蔡　靜

(湖南省交通規(guī)劃勘察設計院，湖南 長沙　410008)

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大縱坡橋梁橋墩縱向偏位處治研究

蔡靜

(湖南省交通規(guī)劃勘察設計院，湖南 長沙410008)

對某大橋橋墩縱向偏位情況進行了原因分析和計算，指出了橋墩縱向偏位系主要受梁底支座安裝不均勻和施工荷載的影響，并根據實際情況提出了橋墩偏位的反力糾偏措施，對以后類似的案例可提供參考。

；橋墩；大縱坡；縱向偏位；糾偏設計

0　引言

隨著交通建設的發(fā)展，山區(qū)高速公路日益增多，建設難度日益加大，橋隧比也越來越高。為減少工程造價、降低橋高等原因，部分山區(qū)高速公路大部分橋梁縱坡均≥2%，部分縱坡達4%以上。由于縱坡加大容易使支座處于非水平狀態(tài)，導致出現(xiàn)一系列問題，近年部分大縱坡橋梁更是在施工完成后出現(xiàn)了橋墩縱向偏位等情況。本文以某山區(qū)高速公路橋梁為例，簡要對橋墩縱向偏位進行分析。

1　大縱坡橋梁縱向偏位情況

某大橋跨越峽谷，橋面縱坡位于-2.8%的下坡段，橋梁上部構造采用17×40 m預應力砼連續(xù)T梁，下部構造根據墩高情況分別采用圓柱墩和薄壁空心墩，墩高<45 m采用圓柱墩，墩高>45 m采用薄壁空心墩，所有墩柱高度在15.6～93.6 m之間。如圖1。

圖1　橋型布置圖

2　墩柱縱向偏位原因分析

2.1墩柱承載能力對結構的影響

為驗算墩柱偏位是否是因為墩柱承載能力不足引起，對全橋上、下構造進行了有限元模擬，支座采用線彈簧模擬，墩柱計算長度根據一階屈服模態(tài)進行反算和集成剛度法手算進行比較，取偏大值。

根據計算結果，3#、7#、13#墩墩柱計算長度系數(shù)分別為1.20、1.11、1.18，最大滑動摩阻力均為92.7 kN。3#墩高40.7 m，7#墩高93.6 m，13#墩高42.5 m；3#、13#墩柱截面直徑為D 200 cm，配46根Φ28HRB335鋼筋，7#墩為變截面薄壁空心墩，配198根φ32HRB335鋼筋和92根φ25HRB335鋼筋。計算結果表明，在滑動摩阻力作用下，墩柱承載能力均滿足要求。

同時考慮墩柱頂偏移縱向偏位情況下，偏心荷載對墩柱是否會產生破壞。為保證結構安全，墩柱處理階段，橋上禁止一切車輛通行。根據驗算結果，在只考慮結構恒載作用下，墩柱承載能力滿足要求，經現(xiàn)場檢測，墩柱底部亦未出現(xiàn)任何裂紋。墩柱能產生較大位移，系因為墩柱剛度較小，但仍處于彈性范圍。

2.2支座安裝對結構的影響

支座安裝對結構的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：

1) 支座未按照設計位置安裝，支座橫橋向安裝位置并不在一條直線上，部分支座安裝位置靠近蓋梁端部，部分支座頂板中心與墊石中心不重合，導致上部構造荷載產生額外偏心，并改變了支座容許滑移量。

2) 支座頂板安裝不水平，即支座滑動面不水平，梁底預埋鋼板未調整楔形塊各點高程，直接預埋成與梁底水平，而支座上鋼板直接與梁底預埋鋼板焊接，導致支座滑動面不水平，并直接限制了支座的自由滑動，并容易產生累計位移，如圖2所示。

正確的預埋鋼板方式應根據縱橫坡情況，將梁底預埋鋼板做成楔形，并通過計算確定預埋鋼板各點外露高程，如圖3所示。

根據檢測情況，本橋部分梁底鋼板與梁底大體平行，墊石頂部基本保持水平狀況，梁底鋼板不水平導致支座豎向偏差在3～6 mm之間。由于盆式支座由上下鋼板、鋼盆及盆底橡膠組成，豎向偏差致使盆底橡膠塊出現(xiàn)不平衡壓縮，以適應支座不平衡狀況，進而在梁體需要位移時形成兩側支座水平力不對稱情況出現(xiàn)。

圖2　支座安裝示意圖

圖3 楔形塊高度示意圖h1=h+a2×i1+b2×i2h2=h-a2×i1+b2×i2h3=h-a2×i1-b2×i2h4=h+a2×i1-b2×i2

2.3溫度對結構的影響

如圖4所示，過渡墩處梁體與支座接觸處未完全調平，支座頂面的傾斜度與梁底一致，則每一支座由于豎向變形狀態(tài)不均勻(形為尖向下坡方向的楔形塊)而處于非正常受力狀態(tài)。升溫時，梁體伸長，此時梁1向上坡方向的伸長使得其下墩梁間的支座逐漸楔緊，而梁2則較易向下坡方向伸長，不平衡力使橋墩頂向上坡方向位移；降溫時，梁體縮短，此時梁2向上部方向的回縮使得其下墩梁間的支座逐漸楔緊，而梁則較易于向下坡方向回縮，由此導致的不平衡水平力使橋墩頂向上坡方向位移。

圖4　溫度變化對結構影響示意圖

2.4施工荷載對結構的影響

在施工階段汽車制動力作用下，梁體在受向下坡方向作用力時，墩柱頂受梁底縱坡影響，梁體較易向下坡方向滑移，墩柱較易向上坡方向滑移；梁體在受向上坡方向作用力時，墩柱頂受摩擦力影響，墩柱較易向上坡方向滑移；反復作用累計之后，墩柱產生較大向上坡方向位移。

3　橋墩縱向偏位處治措施

1) 由于墩柱承載能力滿足要求，為恢復受力形態(tài)，采用反力糾偏裝置，將3#、7#、13#過渡墩墩柱恢復至鉛垂狀態(tài)。

糾偏系統(tǒng)主要由糾偏裝置和反力千斤頂組成。反力糾偏裝置安裝在T梁(上坡側)端部，反力千斤頂?shù)挚吭跇蚨丈w梁上，千斤頂頂推力作用后，反力糾偏裝置將作用力作用在蓋梁上，從而將橋墩糾正。糾偏系統(tǒng)詳圖如圖5所示。

糾偏裝置組數(shù)主要由頂推力確定，頂推力主要考慮支座摩阻力和千斤頂?shù)男Яο禂?shù)及超荷系數(shù)：

F摩=μN=0.06×7 000 kN(上構恒載)=420 kN

千斤頂?shù)男Яο禂?shù)取0.8，超荷系數(shù)取1.1，考慮行程等原因，千斤頂取用200 kN標準，則單個千斤頂所能承擔的荷載P=200 kN×0.8/1.1=145.4 kN。由于上部構造由5片T梁組成，因此全橋采用4組千斤頂頂推，總頂推力P總=4×145.4 kN=581.6 kN，大于F摩= 420 kN，滿足要求。

圖5　糾偏裝置示意圖

2) 為限制橋梁在后續(xù)階段再次產生較大位移，在過渡墩蓋梁頂增設限位器裝置，如圖6所示。限位器裝置采用在蓋梁頂增設I20雙拼工字鋼，在橫隔板兩端工字鋼頂在橫隔板兩端位置設置20 mm鋼板加勁肋，同時對橫隔板底端加厚并外包8 mm鋼板，以使橫隔板與限位裝置完全平行，受力均勻。為保證伸縮縫的工作位移，限位裝置與橫隔板之間間隙為8 cm。

圖6　墩頂限位裝置示意圖(單位；mm)

3) 為保證上部構造能垂直傳力至下部構造，減少梁底鋼板未完全水平對墩柱的影響，在墩柱恢復到位后，采用同步頂升系統(tǒng)頂升上部構造，頂升高度不超過1 cm，將原GPZ系列支座更換為QZ系列支座。支座底再墊一層6 mm厚鋼板，與原支座高度保持一致，支座滑移方向與原設計支座保持一致。

4　結語

經過計算分析、現(xiàn)場檢測，找出了該橋過渡墩縱向偏位的原因：即支座施工未按縱坡情況進行調平處理，致使在溫度影響力和汽車制動力作用下，使墩頂出現(xiàn)縱向偏位，在頂推復位、更換支座后，經過一段時間試運營，橋墩未再出現(xiàn)異常狀況。

由于橋墩糾偏施工難度極大，工程費用也非常可觀，為避免類似情況出現(xiàn)，對大縱坡橋梁應加強梁底調平設計，梁底應根據縱、橫坡情況設置楔形預埋鋼板，保證預制梁在落梁后預埋鋼板處于水平狀態(tài)；為減少支座對結構位移的限制，宜盡量選用球型支座；在施工過程中，應加強對墩柱施工監(jiān)控，保證墩柱偏移量滿足規(guī)范要求，避免墩柱傾斜產生額外的縱坡導致結構出現(xiàn)新的不平衡。

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2016-06-28

蔡靜(1982-)，女，工程師，主要從事路橋設計。

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