原國(guó)華

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

某大橋通車于2010年9月，該橋?yàn)檫B續(xù)小箱梁結(jié)構(gòu)（五跨一聯(lián)），跨度25 m，橋?qū)?2 m，橋面凈寬11 m。橫橋方向由4片小箱梁構(gòu)成，縱橋方向設(shè)有3道橫隔板，分別在支點(diǎn)和跨中。U型片石混凝土圬工橋臺(tái)，橋臺(tái)高7 m，基礎(chǔ)位于完整的基巖上；橋墩為鋼筋混凝土矩形實(shí)心墩和雙階擴(kuò)大基礎(chǔ)，墩高25～32 m不等，基礎(chǔ)置于溝底基巖之上，大橋橋位圖見圖1。

圖1 大橋橋位圖

2 橋梁病害現(xiàn)狀

由于受5號(hào)橋臺(tái)位置右側(cè)約25 m高的大體積棄方土的不平衡土壓力及土—墩側(cè)摩阻力長(zhǎng)期作用，導(dǎo)致4號(hào)墩向3號(hào)墩方向發(fā)生偏移,具體為順橋方向偏移近60 cm、橫橋方向偏移10 cm。

清除棄土方3個(gè)月后，在糾偏實(shí)施前緩慢恢復(fù)至順橋向偏傾44.9 cm、橫橋向偏移6.3 cm位置。為保證橋梁安全運(yùn)營(yíng)，必須將橋梁傾斜量糾正到原位。

墩柱偏位還引起了以下一系列直觀的影響：

a）4號(hào)墩墩頂?shù)?塊φ350×75普通橡膠支座層解破壞、擠壓脫落以及部分墊塊碎裂。

b）由于梁體端橫隔板與各梁間限位擋塊擠壓，導(dǎo)致7塊限位擋塊破損、碎裂較為嚴(yán)重。

c）限位擋塊的側(cè)向力致使第五跨橋跨形成向左偏移，也導(dǎo)致了5號(hào)臺(tái)聯(lián)端伸縮縫橡膠條撕毀、墩臺(tái)護(hù)墻斷面錯(cuò)位。

d）4號(hào)墩頂橋面標(biāo)高線形輕微下?lián)稀?/p>

橋梁病害典型圖片見圖2～圖5。

圖2 4號(hào)墩柱周圍棄土

圖3 解除土壓穩(wěn)定后橋跨與橋臺(tái)偏位差

圖4 支座與墊塊病害情況

圖5 擋塊病害情況

3 橋梁病害分析

根據(jù)4號(hào)墩墩身偏位情況,需調(diào)查墩柱自身有無相關(guān)聯(lián)的嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷；其次應(yīng)調(diào)查基礎(chǔ)是否存在重要隱患；最后需調(diào)查橋面系、橋跨結(jié)構(gòu)是否因橋墩偏位產(chǎn)生了聯(lián)動(dòng)影響，具體分析如下：

a）移除4號(hào)墩周側(cè)土，在4號(hào)墩墩身根部檢查后未發(fā)現(xiàn)塑性鉸區(qū)段出現(xiàn)橫向裂縫或混凝土壓潰病害，初步判斷橋墩自身具有良好的彈塑性和延性工作狀態(tài)。

b）開挖4號(hào)墩擴(kuò)大基礎(chǔ)頂覆土，露出一階基礎(chǔ)頂面棱角點(diǎn) Hi，其 4點(diǎn)高程偏差 Δmax校正為3.2 mm。消除可控范圍內(nèi)的不均勻沉降影響與基礎(chǔ)頂面施工平整度影響，初步判斷橋墩基礎(chǔ)及地基基本未受此次偏壓土的影響。

c）第五跨橋跨雖有偏移，但4號(hào)墩墩頂梁間和現(xiàn)澆連續(xù)段未發(fā)現(xiàn)裂縫和混凝土破損病害，未發(fā)現(xiàn)端橫隔板新增裂縫；4號(hào)墩頂橋面標(biāo)高雖有一定下?lián)希P(guān)聯(lián)橋跨橋面鋪裝未發(fā)現(xiàn)異常開裂；5號(hào)臺(tái)頂伸縮縫橡膠條雖已損毀，但伸縮空間滿足要求。

初步判斷橋墩偏移未對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)、橋面系產(chǎn)生大的影響，實(shí)施墩柱糾偏的方案為4號(hào)墩梁體頂升→設(shè)置移位系統(tǒng)→設(shè)置錨碇系統(tǒng)→裝配牽引系統(tǒng)施加反向土推力糾偏等系列工作。

4 糾偏方案設(shè)計(jì)

4.1 梁體頂升計(jì)算和設(shè)備布置[1]

若只考慮恒載和Δ=10 mm的基礎(chǔ)變位影響，蓋梁頂最大支反力為5 778 kN；在不中斷交通的情況下，需計(jì)入汽車荷載和汽車沖擊力870.5 kN，合計(jì)Q=6 648.5 kN。擬準(zhǔn)備n=16臺(tái)千斤頂及m=8部百分表（如圖6），千斤頂額定設(shè)計(jì)值：

為安全可控起見，本項(xiàng)目移位系統(tǒng)未采用滾軸系統(tǒng)而使用了滑移系統(tǒng)。

圖6 千斤頂及百分表布置圖

4.2 糾偏力計(jì)算[2]

計(jì)算考慮汽車作用力和變形附加應(yīng)力可得墩頂最大反力為677.7 t，滑移系統(tǒng)（四氟滑板—不銹鋼板）在硅脂作用下摩阻系數(shù)按0.1考慮，橋跨梁體考慮靜定的情況下，墩柱糾偏所需外力大于68 t。

4.3 鋼絲繩安全驗(yàn)算

受現(xiàn)場(chǎng)限制，各導(dǎo)鏈（牽引系統(tǒng)）牽引力和墩柱偏移方向可能存在微量的夾角 （已在設(shè)置錨固點(diǎn)時(shí)盡量避免），設(shè)置6對(duì)20 t導(dǎo)鏈連接地錨進(jìn)行側(cè)向牽引糾偏，4對(duì)10 t導(dǎo)鏈連接側(cè)墻錨桿順橋位糾偏，2對(duì)5 t導(dǎo)鏈連接臺(tái)背錨桿順橋位糾偏。

通過導(dǎo)鏈牽引φ36.5（6×37+1）的鋼絲繩對(duì)墩柱進(jìn)行糾偏。φ36.5的鋼絲繩破壞拉力SP=φS0=0.82×π×（1.7/2）2×6×37×1 570/1 000=791.0 kN.

每根鋼絲繩所承受的最大牽引力按Sm=20 t（以導(dǎo)鏈控制）考慮，則安全系數(shù) n=SP/gSm=791.0/（9.81×20）=4.03，基本滿足需要。

4.4 錨桿力計(jì)算

本項(xiàng)目糾偏用錨固系統(tǒng)結(jié)合墩柱偏位方向和現(xiàn)場(chǎng)狀況，采用了錨桿式和錨碇式2種類型的錨固方式，其中以錨碇式為主，錨桿式為輔。

錨桿及錨碇拉桿均采用PSB785級(jí)φ25預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋，其標(biāo)準(zhǔn)抗力：

錨桿錨固深度：

Nt為錨桿受到的拉力標(biāo)準(zhǔn)值，f為錨固體和巖石間的黏結(jié)力特征值，d為成孔直徑，d≥50 mm+φ25或 d ≥3φ25。

地錨抗拔力為：

相對(duì)于外力向上的垂直分力［Q］約存在1.57倍的安全系數(shù)，滿足使用要求。

圖7 錨桿抗拔力驗(yàn)算參數(shù)設(shè)置圖

5 糾偏實(shí)施監(jiān)控控制

5.1 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

糾偏過程中在該矩形墩四周側(cè)立面豎向軸心處設(shè)置16個(gè)監(jiān)控測(cè)點(diǎn)，其中在墩身順橋向中心豎軸自上而下分別設(shè)置 cd1（cd1＇）、cd2（cd2＇）、cd3（cd3＇）、cd4（cd4＇）4對(duì)測(cè)點(diǎn)，在墩身橫橋橋向中心豎軸自上而下分別設(shè)置 cd5 （cd5＇）、cd6 （cd6＇）、cd7（cd7＇）、cd8（cd8＇）4 對(duì)測(cè)點(diǎn)。

圖8 糾偏力系布置圖

圖9 糾偏測(cè)點(diǎn)布置圖

5.2 監(jiān)控過程控制

a）根據(jù)持力過程中變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，墩柱有輕微扭轉(zhuǎn)，但柱體處于較好的彈性變形狀態(tài)。

b）在導(dǎo)鏈2×20 t力的作用下，可打破其初始力的平衡（S1與橋軸線夾角8.7°，S2夾角17.8°）。

c）每次糾偏實(shí)施后，未發(fā)現(xiàn)新發(fā)育裂縫。

d）糾偏實(shí)施加力階段為30min，持荷階段120min，每一個(gè)糾偏循環(huán)150 min；每天實(shí)施4次糾偏，持荷90 min后采集數(shù)據(jù)。

歸位位移穩(wěn)定后，重新頂升一次同時(shí)調(diào)整四氟滑板支座滑移系統(tǒng)，再進(jìn)行后續(xù)若干次持荷糾偏。

在實(shí)際糾偏操作中，共進(jìn)行了20次正位糾偏，使順橋向糾正 38.2 cm（cd1測(cè)點(diǎn)）、橫橋向糾正5.4 cm（cd5測(cè)點(diǎn)），基本恢復(fù)到棄土作用前的狀態(tài)。

考慮墩柱材料在長(zhǎng)期的附加荷載作用下的變形遲滯效應(yīng)和塑性鉸區(qū)段應(yīng)力重分布下的殘余變形，需進(jìn)行一定程度的超量糾偏，解除糾偏荷載后保證其恢復(fù)到理想位置。

8次超量糾偏進(jìn)行后，順橋向cd1測(cè)點(diǎn)最大超量糾偏位移+7.09 cm，橫橋向cd5測(cè)點(diǎn)最大超量糾偏位移為+1.0 cm。

超量糾偏整個(gè)過程，墩柱處于良好變形協(xié)調(diào)狀態(tài)，亦未發(fā)現(xiàn)新發(fā)育裂縫和質(zhì)量、安全隱患。持荷2天，使基底應(yīng)力與墩柱自身重新調(diào)整分布。

最大超量糾偏持荷48 h后，針對(duì)S1～S12糾偏荷載分批分對(duì)進(jìn)行緩松。每批對(duì)6對(duì)糾偏荷載松荷，每對(duì)松荷5 min，合計(jì)一個(gè)批次松荷30 min、穩(wěn)定60 min，即每90 min為一個(gè)松荷過程；全階段共18個(gè)松荷過程。在超量糾偏松荷過程中，監(jiān)控其接近墩柱原位（未傾偏之前）時(shí)，停止松荷，進(jìn)行梁體頂升，移除糾偏滑移系統(tǒng)，更換為原橋設(shè)計(jì)要求的普通橡膠支座以限制其歸位趨勢(shì)。

5.3 監(jiān)控小結(jié)

a）解除超量糾偏荷載S1～S12約束，監(jiān)測(cè)其穩(wěn)定后，順橋向最大偏移量為-0.52 cm，橫橋向最大偏移量為-0.07 cm，糾偏達(dá)到預(yù)期效果。

b）糾偏過程和持荷穩(wěn)定階段未發(fā)現(xiàn)柱體有新裂縫出現(xiàn)，墩柱結(jié)構(gòu)性穩(wěn)定。

c）各對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)位移矢量接近線性變化趨勢(shì)，表明柱體在整個(gè)加載糾偏和松荷歸位過程中擁有良好的變形協(xié)調(diào)能力。

d）監(jiān)測(cè)全過程未發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，均在可控范圍之內(nèi)。

6 施工總結(jié)

a）糾偏控制技術(shù)包括糾偏作用的施加、加強(qiáng)和抑制以及對(duì)回傾趨勢(shì)的強(qiáng)制終止等。糾偏過程中必須滿足“平穩(wěn)、線性、安全”3個(gè)基本要求。

b）糾偏控制的主要內(nèi)容是糾偏目標(biāo)、糾偏速率、糾偏方向等。

c）糾偏目標(biāo)控制直接關(guān)系到糾偏實(shí)施順利與否和糾偏的成敗，如果控制不當(dāng)，可能導(dǎo)致破壞臨界平衡而失穩(wěn)，也可能“矯枉過正”。

d）糾偏速率控制是對(duì)目標(biāo)的歸位速率進(jìn)行限定，通過糾偏荷載的集中加強(qiáng)或抑制來實(shí)現(xiàn)，既不能過快也不能過慢。

e）糾偏方向控制是對(duì)目標(biāo)物的回傾方向進(jìn)行限定，通過糾偏荷載的分散施加、加強(qiáng)或抑制來調(diào)整目標(biāo)物的回歸路線，保證糾偏目標(biāo)的快速實(shí)現(xiàn)。

f）糾偏工程相關(guān)規(guī)范還不健全，主要靠技術(shù)管理人員經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)目標(biāo)現(xiàn)狀及糾偏動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和調(diào)整。

g）為了取得比較理想的糾偏效果,針對(duì)不同的工程實(shí)際,應(yīng)該在探明目標(biāo)物偏位原因的基礎(chǔ)上選擇相應(yīng)的頂升、糾偏、移位甚至輔助加固技術(shù)。