黨權(quán)交，何思元，金 磊，雷 棟

(1中交路橋建設(shè)有限公司，北京 100027； 2.中交路橋華東工程有限公司，上海 201210)

0 引言

橋梁在運(yùn)營(yíng)過程中，荷載有常規(guī)的可變荷載、永久荷載、偶然荷載，除此之外，由于一些突發(fā)狀況導(dǎo)致橋梁受到不同類型、不同程度的損傷，特別是突發(fā)的自然災(zāi)害，會(huì)對(duì)橋梁的整體結(jié)構(gòu)造成較大甚至毀滅性的傷害，因此橋梁的應(yīng)急搶險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、維修加固顯得尤為重要。

本文以埡壩大橋搶險(xiǎn)工程為研究對(duì)象，對(duì)其險(xiǎn)情發(fā)生誘因及造成的病害進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查與研究。結(jié)合搶險(xiǎn)工程的施工特點(diǎn)，及時(shí)制定了科學(xué)的搶險(xiǎn)方案，將災(zāi)害造成的損失降到最低。

1 工程概況

埡壩大橋?yàn)橄群?jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，標(biāo)準(zhǔn)跨徑為40m，起訖樁號(hào)：K80+716.5(ZK80+716)—K81+442(ZK81+443.6)，跨徑布置為(3×40+4×40+4×40+4×40+3×40)m，左幅橋梁全長(zhǎng)727.5m，右幅橋長(zhǎng)725.5m。橋面采用8cm厚C50混凝土+防水層+10cm厚的瀝青混凝土。15～18號(hào)墩為一聯(lián)，孔跨布置為3×40m，其中15～17號(hào)墩為雙柱式墩，采用嵌巖樁基礎(chǔ)，18號(hào)橋臺(tái)為肋板式橋臺(tái)連接樁基。

1.1 災(zāi)害發(fā)生過程

2020年7月初，遵義地區(qū)正安縣普降暴雨，7月12日?qǐng)簤未髽蜃蠓?7號(hào)墩處出現(xiàn)護(hù)欄開裂、橋面下沉的情況，17，18號(hào)墩橋下坡面出現(xiàn)橫向張拉裂縫，右幅橋臺(tái)靠近小樁號(hào)橋下發(fā)現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)裂縫，張開約5cm左右。17號(hào)外側(cè)墩底開裂翹起，內(nèi)側(cè)墩靠右幅內(nèi)側(cè)開裂，張開約15cm，護(hù)墻壓碎，橋面下凹，呈淺V形(見圖1)。

圖1 橋梁現(xiàn)狀

1.2 橋梁主要病害

1)L17-1和L17-2號(hào)墩底分別產(chǎn)生往小樁號(hào)方向43cm和81.7cm的縱向位移，往外側(cè)方向40.4cm和39.4cm的橫向位移，相對(duì)應(yīng)橋面產(chǎn)生87.8cm和56.8cm的豎向沉降，墩頂防撞墻產(chǎn)生擠壓混凝土崩裂等病害。

2)L17號(hào)墩兩側(cè)預(yù)制梁段端部底緣產(chǎn)生了較多橫向裂縫和橋墩方向的斜向裂縫，裂縫底部連接貫通；現(xiàn)澆段和預(yù)制段結(jié)合面產(chǎn)生了下寬上窄的豎向開裂，最大縫寬20cm，其中第18跨由外至內(nèi)逐漸增寬至20cm，第17跨由外至內(nèi)逐漸由10cm減小。

2 臨時(shí)支架支撐方案

2.1 臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)形式分析及選用

橋梁出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，初步判斷橋位處可能產(chǎn)生了滑坡情況，導(dǎo)致橋墩產(chǎn)生樁底位移或樁底附近溶洞崩塌導(dǎo)致墩身下沉、偏斜?，F(xiàn)17號(hào)橋墩處出現(xiàn)嚴(yán)重沉降及水平移位，相鄰兩跨連續(xù)T梁在連續(xù)墩支點(diǎn)處出現(xiàn)V形彎折，現(xiàn)澆連續(xù)段與預(yù)制梁端連接處被拉裂，上部結(jié)構(gòu)存在落梁的風(fēng)險(xiǎn)。為防止橋墩進(jìn)一步沉降、偏移而發(fā)生落梁情況，經(jīng)研究決定，前期采用搭設(shè)方便且迅速的集束支架臨時(shí)支撐，待搭設(shè)大鋼管支架支撐受力后拆除集束支架。同步進(jìn)行橋梁后期加固方案研究與設(shè)計(jì)。

2.2 集束支架設(shè)計(jì)與施工

1)集束支架設(shè)計(jì)

T梁馬蹄下方碗扣支架按橫距30cm，縱距30cm，步距60cm布置，并用扣件和鋼管立桿沿縱距方向按間隔15cm進(jìn)行加密，鋼管頂部設(shè)可調(diào)頂托，并沿橫橋向鋪10cm×15cm方木；T梁翼緣板下方，碗扣支架按按橫距60cm，縱距60cm，步距60cm布置，鋼管頂部不設(shè)頂托及方木。為保證支架穩(wěn)定，剪刀撐按夾角45°～60°布設(shè)，上到頂下到底，并通過扣件與每步立桿扣緊，墩兩側(cè)支架通過鋼管扣件連成整體，支架底設(shè)可調(diào)底托于硬化地面上(見圖2)。

圖2 T梁集束支架結(jié)構(gòu)

2)集束支架驗(yàn)算

為保證不出現(xiàn)落梁風(fēng)險(xiǎn)，支架承載力按最不利工況(T梁與蓋梁完全脫空，集束支架承受所有上部結(jié)構(gòu)荷載)設(shè)計(jì)。根據(jù)埡壩大橋施工圖文件，統(tǒng)計(jì)上部結(jié)構(gòu)自重如表1所示。

表1 集束支架上部結(jié)構(gòu)自重

每跨上部結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為1 094t，支架按承載5 500kN進(jìn)行驗(yàn)算。采用Midas Civil建立整體模型，并對(duì)各種桿件賦予各自材料特性，取自重1.1倍安全系數(shù)，對(duì)實(shí)際施工工況下支架的整體強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果表明：支架豎向位移最大值為3.1mm，最大組合應(yīng)力值為141MPa，小于碗扣支架容許應(yīng)力210MPa，支架一階模態(tài)臨界荷載系數(shù)為4.2>4(容許值)，說明結(jié)構(gòu)抗傾覆滿足要求，該結(jié)構(gòu)理論計(jì)算合格。

3)集束支架施工

7月27日硬化17號(hào)墩大里程側(cè)碗扣支架混凝土基礎(chǔ)，7月28日開始集束支架搭設(shè)，7月31日完成大里程側(cè)的搭設(shè)，8月5日完成17號(hào)墩小里程側(cè)的搭設(shè)。在開展工作面有限，各工序交叉，施工組織難度大的狀況下，從結(jié)構(gòu)優(yōu)化到精心安排施工組織，整個(gè)集束支架從設(shè)計(jì)到完成僅耗時(shí)10d，為搶險(xiǎn)工程贏得寶貴的時(shí)間。現(xiàn)場(chǎng)集束支架搭設(shè)如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)集束支架搭設(shè)

2.3 大鋼管支架設(shè)計(jì)與施工

1)大鋼管支架設(shè)計(jì)

左幅17號(hào)墩小樁號(hào)側(cè)大鋼管支架采用鋼管樁及承臺(tái)技術(shù)，大樁號(hào)側(cè)采用鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)。大鋼管支架立柱采用φ630×10鋼管，平聯(lián)及斜撐為φ273×9鋼管，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段為4m，底部通過法蘭盤、地腳螺栓連接基礎(chǔ)，頂部布置3I56a主橫梁，3I36a主縱梁，主縱梁上方鋪設(shè)鋼頂筒，將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞至大鋼管支架(見圖4)。

圖4 大鋼管支架結(jié)構(gòu)

2)大鋼管支架驗(yàn)算

為保證不出現(xiàn)落梁風(fēng)險(xiǎn)，支架承載力按最不利工況(T梁與蓋梁完全脫空，大鋼管支架承受所有上部結(jié)構(gòu)荷載)設(shè)計(jì)。荷載計(jì)算上部結(jié)構(gòu)自重及承載力同集束支架，仍取1.1為安全系數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明：大鋼管支架豎向位移最大值為2.2mm，最大組合應(yīng)力值為25.2MPa，小于支架容許應(yīng)力210MPa，支架一階模態(tài)監(jiān)界荷載系數(shù)為51>4(容許值)，說明結(jié)構(gòu)抗傾覆滿足要求，該結(jié)構(gòu)理論計(jì)算合格。

3)大鋼管支架施工

大鋼管支架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)采用汽車式起重機(jī)安裝，調(diào)整節(jié)、承重梁、分配梁均采用手拉葫蘆配合卷揚(yáng)機(jī)安裝，立柱鋼管間采用高強(qiáng)螺栓連接。8月8日硬化17號(hào)墩大里程側(cè)鋼管支撐基礎(chǔ)，8月10日開始搭設(shè)大鋼管支架，8月18日完成，17號(hào)墩小里程側(cè)自9月10日開始搭設(shè)，9月17日完成(見圖5)。

圖5 大鋼管支架現(xiàn)場(chǎng)施工

2.4 支架應(yīng)力監(jiān)測(cè)

根據(jù)搶險(xiǎn)的緊急及特殊性，支架搭設(shè)完成后未進(jìn)行支架預(yù)壓即投入使用，且在梁體橫、縱向位移不明確的情況下，支架受力情況也不明確。為進(jìn)一步掌握支架在使用過程中的安全狀態(tài)，在17號(hào)墩大樁號(hào)側(cè)集束支架頂設(shè)置應(yīng)力監(jiān)測(cè)設(shè)備，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，專人負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)。

1)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖6所示。

圖6 集束支架應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

2)安裝應(yīng)變監(jiān)測(cè)儀器時(shí)，支架已在受力狀態(tài)，儀器無法得到初始值。儀器安裝并調(diào)試完成后，測(cè)得穩(wěn)定值為80MPa，后續(xù)監(jiān)測(cè)降至40MPa。根據(jù)測(cè)定值變化，假定80MPa為中間值，取40MPa為上下安全浮動(dòng)值，即40MPa≤測(cè)得應(yīng)力值≤120MPa為安全，應(yīng)力>120MPa立即發(fā)出預(yù)警。

經(jīng)幾日連續(xù)24h對(duì)支架應(yīng)力監(jiān)測(cè)顯示，17號(hào)墩1T(1號(hào)T梁下方應(yīng)變儀器測(cè)的數(shù)據(jù)的平均值)受力最大，峰值為30MPa；17號(hào)4T(4號(hào)T梁下方應(yīng)變儀器測(cè)的數(shù)據(jù)的平均值)峰值最小，峰值為13.23MPa；且觀測(cè)值于8月17日以后趨于穩(wěn)定，符合墩柱右傾沉降的規(guī)律，小于理論計(jì)算容許應(yīng)力值，測(cè)得數(shù)據(jù)均穩(wěn)定于預(yù)警值范圍內(nèi)，表明支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，梁體變形趨于穩(wěn)定。

3 維修加固方案

3.1 病害分析及加固總體思路

埡壩大橋主要病害為L(zhǎng)17號(hào)墩嚴(yán)重沉降、偏位，導(dǎo)致16,17號(hào)墩頂主梁現(xiàn)澆段豎向拉斷，16號(hào)墩頂負(fù)彎矩段主梁翼緣橫向開裂，17號(hào)墩頂預(yù)制梁梁端馬蹄U形裂縫?？紤]T梁梁端1m范圍底部0.6m高度不參與受力的損傷模型，梁體受力基本滿足規(guī)范要求，僅受損梁端截面下緣最大壓應(yīng)力17.87MPa，超過規(guī)范限值(16.2MPa)，而該處主壓應(yīng)力17.87MPa滿足規(guī)范要求；經(jīng)梁端外包混凝土加固后梁體承載能力均可滿足規(guī)范限值要求。

針對(duì)以上情況，提出以下修復(fù)思路。

1)鑒于L17號(hào)墩出現(xiàn)了嚴(yán)重的傾斜、偏位，且存在樁基斷裂的可能，對(duì)其采取拆除重建。

2)對(duì)左幅第17，18跨梁體進(jìn)行空間復(fù)位。

3)鑒于左幅第17，18跨T梁預(yù)制段損傷程度較輕，在對(duì)端部進(jìn)行外包混凝土、重做現(xiàn)澆連續(xù)段和恢復(fù)墩頂預(yù)應(yīng)力鋼束后繼續(xù)利用。

3.2 樁基加固改造

1)L17號(hào)橋墩在橋梁外側(cè)新增4根φ2m樁基，樁基嵌入完整中風(fēng)化灰?guī)r6m。樁基采用人工挖孔樁成孔，鋼波紋管支護(hù)設(shè)計(jì)(見圖7)。

圖7 加固改造結(jié)構(gòu)

2)施工預(yù)應(yīng)力承臺(tái)外側(cè)橫梁，并在承臺(tái)橫梁上安裝φ820mm×16mm鋼管立柱作頂升平臺(tái)。

3.3 梁體頂升施工

1)在16號(hào)墩及18號(hào)臺(tái)蓋梁上安裝臨時(shí)縱向限位裝置。

2)利用新承臺(tái)外側(cè)橫梁上φ820mm×16mm鋼管頂升平臺(tái)，將梁體頂升至剛脫離支座卸力，切斷負(fù)彎矩鋼束，再水切割鑿除17號(hào)墩頂現(xiàn)澆連續(xù)梁。

3)再利用頂升平臺(tái)將梁體頂升復(fù)位，分級(jí)線性頂升，由內(nèi)向外每片梁頂升高度為86.1，79.3，72.6，65.8，59.1cm。梁體頂升結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 梁體頂升結(jié)構(gòu)

3.4 墩柱蓋梁提升復(fù)位

1)依托17號(hào)墩附近施工支架及原梁，搭建蓋梁提升復(fù)位系統(tǒng)(見圖9)。

圖9 墩柱蓋梁提升復(fù)位結(jié)構(gòu)

2)待蓋梁提升預(yù)緊后，對(duì)橋墩做限位措施，切斷原橋墩。

3)鑿除舊墩結(jié)合段，澆筑與新承臺(tái)結(jié)合段混凝土。

3.5 上部結(jié)構(gòu)加固

1)將L16，L17號(hào)墩頂負(fù)彎矩鋼束切斷，水切割鑿除現(xiàn)澆連續(xù)段并保留原鋼筋，水切割鑿除墩頂兩側(cè)各15m范圍內(nèi)橋面現(xiàn)澆層，T梁頂板局部開槽重新布置負(fù)彎矩鋼束，采用扁錨，單端張拉。

2)水切割鑿除L17號(hào)墩頂T梁端部2m范圍內(nèi)松散混凝土，鑿毛腹板及馬蹄，封閉混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，植筋外包15cm厚C50自密實(shí)混凝土加固。

3)橋面護(hù)欄及鋪裝按原設(shè)計(jì)恢復(fù)。

3.6 混凝土常規(guī)病害處治

1)混凝土裂縫處治 主梁翼緣板、梁肋、橫隔板裂縫寬度<0.15mm時(shí)采用表面封閉法處理，否則采用壓力注膠法處理，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。

2)混凝土表面缺陷修復(fù) 對(duì)于混凝土表面存在的蜂窩、麻面、混凝土剝落、缺損、凹陷等缺陷，先鑿除松散、破損的混凝土，露出新鮮混凝土，然后利用人工除銹的方法對(duì)缺陷部位的鋼筋除銹，并將混凝土表面清理干凈，涂刷阻銹劑后，再采用聚合物水泥砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

4 結(jié)語

對(duì)埡壩大橋險(xiǎn)情誘因進(jìn)行調(diào)查，制定了有效的臨時(shí)支護(hù)及病害維修加固方法，總結(jié)如下。

1)因埡壩大橋17號(hào)橋墩發(fā)生傾斜，搶險(xiǎn)第一時(shí)間采用集束支架、斜撐及大鋼管支架對(duì)其上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行臨時(shí)支撐，維持整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止橋墩持續(xù)變形發(fā)生突然落梁。

2)針對(duì)橋墩病害，在橋梁17號(hào)墩外側(cè)新增4根φ2m 的樁基，原位拆除并新建承臺(tái)、墩柱、蓋梁，在不破壞原設(shè)計(jì)理念的前提下，保證埡壩大橋后期運(yùn)營(yíng)期間結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定。

3)針對(duì)上部結(jié)構(gòu)病害，采用梁體頂升復(fù)位，原位修復(fù)T梁端部后再利用，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，有效的節(jié)約工程造價(jià)成本。相較梁體整體拆除、修復(fù)后再架設(shè)方案，極大程度的減少搶險(xiǎn)加固工期，符合搶險(xiǎn)加固工程施工特點(diǎn)及要求。

4)通過對(duì)應(yīng)急搶險(xiǎn)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)及加固搶險(xiǎn)的研究，為類似搶險(xiǎn)工程提供經(jīng)驗(yàn)和參考。