桥梁纵向纠偏方案及实施分析

施茂松

（广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510420）

0 引言

广东梅河高速公路甲子里大桥出现病害最主要的原因是：桥梁在长期运营后，因来往车辆行驶时产生的振动和自重作用下，在设置有纵向坡度的桥梁纵向方向产生一定的位移，使得空心板梁底支撑不是处于水平状态，而是斜置。将导致支座不均匀受压而向上坡方向剪切变形并且成楔形状，上部荷载沿纵坡方向有分力作用，但发生收缩徐变和温缩时将难以回缩，而在发生温涨时则会往下坡方向伸展，加上动载冲击力振动作用、制动力的水平作用，形成“多去少回”的变形状态，时间越长，在无限位因素的约束下，下移趋势将不断累积。其造成部分支座偏出梁底垫石和纵向剪切变形、桥墩处于偏心受压状态等一系列的病害，被称为“三类”桥，对桥梁的安全运营构成一定的威胁。

1 工程概况

1.1 桥梁概况

甲子里大桥位于广东梅河高速公路程江至华城段，中心桩号为K27+775，左右幅不等长设计，即右幅两端桥头比左幅均少一跨25m 空心板。桥梁全长506.9m，与路中线斜交90。左半幅上部结构采用（2×25+4×25+4×25+1×25+5×40+1×25）m 预应力混凝土T 梁及预应力混凝土空心板。右半幅上部结构右半幅采用（1×25+4×25+4×25+1×25+5×40）m预应力混凝土T 梁及预应力混凝土空心板。

其中，上部结构40m 结构为预应力混凝土T 梁，结构连续；25m 结构为预应力混凝土空心板，桥面连续。空心板梁高1.25m，T 梁梁高2.50m。下部结构采用空心薄壁墩（T 梁部分）、实心矩形墩（T 梁部分）、圆柱墩、桩柱台、钻孔灌注桩基础。

桥面净宽2m×11m，全桥宽24.5m；伸缩缝左幅在2、6、10墩处各设一道D80 伸缩缝，在11墩处设一道D160 伸缩缝；右幅在1、5、9墩处各设一道D80伸缩缝，在10墩处设一道D160 伸缩缝。

桥面铺装采用C40 双钢混凝土，钢筋网φ10@10cm。预制空心板和T 梁采用C50 混凝土、盖梁、台帽、桩柱、耳背墙采用C30 混凝土，桩基、承台采用C25 混凝土。该桥纵坡为2.5% 和4% 之间，K23+350(高程359.016)至K29+340(高程169.836)为约6km 的长陡坡（平均纵坡3.15%）；转坡点K27+650(高程230.641)前纵坡为2.5%，之后纵坡为3.99%，即左幅5墩、右幅4墩处为转坡点；R0 台处纵坡为2.5%。另外，R1～R9(L1～L10)墩纵坡处于凹曲线范围,纵坡2.5%～4%,R10～R15(L11～L17)墩纵坡为4%。

该桥直线段横坡为双向2%，位于缓和曲线的右半幅R13～R15(左半幅L14～L17)墩的横坡为-2%～0.75%。

1.2 维修思路及措施

1.2.1 尽可能恢复原设计的合理结构受力状态，主要措施包括：

一是恢复下移空心板设计支撑，即纵向顶推纠偏复位（也是本文重点介绍）；二是重新调平梁底调平块，从根本上解决下移；三是更换支座，恢复支座的支撑位置。

1.2.2 优化原设计的结构受力状态，主要措施包括：

一是第四联单跨空心板和第三联改桥面连续构造，减少伸缩缝；二是每跨梁底增设抗滑挡块进行限位，防止桥梁再次产生纵向下移；三是背墙凿除，解除和空心板连续，通过T 梁端部加厚横隔板及接长牛腿的方式重新安装过渡墩处的D160 伸缩缝等。

2 纵向顶推纠偏顺序及顶推力计算

2.1 纵向顶推施工顺序

首先纵向纠偏第二联，其次第三联，最后第四联。

2.2 顶推力计算

顶推力等于每联的支座摩擦力，四氟板加硅脂油的滑动摩阻系数一般取：0.05～0.06，按设计图纸中取0.05，一跨空心板的上部结构恒载计算得出5636kN；加上4%的纵坡由于桥梁重量产生的水平分力。为了安全考虑，取纵向水平临界力的2 倍作为一联的墩顶的纵向水平力。侧一联的墩顶的纵向水平力F 总为（以下部分计算是摘自设计施工图）：

F 总=2×0.05×5636×4=2254.4kN

共同由7 片空心板承担，考虑偏载影响，偏载系数取1.15，一片空心板的受力为371kN，为了安全考虑，取其的1.5 倍。371×1.5=555kN，考虑偏心弯矩，偏心弯矩为梁高的一半：1.25/2=0.625m，即偏心弯矩为：555×0.625=347kN.m。

取2 倍纵向水平临界力作为一联的墩顶的纵向水平力，主要考虑以下因素：

一是桥梁4%的纵坡，桥梁重量产生的水平分力；

二是根据相关文献规范，四氟板在硅脂油的作用下，初始最大静摩擦系数比动摩擦系数大，而且与温度有关。具体见表1。

表1 聚四氟乙烯板材的摩擦系数

从表1 可知，梁体由静到动，初始静摩擦系数μ基本上是动摩擦系数的（1.4～2.4）倍，所以滑动顶推力要比初始的最大静摩擦力要小，为了使桥梁从静到动，能够顺利地进行，顶推力应该比初始最大的静摩擦力要大，因此，取2 倍纵向水平临界力作为一联的墩顶的纵向水平力。

3 纵向顶推纠偏的调整介绍

3.1 原设计方案

采用顶推法施工，在第五联T 梁梁端地面上设置反力架基础，反力架基础具体做法：先在T 梁腹板处进行钻孔，用Ф25 的PSB1080 级别的预应力螺纹钢筋把贝雷架与T 梁腹板连接，再利用贝雷架与地面基础形成支撑的反力架，这样就形成了刚度较大的反力架结构，保证了原结构的安全，如图1 所示。然后在梁与梁之间的缝间填塞钢管，使缝间填满，或者采用高压的压浆管，通过压水，使空心板压实。在伸缩缝处插入钢管，并用薄钢片挤紧传力，让梁与梁之间不产生纵向位移变形。采用多点顶推，通过水平千斤顶施力，借助四氟滑板为临时滑道将梁向前顶推。

图1 空心板纠偏反力架基础示意图

3.2 调整后的方案

采用顶推法施工，取消设置上述反力架结构。利用第三联、第四联空心板梁和第五联的连续钢构T 梁做顶推反力架。为便于各梁间安置传力介质，可在桥面连续各梁端腹板处位置开孔约10cm；传力介质安置要确保按纵轴线传力，不偏移、不变形。当纵向顶推纠偏第二联时，根据空心板顶推纵向纠偏加固办法，第三联、第四联和第五联（T 梁结构）一起作为反力架，利用它们的墩顶抗推刚度来提供反力，桥面连续处应力及各联承受反力计算如下：

3.2.1 桥面连续处应力计算

结合施工监控阶段数据，取第三联空心板（4m×25m）进行计算，在顶推纵向纠偏过程中不同顶推力作用下计算桥面连续处的拉应力，按计算得出顶推力达到最大值时2254.4kN（2 倍纵向水平临界力）和边界值1575kN（1.4 倍纵向水平临界力）时，桥面连续处应力分别见图2和图3所示。

图2 顶推力为2254.4kN 时桥面连续处最大拉应力（单位：MPa）

图3 顶推力为1575kN 时桥面连续处最大拉应力（单位：MPa）

结果表明：最大顶推力2254.4kN 时桥面连续处最大拉应力达到3.42MPa,桥面C50 混凝土轴心抗拉强度标准值2.64MPa，将导致桥面连续处被拉裂；顶推力为1575kN 时，桥面连续处最大拉应力为2.39MPa，满足要求。

3.2.2 第四联空心板反力计算

第四联仅一跨空心板，上部结构重力为5636kN，采用GYZ（φ250×42mm）板式橡胶支座，与空心板底钢板的摩擦系数取0.3，则第四联的反力为：5636×0.3＝1691kN。

3.2.3 第五联(T 梁)反力计算

第五联T 梁自重考虑约8000kN，1 跨5 片梁,共5跨,2 个边跨设置四氟板滑动支座GJZF4（400×450×66mm），与梁底钢板的摩擦系数取0.06，中跨各墩均采用墩梁固结形式，墩顶钢板与梁底钢板为(660×520×30mm)，钢板间摩阻系数取0.3。因此，一联T 梁的摩擦力：8000×0.06+8000×4×0.3＝10080kN。

3.2.4 计算结论

由上述计算可见，当顶推第二联时，当顶推力超过1575kN 时，桥面连续处可能将会被拉裂破坏，但第四联受到的反力大于1691kN 和第五联T 梁受到的反力大于10080kN 时，第四联和第五联（T 梁结构）才会产生位移。

4 纵向纠偏调整后方案的实施

4.1 准备工作

搭设施工平台—清理各板底垫石顶面和伸缩缝—设置桥面连续处梁板端之间的纵向传力措施—设置R10墩和R15台伸缩缝处纵向传力设施。

4.2 同步顶升全联空心板

安装顶升千斤顶设备及顶升钢板（选用专用异型超高压双油路千斤顶）和位移计，设置在板梁间的接缝处，以保证板梁同步顶升,如图4 所示。安装完成后，进行设备调试。包括油路的连接、供电线路、千斤顶工作状况以及传感器检查等。并且通过预顶升(梁体顶起3mm）来验证设备的可靠性，消除顶升系统可能出现的问题以及顶升过程中可能出现的非弹性变形。各断面顶升到位后，加上辅助支撑。

图4 安装顶千斤顶设备及钢板示意图

4.3 设置顶推临时滑道

4.3.1 安装顶推临时滑道

安设纵向纠偏临时滑道，在每个支座上垫四氟板并涂抹硅脂油，再铺设不锈钢板，如图5 所示，四氟板+不锈钢板厚约5mm，实施过程中，四氟滑板两面均保持清洁，顶推时四氟板面朝上并放置不锈钢板，四氟滑板顶面涂上润滑用的硅脂油以减少摩擦，安装完成后对每个临时滑板有效性进行检查。

图5 安装顶推临时滑道

4.3.2 安全顶推设备

进行同步整体落梁，使整体梁板受力于临时滑道。同时，安装第二联与第三联伸缩缝间的纵向顶推千斤顶，如图6 所示，安装顶推监控设备，主要观测顶推反力、梁体之间以及桥面连续处的变形情况。

图6 顶推千斤顶安装示意图

4.3.3 顶推作业

正式顶推作业，初始时先施加4mm 进行预推，如正常，按9mm 为一个观察行程级，顶推9mm 时观察梁体纵向偏移情况，各顶推点压力情况及桥面连续处标高情况，如无异常时再进行下一观察级的顶推，推至设计要求。

4.3.4 更换支座

顶推到位后，经各观测点监测无异常时，重新进行顶升更换支座。采用快凝干混砂浆二次落梁的方式对支座处进行梁底调平。工序如下：

纠偏到位—顶升空心板梁—放新支座—量取支座与梁底空间尺寸—制作胶带模板—灌注快凝干混砂浆—支座就位—第一次落梁—拆除胶带并清除多余的砂浆—初凝—第二次落梁。

5 实施结果

在桥梁纵向纠偏过程中，必须对每联被顶推的空心板进行纵横向位移及位移行程的监控，同时为确保结构安全及验证取消反力架基础的方案是安全、可行的，在顶推过程进行顶推反力监测，实施结果如下：

5.1 布置测点

在顶推第二联时，取第二联与第三联之间（R9 墩）伸缩缝处为监测断面，与顶推千斤顶同样布置8 个千斤顶，顶住伸缩缝起到纵向传力作用，同时，读取反力值。

5.2 监测方法

采用千斤顶测力，先加10MPa 的压力，再顶推第二联，测反力的千斤顶受到反力作用压力增量即为反力的压力值。顶推过程的每一级行程，读一次千斤顶的应力值，计算总反力。

5.3 监测数据与分析

第二联顶推过程中R5 墩处顶推力和R10墩处梁顶反力监测值，如表2 所示。由表2 数据可知，第二联顶推时，最大顶推力为1080kN，作用于第四联的总反力为172.3kN。远小于第五联T 梁的动摩擦力（10080.6kN）和第四联空心板的动摩擦力（1691kN）。表明第四联空心板和第五联T 梁不会因顶推反力产生位移。

表2 右幅第二联顶推过程R5 墩处推力和R10 墩处梁顶反力值对照表

6 结语

同步顶推第二联时的最大顶推力为1080kN，由此推算，顶推第三联、第四联时亦不会使T 梁产生位移，T 梁桥台也不受推力作用而损坏。因此，采用顶推法施工，取消设置反力架基础，利用第三联、第四联空心板梁和第五联的连续钢构T 梁做顶推反力架，是可行、安全的。顶推加固过程，各项指标均正常，结构安全。