高墩桥梁桥墩偏移病害分析与纠偏处理

　文章编号:１６７３－６０５２(２０１９)１２－００３７－０４　　　　　　ＤＯＩ:１０.１５９９６/ｊ.ｃｎｋｉ.ｂｆｊｔ.２０１９.１２.０１０

高墩桥梁桥墩偏移病害分析与纠偏处理

吴宏业

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司　沈阳市　１１０１６６)

　　摘　要:高墩桥梁易发生盆式支座超限滑移、剪切破坏的情况ꎬ严重时对应过渡墩发生较为明显的桥墩单向偏移等病害ꎬ有的桥墩竖直度方向上已偏离达十几甚至几十厘米ꎬ严重危害桥梁结构运营安全ꎮ结合工程实践ꎬ分析了这些病害产生的原因ꎬ总结了支座安装缺陷对高墩桥墩受力影响的规律ꎬ并结合病害情况给出了纠偏处理方案及施工技术要点ꎬ以供类似工程项目参考ꎮ

　　关键词:高墩桥梁ꎻ支座安装缺陷ꎻ桥墩偏移ꎻ墩柱纠偏

中图分类号:Ｕ４４５.７＋１　　　　　　文献标识码:Ｂ

１　研究背景

桥梁检查是对公路桥梁构造物进行周期性检查ꎬ系统地掌握其技术状况ꎬ及时发现桥梁缺陷和损伤的性质、部位、严重程度、发展趋势以及相关环境的变化ꎬ找出产生缺陷和损伤的主要原因ꎬ分析和评价其对桥梁使用功能和承载能力的影响ꎬ为桥梁维修加固设计提供数据和依据ꎮ在例行的桥梁定期检查中ꎬ我们发现部分高墩桥梁发生了如下病害(见图１~图４):

(１)盆式支座超限滑移、破坏性滑移ꎬ部分四氟

图１　四氟滑板从支座钢盆中滑移变位脱出

滑板从支座钢盆中滑移变位甚至脱出ꎬ已无法正常使用ꎻ梁与支座正常的面接触已变为支座钢盆单边接触ꎬ二者之间有一定的夹角ꎮ

落ꎬ导致梁体高程变化ꎬ桥面系伸缩缝处出现错台ꎬ给行车带来隐患ꎮ

移ꎬ部分桥墩偏移明显ꎬ竖直度严重超标ꎬ不满足规范要求ꎻ梁体分联伸缩缝中心线与墩顶中心线明显偏离ꎮ

２　桥墩偏移病害检查及原因分析２.１　针对性检查主要检测内容

在进行桥梁定期检查时ꎬ针对前述的桥梁病害情况进行了竖直度测量检查ꎮ具体检测内容如下:

图３　部分梁体从支座钢板顶接近脱落

(２)梁体从支座钢板顶接近脱落甚至已经脱

(３)桥墩特别是墩顶部位向纵坡升坡方向偏

图２　盖梁升坡方向爬移

(４)墩底附近出现大量环向裂缝ꎬ竖向裂缝ꎮ

(１)上、下行墩柱裂缝调查、支座病害调查ꎬ重

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纵坡基本一致ꎬ如未进行调平处理或者调平处理效果不理想ꎬ即造成支座滑动面处于倾斜状态ꎮ而常规现浇预应力箱梁施工时多为现浇结构ꎬ梁底找平钢板或者找平垫块相对好处理ꎬ这就解释了为什么大多数发生此类型病害的上部结构类型以Ｔ梁为主ꎮ

其次ꎬ桥梁上部结构荷载对墩柱产生的压力会

图４　墩底大量的环向裂缝

对墩柱形成向上坡方向的水平分力ꎬ这个水平力作用于桥墩墩顶ꎬ桥墩向上坡方向偏移ꎬ表现为梁体与桥墩之间支座滑动面的相对滑移ꎬ桥墩竖直度远超点关注过渡墩病害情况ꎻ

(２)墩柱的竖直度测量并与设计值进行比较ꎬ包括顺桥向与横桥向ꎬ确定ꎻ桩的偏位(３)桩位坐标测量ꎻ

ꎬ座下钢板平面位置(４)测量所有过渡墩盖梁尺寸及支座垫石ꎬ测量过渡墩支座上钢板与梁底、支

预埋钢板的平面尺寸ꎬ梁底预埋钢板及支座底钢板横、顺桥向的倾斜度ꎻ

(５)(６)测量盆式支座尺寸测量盖梁尺寸及盖梁横坡、外环直径梁与过渡墩墩顶盖梁间

ꎻꎻ的位置(７)ꎮ

测量过渡墩墩顶Ｔ２.２　桥墩偏移病害的特点及原因分析

经过整理分析发现ꎬ发生此类病害的桥梁大多数有如下共性特点:Ｔ梁、长联、盆支、升坡、高墩、过渡墩位置、墩底开裂ꎮ即大多数发生病害的上部结构类型以Ｔ梁为主ꎬ桥梁上下行分幅ꎬ桥面净宽１１􀆰此类型病害２５ｍ左右ꎻꎬ５梁底采用的支座为盆式支座片Ｔ梁ꎬ罕有现浇预应力箱梁发生ꎻ多孔长联桥梁、跨径组成以５孔３０ｍꎬ４孔３０ｍ为主ꎻ坡度较大ꎬ一般纵坡坡度均大于１.５％ꎬ坡度越大ꎬ病害越严重ꎻ下部结构多为桩柱式基础ꎬ双柱式桥墩ꎬ墩高较高ꎬ一般为１５~３５ｍꎮ发生病害的桥墩多为过渡墩或者过渡墩较为严重ꎬ中间墩较轻ꎬ而且所有整联与整联之间的过渡墩在纵向均往上坡方向即爬坡的方向偏移ꎮ竖直度偏离大的即墩顶偏移严重的墩位处的墩底出现了多道半环向裂缝ꎮ

究竟是什么原因引起的此种类型病害呢?原因分析如下:最直接最主要原因是由于采用的盆式支座滑动支撑面不水平导致的ꎮ

首先ꎬＴ梁为预制桥梁结构ꎬ预制后Ｔ梁梁底的预埋钢板与梁体密贴ꎬ吊装安装时预埋钢板与总体

规范要求标准ꎮ偏移值与上部结构荷载大小、支撑面纵坡大小、桥墩直径和高度等因素有关ꎮ上部荷载、桥墩直径和高度一定的情况下ꎬ支撑面坡度越大ꎬ桥墩偏移值越大ꎮ当偏移值超过了支座实际允许滑移量时ꎬ支座顶板的不锈钢板边缘伸入四氟滑板ꎬ呈现出支座超限滑移和四氟滑板被剪切破坏的病害ꎮ当墩柱偏移到一定程度ꎬ其地面以上与偏移相反方向一定范围内混凝土拉应力超过了允许值后ꎬ墩底混凝土表面可见区域就会出现环向裂缝ꎮ３　桥墩偏移纠偏处理

针对以上的病害ꎬ必须快速作出反应ꎬ及时进行纠偏处理ꎬ防止病害进一步发展及扩大ꎮ同时ꎬ为了能更真实、更准确地进行纠偏处理ꎬ需要对纠偏工程进行实时监控ꎬ准确给出纵向顶推力ꎬ测准水平恢复位移值ꎬ做好弹性回弹位移记录ꎮ具体桥墩偏移纠偏过程及内容如图５ꎮ

图５　桥墩偏移纠偏过程

２０１９年　第１２期　　　　　　　　　　吴宏业:高墩桥梁桥墩偏移病害分析与纠偏处理—３９—

４　不同的纠偏施工工艺

工艺一:采用反力架形式纠偏复位桥梁墩柱ꎮ在桥梁墩帽位置安装反力架ꎬ通过千斤顶顶升反力架与横隔板对桥梁墩柱进行纠偏ꎬ由墩柱基础系统提供反力支持ꎮ根据现场情况ꎬ在墩盖梁上安装反力架ꎬ根据本次桥梁的上部荷载及安全角度考虑ꎬ确定出千斤顶的布置位置ꎮ千斤顶的位置均匀对称布置ꎬ并布置在Ｔ梁端横隔梁下部ꎮ见图６ꎮ

工艺二:采用摩阻反力形式纠偏复位桥梁墩柱ꎮ在桥梁纵梁梁底位置安装反力架ꎬ其中紧贴梁底底

层设置摩阻力大的摩擦面ꎬ垫石顶层设置摩阻力小四氟滑板的摩擦面ꎬ通过千斤顶水平支顶ꎬ利用顶底层的摩阻力差来提供反力从而对桥梁墩柱进行纠偏ꎬ即借助自身来提供反力支持ꎮ在墩盖梁上无需安装反力架ꎮ见图７ꎮ

显然ꎬ对于纠偏工程ꎬ工艺二不破坏结构体本身ꎬ巧妙地利用了四氟滑板等材料的摩阻系数差ꎬ利用上部结构作为反力系统约束ꎬ无需在墩盖梁上安装反力架等操作ꎬ简单快捷ꎮ优于方案一ꎮ

图６　反力架形式水平顶推反力装置示意图

图７　摩阻反力差形式水平顶推反力装置示意图

５　水平顶推力的确定

以某高速公路大桥桥墩偏移病害为例ꎬ给出水平顶推力的确定原则ꎮ该桥为上、下行ꎬ上行跨径布置为１１×３０ｍꎬ下行跨径布置为１０×３０ｍꎮ上行４道型钢伸缩缝ꎬ下行３道型钢伸缩缝ꎬ上行设置在０、１１号台顶ꎬ３、７号墩顶ꎻ下行设置在０、１０号台顶ꎬ５号墩顶ꎮ支座均为盆式橡胶支座ꎬ上部结构均为预应力混凝土连续Ｔ梁ꎬ每孔５片梁ꎬ交角均为筋混凝土重力式台ꎬ扩大基础ꎬ钢筋混凝土双柱式桥９０°ꎬ设计桥梁纵坡为２.５％~４％ꎻ下部结构均为钢墩ꎬ桩基础ꎮ桥墩高度约２０~３０ｍꎬ墩径１６０ｃｍꎮ上

行３－１号墩原始墩柱顺桥向偏移量为３４０ｍｍꎬ上行３－２号墩原始墩柱顺桥向偏移量为２７２ｍｍꎮ

图８　水平顶推力示意图

如何确定最大的水平力呢?假定墩底处承台顶

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　　将上行３－１号墩Δ＝３４０ｍｍ和Ｌ＝２６３３０ｍｍ带入计算可得Ｐ＝１８０ｋＮꎬ最大的水平力Ｆ＝２Ｐ＝３６０ｋＮꎮ

表１　上行３号墩纠偏过程中最大顶推力变化表

工况第一级顶推６ｃｍ第二级顶推４ｃｍ

最大顶推力(ｋＮ)

２００２３０３３０３７３７８

图９　墩柱偏移病害及水平支顶变位图

第三级顶推３ｃｍ第四级顶推２ｃｍ第五级顶推２ｃｍ

为位移零点ꎬ墩顶处由于病害的发生ꎬ产生了位移为“Δ”的水平偏位ꎮ墩顶承受的水平分力为“ｆ”ꎬ桥墩变形形成的弹性恢复力为“Ｐ”ꎬ二者平衡使得桥墩暂时稳定“ｆ＝Ｐ”ꎮ当施加逐渐增大的外力“Ｆ”时ꎬ桥墩变形形成的弹性恢复力逐渐减小为０ꎬ当“Ｆ＝ｆ”时ꎬ系统又重新平衡在了竖直位置ꎬ但是此时有一个外力“Ｆ”ꎬ如果撤掉外力“Ｆ”ꎬ系统又将重新弹性变形ꎬ甚至可以恢复到位移为“Δ”的水平偏位ꎬ因此需要继续增大水平外力ꎬ当“Ｆ＝ｆ＋Ｐ”时ꎬ此时系统将反向产生一个弹性恢复力“Ｐ′”ꎬ二者可以重新平衡ꎬ使得桥墩稳定“ｆ＝Ｐ′”ꎬ水平顶推力即为２Ｐꎬ考虑桩基有一定的影响ꎬ因此最大的水平顶推力会稍大于２Ｐꎮ

其中:Δ＝

ＰＬ３ＥＩ

３

３７８ｋＮꎬ比３６０ｋＮ增大５％ꎬ符合以上规律ꎮ

　　由表１中数据可见ꎬ实际纠偏时最大顶推力为

通过实际工程、现状调查等手段ꎬ对桥墩偏位病

害进行研究ꎮ结合实际病害重点分析了这些病害发生的原因ꎬ总结了支座安装缺陷对高墩桥墩受力影响的规律ꎬ给出了几种纠偏处理方案并进行了说明与对比ꎬ以供工程项目参考ꎮ

参考文献

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[２]　曾勇ꎬ田世清ꎬ唐赐明.连续梁桥桥墩纠偏顶推受力分析[Ｊ].

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ＰｉｅｒＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆＨｉｇｈＰｉｅｒＢｒｉｄｇｅ

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