广佛高速公路谢边跨线桥梁体纠偏处理实践

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【摘 要】本文以广佛高速公路谢边跨线桥为工程背景，该桥在进行桥面铺装更换施工时发生侧倾，文章分析了侧倾原因，介绍了纠偏处理主要工艺。纠偏处理后，通过荷载实验检验，达到设计效果。

【关键词】箱梁；侧倾；纠偏处理；加固效果

一、概况

谢边跨线桥上部结构为（28＋40＋28）m的连续箱梁，每幅桥面标准宽度为10.75m，下部结构为桩柱式墩台，中间墩为独柱墩，两侧为双柱墩，桥梁设计荷载：汽-超20、挂-120级。

该桥一期工程于1989年建成通车，二期工程于1996年竣工。在2007年广佛高速公路扩建过程中，桥面由原双向四车道扩建为双向八车道，并已于2009年底竣工通车（下文原有桥称为“旧桥”，扩建桥称为“新桥”）。扩建过程中对旧桥外侧防撞墙进行拆除，并对翼缘板进行部分拆除。

在对该桥桥面铺装进行分车道凿除重做时，当首先浇筑靠内侧车道桥面铺装时，箱梁发生了约0.8cm的偏转，表现为靠中央防撞墙侧（内侧，下同）向下变形，靠扩建桥侧（外侧）向上变形。次日上午再次量测时发现外侧老桥与扩建桥高差已达到6～7cm，箱梁发生较为明显的转动，边墩外侧支座发生脱空。

二、计算分析

按梁格法建立空间杆系有限元模型。结构计算采用桥梁结构分析专业软件MIDAS/Civil 2006进行，计算模型如图1所示，计建立节点336个，梁单元479个，边墩顶两单向活动支座中心距3.8m，中间墩顶分别为固定支座和单向活动支座。

2.1 现状下计算结果

1）恒载支座反力。表2.1给出了自扩建拆除防撞墙至桥面铺装凿除重做完成各施工阶段的支座反力值。可以看到：因扩建的需要而拆除旧桥外侧原有防撞墙及翼缘后，边墩外侧支座反力明显减小，反力值为拆除前的34%；凿除全部桥面铺装后，该支座反力为338.4kN；浇筑第一批铺装混凝土后，由于铺装混凝土在桥面横向形成偏载，造成该支座脱空；浇筑第二批铺装混凝土后，该支座反力恢复至重做铺装前的状态，反力大小为577.3kN，内外侧支座反力仍相差较大。

表2.1 各施工阶段支座反力汇总表 单位：kN

施工阶段 边支座 中支座

序号 施工工况 内侧 外侧

7 拆除扩建侧防撞墙前 1719.5 1679.7 8555.3

8 拆除扩建侧防撞墙 2590.3 570.0 8096.5

10 凿除全桥铺装 2281.4 338.4 5915.5

11 浇筑第一批桥面混凝土 2913.6 脱空 6864.8

12 浇筑第二批桥面混凝土 2581.8 577.3 8097.7

2）恒载梁移。表2.2给出了自扩建拆除防撞墙至桥面铺装凿除重做完成各施工阶段的箱梁翼缘端部竖向位移值。可以看到：因扩建的需要而拆除旧桥外侧原有防撞墙及翼缘后，该侧翼缘存在少量向上的竖向变形；至凿除全部桥面铺装、浇筑第一批铺装混凝土，边墩外侧支座脱空后，箱梁梁体发生扭转，该侧箱梁翼缘出现明显上翘，最大位移量28.3mm；浇筑第二批铺装混凝土后，梁体变形在铺装荷载的作用下恢复至重做前状态。

表2.2 各施工阶段主梁翼缘悬臂端部竖向位移汇总表 单位：mm

施工阶段 边墩顶 边跨中 次边墩顶 中跨中

序号 施工工况 内侧 外侧 内侧 外侧 内侧 外侧 内侧 外侧

7 拆除扩建侧防撞墙前 -1.1 -0.6 -1.1 -0.5 -2.6 -2.0 -2.8 -2.1

8 拆除扩建侧防撞墙 -2.5 0.9 -4.4 3.5 -7.3 3.1 -7.3 4.7

10 凿除全桥铺装 -2.0 1.3 -3.2 4.9 -6.4 4.0 -3.0 9.5

11 浇筑一批桥面混凝土 -18.5 28.1 -24.6 28.3 -31.1 25.0 -31.4 27.7

12 浇筑二批桥面混凝土 -2.6 1.0 -4.6 3.7 -7.6 3.4 -7.6 5.2

注：位移以向上为正，向下为负。

2.2 运营阶段的支座反力

根据前述分析结果，本桥箱梁边墩外侧支座在桥面铺装重做后的反力为577.3kN，在运营阶段温度及汽车荷载的作用下，支座很可能出现负反力而脱空。可以看到，在降温温差和汽车荷载偏载作用下，边墩顶内侧支座反力最大减小988.7kN，小于铺装重做后的支反力2581.8kN，运营阶段支座最小反力1593.1kN，不会出现脱空；边墩顶外侧支座反力最大减小847.3kN，大于铺装重做后的支反力577.3kN，支座将出现270.0kN的负反力，可能脱空。

表2.3运营阶段主梁支座反力汇总表 单位：kN

荷载工况/组合 边支座 中支座

内侧 外侧

永久荷载（重做桥面铺装后） 2581.8 577.3 8097.7

温度荷载 Max 112.9 112.9 -225.7

Min -56.5 -56.4 112.9

汽车荷载 Max 1424.7 1586.9 1830.0

Min -932.2 -790.9 -110.9

荷载组合 Max 4119.4 2277.1 10153.4

Min 1593.1 -270.0 7761.1

三、原因分析

综合计算分析的结果，对梁体产生偏转的原因分析如下：

1、在扩建时，梁体外侧防撞墙和翼缘板部分被凿除，使得27、30号墩外侧支座反力减小，在桥面铺装凿除后，外侧支座反力进一步减小至接近脱空状态，而当靠中央防撞墙侧4.37m混凝土浇筑完成后，梁体外侧支座会出现负反力，即脱空现象，结构的支撑体系发生了改变，在荷载的作用下，结构会发生偏转。

2、从偏转的计算数值来看，比现场实际偏转的数值要小，而梁体的偏转值主要取决于支座的扭转刚度，从现场检查情况来看，28号墩墩顶固定支座下垫钢板与垫石之间脱空，下垫钢板弯曲，影响到支座橡胶板的承压，对支座的抗扭刚度产生影响，使得梁体的偏转加剧。

四、梁体处理

梁体纠偏施工方案为在边墩和中墩设置钢支撑。边墩钢支撑设置在桥墩前方，中墩钢支撑设置在桥墩外侧。在支撑上方设置千斤顶，对梁体进行顶升，顶升共分为两个工况，第一个工况为使得梁体绕支座偏转，基本回复到原设计状态，但预留一定量供第二顶升工况，第二工况为更换支座，加大外侧顶升量，消除由于扩建时切除防撞墙和部分翼缘板产生的梁体偏载的影响。

由于该桥在扩建的时候切除了防撞墙和约1m宽度的翼缘板，梁体在恒载作用下内外侧支座反力不均匀，为防止日后运营过程中车辆偏载后可能引起的外侧支座脱空的病害，本次在更换支座时对梁端斜腹板进行加厚成直腹板，形成新的端横梁，并将边支座向两侧移动，使支座中心距由3.8m调整为6.9m。增大结构的抗扭刚度，消除安全隐患。该项结合第二步顶升工况完成。

五、纠偏加固效果

5.1 荷载实验结果

在纠偏施工完成后进行荷载试验，荷载试验结果如下：

1、端横梁专项加载测试

（1）卸载工况下各应变测点残余较小，卸载相对残余均满足规范要求，截面处于弹性工作状态。

（2）横隔梁跨中截面实测应变远小于理论计算值，这可能与横隔梁为实体结构、计算时按梁单元进行模拟，两者存在差异有关，可见横隔板跨中截面受力满足要求。

（3）接缝处最大应变点均出现在混凝土上的跨缝测点处，且跨接缝测点略大于不跨接缝处测点，实测跨缝测点处应变均小于按全截面计算的理论值，可见新旧结构结合面受力满足要求。

2、支座支撑状态测试

在各测试工况下，27#墩、30#墩支座处百分表实测值均较小，在支座压缩量范围之内，试验荷载下支座不存在脱空的可能，卸载后残余较小，支座可以基本恢复原状态。

5.2 理论计算结果

表6.1所示为调整后的恒载支座反力状态。

从计算结果可以看出，调整了边支座中心距后，在最不利荷载组合下，支座不会出现脱空的情况。

表6.1运营阶段主梁支座反力汇总表 单位：kN

荷载工况/组合 边支座 中支座

内侧 外侧

永久荷载（重做桥面铺装后） 2175.9 1074.1 8098.9

温度荷载 Max 112.8 112.8 -225.6

Min -56.4 -56.4 112.8

汽车荷载 Max 994.3 1084.3 1830.1

Min -497.7 -425.0 -111.0

最不利荷载组合 Max 3283.0 2271.2 10041.8

Min 1621.8 592.7 7762.3

六、结语

⑴ 我国早期建设的高速公路现在较多存在车流量过大而高速公路通行能力不足的问题，势必面临高速公路改扩建的问题。在扩建过程中，对旧桥的处理需注意避免出现此类问题。

⑵ 此类桥在桥面维修时，桥面混凝土的浇筑施工工序需要作出合理安排，避免加剧梁体偏转问题。

⑶ 日常养护过程中，对梁体偏转位移和梁体应力变化需加强健康监测。

参考文献

[1]《广佛高速公路路面专项维修工程竣工图》（广东省长大公路工程有限公司,2005年）.