土。外包加固法除增强结构的抗弯能力、满足抗震需求外还可封闭原有桥墩裂缝，提升了结构耐久性[1]。

图6 桥墩混凝土加固立面图(单位：cm)

4.2 上部结构处置

上部结构的主要改善措施是梁体的顶升、复位和支座的更换。首先对上部结构顶升和复位，而后更换支座。横向复位的总体原则是多点顶推和部分旋转复位[2]；结构最大横向偏移40 cm与36号墩牛腿连接处结构平面错位15 cm。在保证主梁结构安全的情况下，结构复位至连接处平面对齐即可(横向复位15 cm)，尽可能不改变已爬移的结构。结构复位的原则及方法如下。

1)支座横向复位的桥墩为35号和36号墩；横向复位的横向力由36号墩处的临时反力架承担，经计算反力架横向承载力需70 t，在35号和36号墩墩顶设置备用水平复位千斤顶，当横向顶推力超出原设定临时支架的承载力时，需启用备用千斤顶加以辅助。

2)在36号墩横向顶推前，需在32号～36号墩顶布设桥梁专用顶推滑块，并解除32号及36号墩牛腿处约束；施工中所用顶推滑块的摩擦系数可参照四氟滑板支座摩擦系数测定的办法，准确测出实际摩擦系数。

3)梁体复位以34号固定墩为旋转轴，针对32号、33号横向复位点，仅在加固后的桥墩上布置辅助千斤顶；横向复位的顶力主要布置在35号、36号墩及36墩临时反力架上。

4)在结构正式顶升和横移前需进行试顶升，试顶升高度或横向位移≤5 mm。在试顶升前须对原桥梁结构现状线形进行全面测量，以便后续正式顶升或顶推监测对比参照。顶升或横向顶推时首先加载至理论顶力的80%，再缓慢加载至根据位移传感器确定各点已经分离，再顶升或顶推至各顶达到5 mm垂直位移。停机10 min后检查桥梁各支顶部位和支架有无变形和加载点有无局压破坏。试顶合格后方可进行正式顶升或顶推。

5)在第十联主梁顶升后，主梁已放置在桥梁专用滑道上。首先要观察梁体在结构完全自由的情况下是否有自动复位的可能性；而后施加横向顶推力(通过计算理论顶推力为每100 t，横向移动80 mm)，当顶推位移达到50 mm后撤掉横向顶推力让梁体自由变形；观察梁体是否回位，若梁体回位应继续顶推重复该工序不少于两次后继续顶推，最终复位总位移为15 cm。

支座更换主要包括两端牛腿处滑板式橡胶支座和各桥墩处的盆式橡胶支座。更换时顶升原则为：每次更换单个桥墩支座时，至少顶升相邻的三个桥墩；比如当更换32号墩支座时，需要顶升33号和34号桥墩；各相邻桥墩的墩顶竖向顶升位移差控制在5 mm以内。当顶升某个桥墩2 cm时，相邻桥墩需要顶升至1.5 cm，其他按跨径线性比例以此类推。桥墩的顶升高度依据桥墩的支座更换空间需求而定；原则上单个桥墩的顶升高度≤2 cm。

5 施工监控

为确保桥梁结构安全和复位达到设计值，在梁体竖向顶升和横向复位过程中进行了全方位实时跟踪监控[3]，监控的内容包括：第10联梁体线形、顶升位移、桥墩沉降、主梁及桥墩结构应力等。顶升和顶推过程以应力为直接指标，同时位移指标能更准确地反映顶升和顶推过程的稳定性，因此，监控预警以应力和位移双重指标控制，只要有一项超标，则进行预警。顶推复位过程中结构最大附加应力≤1 MPa。横向顶推时箱梁纵向、横向位移实时监测采用位移计和钢板尺结合进行监测。测点放在桥墩墩顶位置附近。32号墩～34号墩采用位移计监测箱梁顶推位移，35号、36号墩箱梁位移较大，采用粘贴钢板尺法进行监测，现场派专人实时读数并汇报。分别在第10联的33号～34号墩顶箱梁截面两侧各1.1 m位置处安装数码应变计，监测箱梁顶推施工过程中箱梁上下缘应力。桥墩应力监测主要测量顶升复位过程中桥墩弯曲应力的实时变化，将桥墩结构应力控制在安全范围之内，防止主梁因桥墩结构的破坏严重后果。分别在32号～33号墩根部布设两个监测点实时监测。

根据最终的线形测量结果，36号墩横向顶推箱梁位移15.1 cm，满足设计提出的15 cm顶推量要求；32号墩～34号墩底应力监测最大变化值0.31 MPa，33号墩～34号墩附近箱梁腹板应力监测最大变化值0.86 MPa，均满足监测要求。32号～36号墩基础在3个月的观测期间最大沉降值为0.8 mm，桥墩基础高程无明显变化。

6 结束语

位于纵坡较大处的曲线桥梁容易出现梁体爬移、支座损坏、墩柱裂缝，给桥梁结构运营安全带来严重威胁，需对此类桥梁病害进行处治。F匝道桥出现横向爬移40 cm，位移较大，加上联与联之间采用牛腿搭接，对其采取横向顶推复位的方法在国内也鲜见；该桥病害整治过程中经多次召开专家讨论会，对方案进行反复研究和技术调整，于2015年8月改造完成，最终取得了较好的治理效果。经多年运营，桥梁目前使用情况良好，后增加的桥梁健康监测系统数据表明结构运营正常。

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