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摘要：本文结合工程实例，分析了某桥梁工程的病害及其原因，对该工程病害处理施工技术及施工控制技术进行了详细的介绍，并结合施工的结果，对该大桥桥墩的后期养护提出了相关建议，该工程取得了良好的经济效益和社会效益，可供类似工程参考借鉴。
关键词：桥墩；病害；施工控制
0 引言
随着我国改革开放的不断发展，我国的社会经济得到了迅猛的发展，政府也加大了对基础设施的建设，其中桥梁工程作为交通建设中的重要工程项目，也得到了迅猛的发展。在桥梁工程施工中，桥墩由于各种因素的影响，常常会出现桥墩偏位等质量问题，严重影响到了桥梁的正常、安全通行。如何有效对大桥桥墩施工进行控制，确保大桥桥墩的施工质量是当前的一个重要课题。
1 桥墩主要病害及原因分析
1.1 主要病害情况
某大桥为左右幅分离，左幅长487m，右幅长488.2m。上部结构为3×40m＋5×40m＋4×40m预应力混凝土连续T梁，下部结构直径为1.6～1.8m的桩柱式桥墩。桥梁纵坡为2.9％。
根据相关检测报告，L4号桥墩主要病害为:
(1)桥墩向第4跨方向(上坡方向)偏移29.5cm。
(2)系梁以下靠近第5跨侧的墩柱存在大量环向裂缝，最大裂缝宽度达0.75mm。
(3)支座垫石为梯形截面，且支座相对支座垫石向第5跨方向滑移，最大滑移量为29.5cm。
1.2 桥墩病害原因
(1)由于施工误差、外部荷载等各种原因产生并逐渐积累的初始偏位和初始弯矩不仅影响桥墩的初始刚度，还会影响桥墩在受到荷载作用下的受力和变形情况。在后期水平力作用下，墩顶位移和墩底应力均有所增长。
(2)墩顶支座处梁底钢板为等厚钢板且未调坡(设计要求梁底安装楔形钢板以调平梁底，从而使支座呈现竖向受压状态)，而是将支座垫石做成楔形(见图1)，上部结构荷载通过支座垫石斜向传至桥墩，在墩身产生弯矩，墩底靠近第5跨侧截面出现拉应力。日积月累，偏位愈发严重，当拉应力超限时出现环向裂缝，且支座随梁体与支座垫石产生相对滑移。
上述桥墩初始缺陷的存在造成墩柱承受偏心荷载，使墩柱渐渐产生更大的倾斜，这又增大了偏心距，从而产生更大的偏心荷载，使裂缝宽度更大，墩柱倾斜更大。
2 桥墩复位施工关键技术
桥墩复位施工时首先将T梁垂直顶升，使支座脱空，取出支座后，在梁底与盖梁顶之间建立滑道，落梁于滑道上后对桥墩施加一个与偏位方向相反的水平推力，以实现桥墩的复位。
2.1 垂直顶升施工
2.1.1 千斤顶和临时支撑选择与布设
(1)顶升千斤顶选择与布设。千斤顶的选择应根据梁底操作空间、桥墩支反力等因素合理选择，本桥墩支反力为10484.3kN，共布置有20台2000kN超薄千斤顶(安全系数为3.82)。
在每片T梁两侧端横隔梁下沿横桥向对称布设2台千斤顶，共20台(见图2)。纵桥向2排千斤顶的对称中心线与T梁中心线重合或者略偏向第5跨，确保在顶升过程中桥墩不向第4跨方向(不利方向)继续倾斜。
(2)临时支撑选择与布设。由于支座系统恢复和桥墩水平复位施工均需要一定时间，且千斤顶不允许长期持荷，因此需将上部荷载从千斤顶转移到临时支撑上。临时支撑的选择应根据梁底操作空间、桥墩支反力合理选择。
L4号桥墩在2片T梁中间位置纵向布设2排临时支撑，共8个。纵桥向2排千斤顶的对称中心线与T梁中心线重合或者略偏向第5跨侧，确保在顶升过程中桥墩不向第4跨方向(不利方向)继续倾斜。
2.1.2 顶升反力系统的设置
由于L4号墩向第4跨偏位29.5cm，使第5跨T梁靠近4号墩端横隔梁偏出盖梁投影线，且T梁底部距离盖梁顶部垂直距离不足5cm；第4跨T梁靠近4号墩端横隔梁在盖梁投影线内，且T梁底部距离盖梁顶部达20cm左右。因此在靠近第4跨侧，利用钢板对盖梁顶部找平后直接放置千斤顶和临时支撑；靠近第5跨在盖梁侧面设置钢牛腿作为千斤顶反力点。
2.1.3 垂直顶升施工要点
(1)安装钢牛腿及顶升系统。垂直顶升T梁前，应按照设计要求安装竖向顶升钢牛腿，钢牛腿与盖梁侧面采用螺栓固定；钢牛腿安装完毕，经检查无误后安装顶升系统。安装完毕后对顶升系统油路、千斤顶垂直度、千斤顶上下接触程度、千斤顶位置等进行详细认真检查，确认无误后方可进行下一步工作。
(2)垂直顶升。在正式顶升前应进行试顶升(以桥墩支反力80％作为控制力)，以便检查顶升系统的工作状态、梁体与周围构筑物的联系，以确保顶升的顺利进行。试顶升完成后若无问题，便进行正式顶升。顶升行程应按位移控制，每一顶升行程为2mm。当顶升至支座脱空或顶升力不继续增加后即可停止顶升。
(3)建立滑道、落梁。T梁被千斤顶顶起之后，采用钢板、不锈钢板及四氟滑板建立滑道(见图3)，四氟滑板与不锈钢板间涂抹硅脂油，以减小水平顶推带来的摩擦力。
滑道建完后将千斤顶卸载，缓慢将T梁落于滑道上，为下一阶段水平顶推复位做准备。
2.2 水平顶推施工
2.2.1 水平顶推系统设置
(1)水平顶推千斤顶选择与布设。最大水平顶推力由墩及盖梁自重偏心力、梁体自重对墩柱的偏压力、第5跨和第4跨T梁顶起一端的支反力产生的摩擦力、使墩柱恢复塑性变形的反力四部分构成，约为125.144kN。水平顶推选用500kN千斤顶(本体高度38cm，行程14cm)，千斤顶布设在靠近第5跨侧，每2片T梁之间布设2个，共计8个。单个千斤顶最大顶推力为156.43kN，远大于所需顶推力，满足施工要求。
(2)水平顶推系统设置。利用靠近第5跨侧顶升牛腿作为底座，向上安装水平顶推系统，见图4。
2.2.2 水平顶推施工要点
(1)安装顶推反力系统和顶推系统。梁体落于临时滑道上后，在顶升牛腿上安装8个水平顶推反力系统和顶推系统。安装完毕后对千斤顶水平位置、千斤顶油路、千斤顶两侧面接触程度、千斤顶位置等进行详细认真检查，确认无误后方可进行下一步工作。
(2)水平顶推。在正式水平顶推前应进行试顶推(顶推行程按照2mm进行控制)，以便检查顶推系统和顶推反力系统的工作状态，以确保顶推的顺利进行。试顶推完成后观察若无问题，便进行正式顶推。顶推行程按照位移控制，具体行程的分级严格按照监控指令进行。
2.3 支座系统恢复及落梁施工
2.3.1 原支座系统拆除
支座脱空后，将原支座取出，拆除支座垫石。由于施工空间狭窄，且桥墩偏位严重，为保证施工能顺利实施，拆除方式采用人工配合金刚绳锯方式进行，以避免对原结构造成振动、冲击甚至额外损伤。
2.3.2 新支座系统的安装
新支座系统安装的关键是控制好支座垫石顶和梁底楔形钢板底的水平。
拆除原垫石后对盖梁顶面进行找平处理后用新钢垫石代替，垫石平整度测量采用管水准器进行。梁底钢板底面调整至水平，以确保支座上下接触面均处于水平状态。
2.3.3 落梁施工
支座系统恢复完成后即可进行落梁施工。利用顶升千斤顶顶升主梁至临时支撑脱空，将桥梁上部结构荷载转移到顶升千斤顶后，拆除滑道，千斤顶卸油，缓慢下放梁体，使其落在更换好的新支座上。
3 桥墩复位施工控制关键技术
墩柱在顶推纠偏过程中，需要对主梁竖向顶升位移量、水平顶推位移量、梁顶应力、墩身根部应力和墩柱裂缝进行监测控制，以避免对结构造成二次损伤。
3.1 施工监控目的
(1)确保顶升施工过程中桥墩偏位不加剧。
(2)确保水平复位施工过程中墩柱不产生新裂缝。
(3)确保施工过程中各控制点同步位移，保证桥梁结构和施工安全。
3.2 施工控制参数及方法
根据桥墩在复位过程中可能出现的不利情况，选定8类控制参数(见表1)，并以此为基准进行桥墩复位施工过程监控。各施工控制参数监控频率均为竖向、水平顶推1次/行程以及落梁前后各1次。
3.3 施工监控要点
3.3.1 垂直顶升
(1)数据采集。竖向顶升施工前、每一顶升行程后以及落梁后，均需对主梁竖向位移、主梁混凝土应变、伸缩缝宽度、主梁水平位移、桥墩底部混凝土应变、桥墩裂缝、桥墩空间姿态等数据进行采集与分析处理。
(2)顶升终止条件。若任意一项实测值超出结构计算所得预警值，则停止顶升；若顶升过程中千斤顶荷载不继续增加，则停止顶升。
3.3.2 水平复位
(1)数据采集。水平顶推施工前、每水平顶推一行程后，均需对主梁竖向位移、主梁混凝土应变、伸缩缝宽度、主梁水平位移、桥墩底部混凝土应变、桥墩裂缝、桥墩空间姿态变化情况进行采集与处理分析。
(2)水平顶推终止条件。若任意实测值超出结构计算所得预警值，则停止顶推；若墩柱出现新增裂缝或原有裂缝扩展，则停止水平顶推；若水平顶推一行程后，卸载观察24h，发现桥墩回弹到原位置，则停止水平顶推。
3.4 施工控制结果
3.4.1 垂直顶升
在完成4个顶升行程后，达到千斤顶最大行程13mm。回油后，由于受支撑钢板非弹性变形影响，T梁回落后实际顶升位移较小。因此经过3个千斤顶满行程，回油后T梁累计最大位移为20.03mm(小于预警值50mm)，此时支座已经完全脱空，停止垂直顶升。
在顶升过程中4号桥墩原有裂缝无扩展，也未出现新裂缝，桥墩均向第5跨侧缓慢复位(见图5)，墩底靠近第5跨侧应变均在减小，桥墩趋于安全，施工过程安全可控。
3.4.2 水平复位
在分别进行7个行程的顶推后，桥墩累计复位180mm。其中水平顶推前自动复位(顶升过程)60mm，试顶推完成15mm，试顶推和正式顶推之间自动复位5mm，正式顶推之前共复位80mm。正式顶推完成了100mm。此时4号桥墩靠近第4跨应变增量为271×10－6，接近预警值274×10－6，停止水平复位施工。
在水平顶推过程中，4号墩靠近第4跨侧未出现新裂缝，且每一行程后桥墩无回弹现象。4号桥墩底混凝土应变(见图6)靠近第4跨侧增加，靠近第5跨侧减小，但均小于预警值。
4 施工效果及后期养护建议
4.1 桥墩复位施工效果
针对此类病害于2016年1月采用上述施工和监控技术对桥墩偏位进行复位作业，仅利用不足半月时间即恢复了桥墩偏位缺陷，及时确保桥梁春运期间的正常运营。施工后经过半年观察，未发现桥墩向第4跨方向(不利方向)偏移，进一步证明了桥墩复位工程的成功。
4.2 后期养护建议
(1)应长期对桥墩纵桥向偏移进行观测，检查桥墩是否能自由运动，桥墩是否自动复位，桥墩是否向不利方向倾斜。
(2)注意观察其他临近桥墩偏位，若有偏位及时采取措施复位。
(3)应定期对上部结构纵桥向偏移进行观测。
5 结语
综上所述，在桥梁工程施工中，桥墩出现质量问题的现象时有发生，严重影响到桥梁的正常运行，并对人们的生命财产安全构成威胁。在桥梁工程中，若发现病害问题，需要及时采取措施进行处理，从而确保桥梁的质量及安全。本工程采取有效的施工技术进行了复位施工，取得了良好的成效，对类似工程施工具有一定的参考价值。
参考文献
[1]刘国峰.特大桥桥墩病害检测分析及加固方案研究[J].住宅与房地产.2015(28)
[2]刘志清.软土地区铁路桥梁桥墩变位原因分析及整治措施[J].现代交通技术.2014(01)
论文作者:郑海彬
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/6
标签：桥墩论文; 千斤顶论文; 支座论文; 水平论文; 裂缝论文; 病害论文; 行程论文; 《基层建设》2016年第33期论文;