崔相奎，李國亮

(1.遼寧省交通建設(shè)管理有限責(zé)任公司 沈陽市 110005; 2.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司大連分院 大連市 116000)

高速公路高墩大跨連續(xù)梁橋交接墩易出現(xiàn)不同程度向上坡方向偏移的病害，引起該病害的主要原因是支座頂板安裝不水平，病害處理主要是采取梁板頂升糾偏、墩柱加固進(jìn)行處理，取得了較好的效果，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。那么，糾偏過程中糾偏量控制是病害處理的關(guān)鍵，以糾偏工程實(shí)踐為依托，通過推倒分析法，闡述了糾偏過程中糾偏量與墩柱受力關(guān)系，提出了糾偏量控制要求，以便為今后類似病害的處理提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 基本假定

為確定墩頂糾偏量與墩身內(nèi)力的關(guān)系，對墩身進(jìn)行推倒分析。即：在墩頂施加一水平力，隨著水平力的增加，墩頂位移逐步增大，墩底截面的內(nèi)力逐步增大，墩底截面的應(yīng)力、應(yīng)變分布將逐步發(fā)生變化，直到結(jié)構(gòu)傾覆，這一過程稱為推倒分析，通過推倒分析研究墩頂糾偏量與墩身受力狀態(tài)之間的關(guān)系。推倒分析假定墩身混凝土及鋼筋材料受力非線性如下：

(1)混凝土材料：混凝土存在壓碎、拉裂兩種破壞行為。發(fā)生壓碎的部分不能繼續(xù)承擔(dān)壓力或拉力，發(fā)生拉裂的部分可以承擔(dān)壓力、但不能承擔(dān)拉力。箍筋對于混凝土的強(qiáng)度及應(yīng)變有提高效應(yīng)。

(2)鋼筋材料：鋼筋具有較大的塑形，其應(yīng)力應(yīng)變曲線的平臺(tái)較長。

圖1 循環(huán)荷載下的混凝土本構(gòu)關(guān)系

圖2 循環(huán)荷載下的鋼筋本構(gòu)關(guān)系

經(jīng)計(jì)算，得到墩頂位移與墩底截面彎矩、墩身水平力～墩頂位移的曲線，如圖3、圖4所示。

2 糾偏過程的受力分析

糾偏施工總體上可分為3個(gè)階段，各階段的內(nèi)力、墩頂位移如圖5、圖6所示，各特征點(diǎn)具體受力情況如下：

A點(diǎn)。橋墩糾偏前的狀態(tài)，墩頂受上坡向的支座卡緊力F1,此時(shí)墩底截面已經(jīng)進(jìn)入材料非線性。

B點(diǎn)。千斤頂豎向頂升，上部結(jié)構(gòu)與原支座脫離，支承在替換的四氟滑板上，橋墩彈性回復(fù)。A點(diǎn)至B點(diǎn)的位移d1為彈性回復(fù)位移。此狀態(tài)，墩頂受上坡向的支座摩阻力F2。

圖3 墩底截面彎矩～墩頂位移關(guān)系曲線

圖4 墩身水平力～墩頂位移關(guān)系曲線

圖5 糾偏過程特征點(diǎn)

圖6 頂推過程中墩頂水平力示意

C點(diǎn)。水平千斤頂首次頂升，向橋墩施加下坡向的頂推力F3。由B至C的曲線與橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)為C′點(diǎn)。C′點(diǎn)的彎矩為0，可近似認(rèn)為水平千斤頂?shù)牧3等于支座摩阻力F2，即橋墩僅受豎向力作用。B點(diǎn)至C′點(diǎn)的位移d2為摩阻力效應(yīng)，可通過計(jì)算確定。由C′向C點(diǎn)的過程，千斤頂?shù)牧ο蛳缕聜?cè)，摩阻力向上坡側(cè)，水平千斤頂?shù)捻斖屏3必須大于支座摩阻力F2，橋墩方能移動(dòng)。墩底彎矩為上坡側(cè)受拉。B點(diǎn)至C′點(diǎn)的位移d2′可取0.5倍的d1。C點(diǎn)為首次頂推完成時(shí)的狀態(tài)，橋墩有向上坡側(cè)回復(fù)的趨勢，但受支座摩阻力F4的阻礙，無法變形，除非之前的千斤頂頂推力F3大于2倍的支座摩阻力F2。

D點(diǎn)。繼續(xù)頂推，由C至D的過程與由C′向C點(diǎn)的過程類似。該過程應(yīng)分為多步進(jìn)行。

3 糾偏過程控制標(biāo)準(zhǔn)

綜上所述，建議頂推的行程安排如表1：

表1 糾偏行程及間隔

表中：

d1—豎向千斤頂頂升后橋墩自動(dòng)回復(fù)的位移，可通過測量確定；

d2—頂推過程中的支座摩阻力產(chǎn)生的墩頂位移，可通過計(jì)算確定。

每一級(jí)加載后，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行外觀、位移、裂縫、應(yīng)變觀測及測量，應(yīng)對糾偏設(shè)備進(jìn)行安全性檢查?！凹虞d后間隔時(shí)間”為本級(jí)糾偏完成后，至下一級(jí)糾偏工作開始的間隔時(shí)間，該時(shí)間考慮了上述工作一般需要的時(shí)間。

4 糾偏量確定原則

4.1 滿足支座安裝的距離要求

如圖7所示。按照如圖7支座固定于主梁上，滑動(dòng)面設(shè)置在蓋梁頂面。隨著溫度的變化，上支座在滑動(dòng)面上左右滑動(dòng)。糾偏完成后，糾偏量應(yīng)保證：

D>L1+L2+Δ

式中：D—糾偏量；

L1—梁端至上支座內(nèi)側(cè)的距離；

L2—蓋梁邊緣至滑動(dòng)面邊緣的距離，一般取10～20cm；

Δ—支座安裝完成后，最大降溫時(shí)梁端縮短的距離。

圖7 支座距離關(guān)系示意

4.2 墩身“最小彎矩”原則

如圖5所示，C′點(diǎn)對應(yīng)的彎矩為0，此時(shí)盡管存在墩頂位移，但從受力上而言是最優(yōu)的。若C′點(diǎn)對應(yīng)的狀態(tài)已滿足支座安裝的距離要求，可以C′點(diǎn)作為糾偏完成后狀態(tài)，此時(shí)橋墩各鋼筋的應(yīng)力應(yīng)相等。若C′點(diǎn)對應(yīng)的狀態(tài)尚不滿足支座安裝的距離要求，應(yīng)進(jìn)一步糾偏，此時(shí)墩身將出現(xiàn)反向的彎矩，從受力上講是糾偏過度，但從支座安裝角度來看是必須的，該種狀態(tài)糾偏完成后，應(yīng)對墩身強(qiáng)度進(jìn)行評估，必要時(shí)進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)處理。

5 墩柱糾偏實(shí)例

某高速大橋?yàn)?1孔30m先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力T梁結(jié)構(gòu)，柱式橋墩，樁基礎(chǔ)，縱坡3.6%，主梁為C50預(yù)制T梁，墩柱直徑1.8m，墩身及蓋梁混凝土為C30；4、6號(hào)墩采用墩梁固結(jié)，5號(hào)墩頂設(shè)置多向活動(dòng)支座。運(yùn)營養(yǎng)護(hù)發(fā)現(xiàn)5號(hào)墩下坡側(cè)距地面0.4～3m高度范圍內(nèi)出現(xiàn)多條橫向裂縫，長度0.8～1.5m，間距0.1～0.4m，裂縫寬度為0.15～0.3mm，墩柱蓋梁均向上坡方向傾斜，梁端偏離蓋梁中心線，最大偏移量280mm。采用頂推法進(jìn)行糾偏處理，在梁底、支座墊石上安放鏡面不銹鋼板，不銹鋼板間放置四氟滑板，四氟滑板與鋼板間涂抹硅脂油，形成滑動(dòng)面，實(shí)測摩擦系數(shù)0.03。經(jīng)計(jì)算墩柱所受總荷載10687kN，支座滑動(dòng)面摩擦力f=10687×0.03=320kN。糾偏時(shí)采用8個(gè)30t的水平同步千斤頂進(jìn)行復(fù)位，每個(gè)千斤頂頂推力為40kN，滿足頂推需要。

具體糾偏過程如下：滑動(dòng)面形成后墩柱自動(dòng)回復(fù)8.8cm。穩(wěn)定后進(jìn)行第一級(jí)糾偏，糾偏量6cm，分6次完成，每次間歇3min，頂推力由10t增大至19t；1h后進(jìn)行第二級(jí)，糾偏量4cm，分4次完成，間歇3min，頂推力由19t增大到26t；4h后進(jìn)行第三級(jí)，糾偏量3cm，分6次完成，間歇3min，頂推力由26t增大到33t；2h后進(jìn)行第四級(jí)，糾偏量2cm，分4次完成，間歇3min，頂推力由34t增大到37t；第四級(jí)頂推結(jié)束后，持荷12h后卸載，觀察1h墩柱無反彈后進(jìn)行第五級(jí)，糾偏量2cm，分4次完成，間歇3min，頂推力由30t增大到37.8t，持荷5.5h后卸載，墩柱立即反彈2cm，然后穩(wěn)定，停止糾偏，實(shí)際糾偏量23.8cm，殘余4.2cm，滿足要求。

6 糾偏過程注意事項(xiàng)

(1)糾偏量以讓橋墩回復(fù)到豎直狀態(tài)為目的，如果墩柱竣工時(shí)有一定傾斜值，頂推卸載后，墩柱會(huì)有一定的回彈量，此時(shí)可認(rèn)為墩柱傾斜度回復(fù)到竣工狀態(tài)；如果正常頂推過程中推力突然變大，可認(rèn)為糾偏量超過其竣工狀態(tài)，應(yīng)停止頂推，卸載后墩柱回彈穩(wěn)定后即為竣工狀態(tài)。

(2)如墩柱豎直度仍不能滿足要求，可繼續(xù)頂推，頂推時(shí)應(yīng)提高頂推、卸載的循環(huán)頻率，逐漸進(jìn)行，以墩柱剛好出現(xiàn)復(fù)位反彈時(shí)為控制點(diǎn)，此時(shí)墩身將出現(xiàn)反向的彎矩，當(dāng)墩柱回彈力等于摩阻力時(shí)，達(dá)到平衡，繼續(xù)頂推卸載后將回彈，該種狀態(tài)糾偏完成后，應(yīng)對墩身強(qiáng)度進(jìn)行評估，必要時(shí)進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)處理。

(3)墩柱糾偏復(fù)位應(yīng)分次逐級(jí)頂推，糾偏過程要以逐級(jí)糾偏量和頂推力進(jìn)行雙重控制，避免過度糾偏現(xiàn)象的發(fā)生。