【關鍵詞】　預應力; 　混凝土彎橋; 　病害; 　徑向作用; 　頂升; 　加固

1　概　況

　　廣東省某互通D匝道橋全橋長383 m (上跨C匝道及主線) ,橋?qū)?0 m,孔跨布置為3 ×20 + 3 ×20 + (20 + 20 + 24 +14) + 3 ×20 + 3 ×20 + 3 ×20 (m)預應力混凝土連續(xù)箱梁。3×20 m聯(lián)跨的梁高為1.1 m, 20 + 20 + 24 + 14 (m)聯(lián)跨的梁高1.4 m。連續(xù)梁頂?shù)装搴穹謩e為0.25 m、0.20 m (底板在暗橫梁附近變厚至0.4 m) ,單箱單室,箱底寬5.0 m,兩側(cè)懸臂均為2.5 m;箱梁腹板為直腹板,跨中腹板厚0.4 m,支點腹板厚0.6 m。中、端橫梁為預應力混凝土結構,并在每跨設置了兩道中橫隔板。主梁梁體采用C50混凝土,整體現(xiàn)澆施工。全橋平面位于R = 250 m、100 m、160 m的圓曲線及緩和曲線上,見圖1。

      橋墩均采用獨樁獨柱形式,墩身為1.0 m ×1.5 m的矩形。聯(lián)跨間交接墩設置托盤,橫向設雙支座,支座間距2.5m,對應樁徑<1.80 m;其他橋墩(中墩)設單支座,沒有托盤,對應樁徑<1.50 m。交接墩與中墩有不同的配筋率。樁底嵌入弱風化基巖2 m以上,柱高7～14 m樁長為6～22 m。

      由于本橋位于曲線上, 7、8、9、11、12號橋墩向曲線外側(cè)設偏心15 cm。支座均采用GPZ( Ⅱ)型盆式橡膠支座,限制徑向位移。墩柱采用C30混凝土,樁基及樁帽采用C25混凝土。

      該橋于2005年4月完成連續(xù)梁及防撞墻的施工,橋面鋪裝尚未施工,由于4月份連續(xù)高溫,發(fā)現(xiàn)該橋有扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,第3、4聯(lián)外側(cè)略有下降,內(nèi)側(cè)略有上翹,交接墩內(nèi)側(cè)支座有脫空。

2　問題分析

　　采用ANSYS空間軟件進行結構分析。預應力部分完全按空間力學考慮, 計算分析過程按照實際施工情況進行考慮, 即澆注主梁混凝土、預應力鋼束張拉、施工防撞墻、橋面鋪裝、使用、運營階段(包括升降溫、日照、沉降差、活載) 。橋墩納入空間計算模型。表1、表2是按原設計計算的支座反力。

      從表1、表2的計算數(shù)據(jù)可以看出,第3聯(lián)和第4聯(lián)在活載作用下會發(fā)生梁體扭轉(zhuǎn)失穩(wěn),需要進行加固設計。還可以分析出,預加力和頂板升溫是支座脫空、梁體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)的主要原因:

(1)梁體上下緣溫差會使梁產(chǎn)生翹曲變形,直接表現(xiàn)就是支座脫空。

(2)預加力徑向分量對梁的扭轉(zhuǎn)作用。鋼束任意段上預加力徑向分量與該段到結構重心的距離之積就是該段預加對梁的扭轉(zhuǎn)作用[ 1 ]。活載的曲線外側(cè)偏載作用是結構設計需要滿足的承載要求。另外,原設計的橋墩本身橫向強度不足,不能承受活載離心力。

3　橋梁加固

　　加固方案要能解決支座脫空問題,并使結構能夠長期、正常情況工作,保證橋梁運營的安全。同時要使加固工期短,

3.1　加固方案

(1)連續(xù)梁第2聯(lián)3 ×20 m: 3號墩不動; 4、5號墩支座向外側(cè)(路線前進方向右側(cè))移動25 cm; 6號墩內(nèi)側(cè)支座不動,外側(cè)支座向外移65 cm,支座間距3.15 m。

(2)連續(xù)梁第3聯(lián)20 + 20 + 24 + 14 (m) : 6、10號墩在外側(cè)各加1根<1.20 m樁基,接長承臺,橫向外側(cè)加寬0.86 m橋墩截面,托盤橫向加寬,內(nèi)側(cè)支座不動,外側(cè)支座外移65 cm,支座間距3.15 m; 8號墩外側(cè)加1根<1.20 m樁基,接長承臺,橫向外側(cè)加寬0.8 m橋墩截面,加托盤改設雙支座,原有支座移向外側(cè),內(nèi)側(cè)新增1個GPZ(Ⅱ) 510DX盆式橡膠支座,內(nèi)側(cè)支座距離橋梁中心線0.55 m,外側(cè)支座距離橋梁中心線1.65 m,支座間距2.2 m; 7、9號墩只將支座向外移25 cm。

(3)連續(xù)梁第4、5聯(lián)3 ×20 m: 13、16號墩在外側(cè)各加1根<1.20 m樁基,接長承臺,橫向外側(cè)加寬0.86 m橋墩截面,托盤橫向加寬,內(nèi)側(cè)支座不動,外側(cè)支座外移65 cm; 11、12、14、15號墩只將支座外移25 cm。

(4)第1、6聯(lián)3 ×20 m連續(xù)梁位于R = 250 m、R = 160 m的圓曲線及緩和曲線上。按R = 160 m計算分析3 ×20 m連續(xù)梁,營運階段最不利組合沒有支座脫空情況。第1、6聯(lián)不作處理。

(5)在6、10、13、16號墩加寬托盤的同時,在外側(cè)增設鋼筋混凝土限位擋塊。加固后的支座反力及橋墩柱底內(nèi)力見表3～表6。

表6　第4聯(lián)橋墩內(nèi)力(柱底)

注: 11“容許”項,加樁橋墩在相應軸力情況下橋墩截面能承受的極限彎矩,中墩在相應軸力情況下樁基截面能承受的極限彎矩。21橋墩內(nèi)力中的軸力是對應彎矩的軸力。

　　在4、5、7、9、11、12、14、15號橋墩盡可能向曲線外側(cè)移動支座,以減小梁的扭矩傳到墩上;在6、8、10、13、16號橋墩加樁、加柱身截面、加托盤、移支座,是為了承受汽車離心力及溫度、預加力引起的梁的扭矩,并限制因梁扭轉(zhuǎn)引起的水平位移,從而減小其他橋墩的彎矩。

3.2　施工步驟

(1) 在6、8、10、13、16號橋墩外側(cè)進行增設樁基施工。

(2) 在6、8、10、13、16號橋墩墩身、托盤、承臺確定植筋鉆空位置, 進行植筋鉆孔。墩身、承臺表面新舊混凝土結合面鑿毛清洗干凈, 鉆孔、清孔、干燥、植筋。

(3) 進行6、8、10、13、16號橋墩承臺、墩身托盤加寬施工。

(4) 在6、8、10、13、16號橋墩施工同時, 在所有橋墩改橫橋向雙支座和移支座處。應根據(jù)支座高度、平面尺寸及支座位置采取不同措施將梁底調(diào)平, 以便安裝支座。梁底調(diào)平措施可以采用1 cm厚鋼板, 在鋼板與箱梁底間添塞環(huán)氧樹脂水泥沙漿。

(5) 逐墩單獨頂升梁將4、5、7、9、11、12、14、15號橋墩頂支座向曲線外側(cè)移動25 cm。頂升梁時在橋墩兩側(cè)設四個支點, 將梁同步頂升約10 mm, 將原有支座移向曲線外側(cè)設計位置, 并在支座上下兩面用環(huán)氧樹脂水泥砂漿與墩頂、梁底粘接, 然后卸除頂升力。

(6) 7號墩支座換成GPZ ( Ⅱ) 6DX支座, 8號橋墩處梁的頂升同其它中墩, 梁頂升后將7 號墩換下的GPZ(Ⅱ) 6GD支座放置在曲線外側(cè), 并在曲線內(nèi)側(cè)安裝新的GPZ ( Ⅱ) 5DX盆式支座, 支座與墩梁間采用環(huán)氧樹脂水泥沙漿粘接, 然后卸除頂升力。

(7) 一聯(lián)中墩支座移位完成后, 進行交接墩支座的移位, 交接墩施工工藝參照中墩。

(8) 頂移支座全部完成后即可施工橋面鋪裝。第3聯(lián)與相鄰聯(lián)之間在防撞墻位置已有近5 cm的上下錯位, 先頂升每聯(lián)的中墩就是希望梁的位移能夠自然恢復,從程序計算數(shù)據(jù)分析這是可以達到的。