大跨徑連續(xù)梁橋縱向頂推復(fù)位施工技術(shù)-文檔

1、大跨徑連續(xù)梁橋縱向頂推復(fù)位施工技術(shù)一、前言隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 中國的橋梁建設(shè)也取得了巨大成績(jī)。截止目前， 全國共有各類橋梁約62 萬座. 其中大跨徑連續(xù)梁橋也得到了大量應(yīng)用。但是, 隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的推移，有的大跨徑連續(xù)梁出現(xiàn)了各種病害，例如：縱向移位. 當(dāng)縱向位移過大時(shí)， 將出現(xiàn)梁端伸縮縫頂死，支座錯(cuò)位嚴(yán)重、制動(dòng)墩出現(xiàn)剪切裂縫等病害，甚至發(fā)生梁端混凝土擠壓破碎、梁端支座失效等嚴(yán)重后果. 針對(duì)以上問題， 筆者試圖結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)并配合結(jié)構(gòu)受力分析來總結(jié)大跨徑連續(xù)梁橋縱向頂推復(fù)位技術(shù)。二、依托工程陜西省某座橫跨黃河的連續(xù)梁橋，上部結(jié)構(gòu)為（530+530)m 裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁（陜西引橋)+

2、（50+480+50)m 現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁（主橋）+（425 425） m現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁（山西引橋) 。下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩（引橋） , 薄壁墩（主橋) ，肋式臺(tái) , 鉆孔灌注樁基礎(chǔ) . 其中主橋中墩 (13 墩) 為固結(jié)墩 , 起制動(dòng)作用，其余主墩為支座墩， 設(shè)有大型盆式支座。其中山西段引橋位于小半徑平曲線上。目前，該橋已運(yùn)營(yíng)了十余年, 由于長(zhǎng)期受重載交通的影響， 主橋出現(xiàn)了向山西方向較大的縱向位移，并導(dǎo)致制動(dòng)墩（ 13墩 ) 頂出現(xiàn)了 45 度方向剪切斜裂縫, 最大裂縫寬度達(dá)到了0。8mm。山西方向主引橋間伸縮縫嚴(yán)重頂死，并導(dǎo)致伸縮縫型鋼破壞。各支座墩及過渡墩頂盆式支座均出現(xiàn)了

3、不同程度的上下鋼板錯(cuò)位現(xiàn)象。詳見表1 所示.表 1主橋縱向偏位情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)表由表 1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 可得到主橋縱向偏位控制數(shù)據(jù)， 見表 2 所示:表 2主橋復(fù)位控制標(biāo)準(zhǔn)表備注 伸縮縫偏差 =( 陜西端伸縮縫寬度山西端伸縮縫寬度） 2;支座相對(duì)錯(cuò)動(dòng)偏差為大小樁號(hào)兩個(gè)墩的平均值；中墩垂直度偏差為13#墩頂中心與墩底中心的投影距離差； 平均值為各項(xiàng)偏差數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。三、縱向移位原因分析從表 1 可以看出： 伸縮縫陜西端寬度為30。6cm，山西端寬度為20.7cm， 陜西端比山西端寬度大了9。9cm，說明主橋整體向山西方向偏 移了 4。95cm（假定伸縮縫安裝的時(shí)候其寬度是一致的) ； 各墩

4、頂支座上下鋼板錯(cuò)動(dòng)情況，由陜西端的10#墩最大17cm，到山西端的16墩最小 -5cm，各墩支座錯(cuò)動(dòng)程度依次減小。分析以上現(xiàn)象 , 結(jié)合本橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工工藝，可以初步判斷主橋產(chǎn)生縱向偏位的原因?yàn)椋海?) 主橋施工方案及施工工藝本橋主橋采用掛籃懸臂施工工藝，其中11、 12、 14#、15主墩為支座墩 , 過程采用臨時(shí)固結(jié)工藝，13墩為固結(jié)墩， 在懸澆過程中均為墩梁固結(jié)的單“T”結(jié)構(gòu)。由于各支座墩在支 座安裝時(shí)無法準(zhǔn)確預(yù)估合攏時(shí)間和合攏溫度，因此也就無法根據(jù)合攏溫度與設(shè)計(jì)溫度的偏差來提前對(duì)支座進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)偏處理，也就是說支座在安裝時(shí)其上下鋼板應(yīng)該是嚴(yán)格對(duì)齊的。最終主橋成橋必然要經(jīng)過多次合攏過

5、程。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)果，主橋在合攏過程中各墩頂支座上鋼板必然會(huì)隨主梁發(fā)生向13墩（主橋中墩）的偏移 , 而不同的合攏順序也會(huì)導(dǎo)致各墩頂支座上鋼板偏移不一致 ,10# 和 16#墩梁端位移最大 ,11# 和 15墩次之，12和 14#主墩最小。也就是說，在全橋合攏完成時(shí)，各支座墩支座上下鋼板即發(fā)生了向靠近13#墩方向的錯(cuò)動(dòng)，這時(shí)13#墩應(yīng)保持垂直狀態(tài) .（2）溫度影響主橋在降溫（相對(duì)于合攏溫度）作用下發(fā)生收縮，再加上合 攏過程中主梁變形引起的支座上下鋼板錯(cuò)動(dòng)，兩者疊加， 將會(huì)導(dǎo)致各支座墩支座上鋼板遠(yuǎn)離13墩側(cè)的錨固螺栓被剪斷, 這時(shí)13#墩仍應(yīng)保持垂直狀態(tài)。(3 ）梁端伸縮縫垃圾嚴(yán)重堵塞及溫度

6、共同作用主橋陜西端伸縮縫破壞嚴(yán)重， 加之前幾年大量超載的運(yùn)煤車在經(jīng)過伸縮縫時(shí)將煤拋灑嚴(yán)重 , 并順伸縮縫間隙下漏將陜西端主橋與引橋梁端嚴(yán)重堵塞。 當(dāng)主橋在低溫時(shí)陜西端梁端被垃圾嚴(yán)重堵塞，在高溫主梁伸長(zhǎng)時(shí), 由于陜西端梁端已被垃圾堵塞，無法自由伸長(zhǎng)， 勢(shì)必將導(dǎo)致主橋向山西方向發(fā)生偏移。經(jīng)過多年反復(fù)的的惡性循環(huán) , 主橋向山西方向的偏位越來越嚴(yán)重，并最終導(dǎo)致了 13#固結(jié)墩因墩頂強(qiáng)迫位移過大而產(chǎn)生了斜裂縫！而 14、15和 16#墩支座上下鋼板因成橋時(shí)向府谷方向發(fā)生了錯(cuò)動(dòng)，當(dāng)主橋向保德方向發(fā)生偏移后, 其錯(cuò)動(dòng)明顯減小，其中15#墩頂目前剛好恢復(fù)到初始安裝狀態(tài),16# 墩支座目前仍處于向府谷方向錯(cuò)動(dòng)

7、狀態(tài)。四、縱向頂推復(fù)位施工方案4。1基本思路由表 2 結(jié)果可以看出，主橋向山西方向偏移了 5。05cm,13主墩發(fā)生了嚴(yán)重的斜向剪切裂縫 , 且山西端伸縮縫已經(jīng)嚴(yán)重頂死并破壞。因此必須對(duì)主橋進(jìn)行復(fù)位施工。由于山西方向引橋位于小半徑平曲線上， 因此無法實(shí)現(xiàn)利用引橋傳遞至橋臺(tái)上來提供主橋縱向頂推的反力 . 且主橋自重比引橋自重大的多， 所引起的摩擦反力也比引橋大的多， 若利用引橋的摩擦阻力和橋臺(tái)抗力來提供主橋縱向頂推的反力， 將會(huì)導(dǎo)致主橋還沒有開始復(fù)位時(shí)引橋就已經(jīng)發(fā)生偏位了。主橋縱向頂推復(fù)位的阻力主要為各支座位置的摩擦阻力及 13#固結(jié)墩抗推阻力。由于11、 12#、14、15#主墩與 13主墩原

8、設(shè)計(jì)抗推剛度分別一樣，且13#墩目前存在斜裂縫, 其剛度有所降低 , 故頂推過程中11、12#、14#、15#主墩與 13 號(hào)主墩的縱向變形比應(yīng)小于1：4，基本可以確保13墩復(fù)位后 11#、 12、 14、 15主墩也不會(huì)發(fā)生較大的變形( 約為9mm左右）。因此可以考慮利用11#、12、 14#、15支座主墩的剛度來提供主橋縱向復(fù)位頂推反力，必要時(shí)可在山西方向主梁端采用反力架利用 16過渡墩的抗剪能力來提供一部分頂推反力。頂推過程阻力計(jì)算支座摩擦阻力主橋 10 12、14 16 孔恒載自重為112432kN，保守計(jì)算， 每個(gè)支座墩頂最大豎向反力為28108kN，考慮到施工過程不封閉交通, 每個(gè)

9、墩頂再考慮8 輛重車荷載共計(jì)6400 kN, 則每個(gè)墩頂總重為 34508 kN 。由于本橋所位地區(qū)冬季溫度很低，故其支座采用的是耐寒型支座，其摩擦系數(shù)在添加5201 硅脂潤(rùn)滑后仍達(dá)到約 6。即每個(gè)墩頂?shù)哪ψ枇?45080.0 6=2070。5kN, 總的摩阻力為 2070。54=8282 kN。13#固結(jié)墩彈性阻力由于本橋處于縱向偏位狀態(tài)已達(dá)數(shù)年之久，13主墩開裂后其應(yīng)力已進(jìn)行重分布，重新處于平衡狀態(tài), 但考慮到墩頂斜裂縫的存在，其剛度有所降低，故其剛度按50進(jìn)行折減，采用MIDAS/CIVIL （ V7。8.0 ）結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行分析計(jì)算，13#墩恢復(fù)到原位時(shí) , 其墩頂需施加約9000

10、kN 的水平推力。以由上兩部分阻力計(jì)算可得出，主橋縱向復(fù)位的頂推力合計(jì)為：8282+9000=17282kN，即 1728。2 噸.頂推復(fù)位施工方案由于頂推屬于短暫狀況過程臨時(shí)荷載, 而規(guī)范限值均考慮了一定的荷載持續(xù)時(shí)間, 具有一定的安全儲(chǔ)備系數(shù), 因此，本橋在頂推過程中墩身安全狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)可按規(guī)范中的限值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，即不超過規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度, 不考慮安全系數(shù)。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)， 以頂推過程中主墩不開裂為前提，可換算得到每個(gè)主墩可承受的最大水平頂推力為3400 kN ，四個(gè)主墩共可提供頂推反力:3400 4=13600kN， 小于17282kN的阻力。 因此必須采取措施將阻力降至17282 kN

11、以下。由于 11、 12、 14#、15#墩頂采用的耐寒型支座，其摩擦系數(shù)達(dá)到了0.06 ，而常溫型支座其摩擦系數(shù)只有0。03，經(jīng)對(duì)優(yōu)質(zhì)的常溫型四氟滑板與不銹鋼板間( 注 5201 硅脂）的摩擦系數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)，最小的可以達(dá)到約0.01.也就是說 , 如果在原耐寒型支座間再加入一層常溫型四氟滑板和一層不銹鋼板，可將其摩擦阻力降至原來的六分之一！這時(shí)各個(gè)主墩承受的反力為： 345080.01 4+9000=10380kN，小于四個(gè)主墩可承受的最大水 平頂推力 13600 kN ?？紤]到 13#主墩剛度按50進(jìn)行折減有可能折減過多, 為確保頂推施工一次成功，除在11#、12#、14、15墩頂施加

12、水平頂推力外 , 可在山西方向梁端加工一套反力架，利用過渡墩(16墩）抗剪能力來提供水平頂推反力，其方案如下圖所示。圖 1梁端頂推反力架示意圖反力架作用原理為：利用過渡墩（ 16#墩）抗剪能力來提供縱向位移的抗力，利用錨固在墩底的錨固壓塊將中橫梁和中縱梁壓住，實(shí)現(xiàn)對(duì)支架在頂推時(shí)產(chǎn)生的沿立柱向上位移的限位，利用前橫梁并通過其下鋪設(shè)的大塊鋼板將反力架前端產(chǎn)生的向下的反力傳遞給橋下路面來承擔(dān)，最終實(shí)現(xiàn)在主梁端施加頂推力。本套反力架可提供反力6000kN，結(jié)合 11#、12、 14#、15墩身可提供的反力, 總共可提供反力為34004+6000=19600kN通過同時(shí)在 11、 12、 14、15墩頂

13、和在山西方向梁端施加水平頂推力，可以確保主橋縱向頂推復(fù)位順利實(shí)現(xiàn)。根據(jù)上述論證結(jié)果，確定主梁頂推的工藝流程為:準(zhǔn)備工作梁端伸縮縫雜物清理，支座修復(fù)， 安裝頂推錨固塊，拼焊梁端反力架各墩逐墩頂升，安裝常溫型四氟滑板不銹鋼板同時(shí)在11#、12、14#、15#墩頂和山西方向梁端施加水 平頂推力進(jìn)行分級(jí)同步縱向頂推復(fù)位, 同步進(jìn)行監(jiān)測(cè)頂推到位后復(fù)測(cè)各主墩垂直度及主橋兩端伸縮縫寬度各墩逐墩頂升，拆除滑動(dòng)裝置， 主梁就位 13墩外包混凝土加固拆除頂推裝置錨固塊和梁端反力架鋼構(gòu)件防腐處理及結(jié)構(gòu)外觀修復(fù).限于篇幅此處不詳細(xì)介紹施工步驟了。五、縱向頂推復(fù)位結(jié)果經(jīng)過前期周密的施工準(zhǔn)備后, 本橋于 2012 年 8

14、 月中旬成功實(shí)現(xiàn)了主橋縱向復(fù)位。 現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)設(shè)計(jì)單位的意見，最終實(shí)現(xiàn)了頂推復(fù)位 3.7cm（為控制值 5.05cm的 73%），頂推力合計(jì) 12000kN（為最大反力 19600 kN 的 61%）, 與前期分析基本吻合。六、縱向頂推復(fù)位施工技術(shù)總結(jié)通過對(duì)本橋縱向偏位的成功復(fù)位施工，可總結(jié)出大跨徑連續(xù)梁橋縱向頂推復(fù)位施工技術(shù)如下：（1) 認(rèn)真調(diào)查了解并分析主梁縱向偏位的原因；（2）確定縱向復(fù)位的控制標(biāo)準(zhǔn)；（ 3) 根據(jù)縱向偏位的原因并結(jié)合主梁的結(jié)構(gòu)型式選用合理的施工方案 : 當(dāng)無引橋或雖有引橋但引橋位于平直線上時(shí)，可利用橋臺(tái)作為縱向水平頂推的反力，必要時(shí)需對(duì)橋臺(tái)進(jìn)行加固處理； 當(dāng)引橋位于小半徑平曲線上時(shí)，可利用各支座墩墩身剛度來提供縱向頂推水平反力, 但需要經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析計(jì)算確定主墩在不出現(xiàn)裂縫狀態(tài)下可提供的最大反力，以免使主墩因承受過大的水平推力而發(fā)生開裂，影響結(jié)構(gòu)耐久性，甚至影響結(jié)構(gòu)安全； 當(dāng)各主墩所能提供的水平反力不足以克服阻力時(shí)，可根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)型式，對(duì)較矮的墩身進(jìn)行臨時(shí)加固以增強(qiáng)其水平反力; 當(dāng)以上方案仍不