预应力箱梁施工斜度错误及改造方法探讨

杨东

摘 要：为解决了桥梁预应力小箱梁预制斜度错误，造成箱梁报废等重大经济损失的问题，本文结合工程实例论述了采用箱梁反向布置和桥台盖梁、背墙局部改造及轴线不变的方法，解决桥梁预应力小箱梁预制斜度错误。并提出结构设计和施工要点，且对桥梁结构稳定和变形进行了验算，结果表明各项指标均满足规范要求，本方法安全、经济，对于预应力同类桥梁施工问题具有指导意义。

关键词：预应箱梁； 施工； 斜度错误； 改造方法

1.前言

随着桥梁施工专业化水平的不断提高，业主为保证工程质量和便于质量控制，通常把桥梁上部箱梁预制划分单独合同段，因此，造成一座桥梁由两个独立的施工单位施工，形成桥梁上部构造与下部构造的施工相脱节，加上箱梁预制场常远离现场，缺少直接的现场桥梁角度校核，因而，时有预制箱梁时箱梁角度与实际斜度相反，预制箱梁安装时，才发现角度相反问题，并由于预应力箱梁构造的特殊性，在箱梁体上纠正斜度极困难，往往施工单位只有报废箱梁或作为它用，造成很大的经济损失，本文结合工程实践，探索出预应力箱梁预制错误斜度的改造方法。实践证明该方法安全、经济、可操作性强，效果显著，现将该方法作一介绍，供同行借鉴。

2.桥梁斜度的定义及表示

表证斜梁桥偏斜程度的斜角有二种方法，一种是用图中的α角表示，它是指中轴线与支撑线构成的小于90度的角，另一种是用图中的φ角表示，它是指中轴线的垂线与支撑线构成的角，角α与角φ互余，我国交通部颁布的桥涵标准图以及桥梁设计手册均定义φ角为斜交角。

3.工程实例

3.1桥梁概况

公路桥位于新乡市干线公路跨南水北调项目总干渠，该桥设计方案为：桥梁宽度净10.5m+2×0.5m防撞护栏。上部结构采用3-25m先简支后连续后张法预应力砼箱梁，下部结构采用桩柱式墩台，钻孔灌注桩基础。桥梁全长81.00m，路水夹角103°，桥台采用GYZF4d250×65mm的圆板式橡胶支座，桥墩采用GYZd350×66mm的圆板式橡胶支座，两桥台各设置一道QSF-D120仿毛勒伸缩缝，设计荷载：公路-Ⅰ级。

3.2问题的出现

该工程2012年3月上部箱梁预制完毕。经监理工程师检查，发现箱梁预制斜度错误，将主梁偏角103°预制成77°，此时下部结构桥台盖梁尚未施工，桥墩盖梁施工完毕。

4.改造方案及主要技术措施

4.1箱梁改造方案

4.1.1原设计平面布置

见图2。

4.1.2本方案平面布置

将预制斜度错误的预应力小箱梁按原设计位置布置，并保持原设计桥梁轴线和支承线不变，见图3。

4.2主要技术措施

4.2.1结构设计要点

1）按照图3进行布梁，桥台背墙沿边跨箱梁布置呈锯齿状，桥台盖梁加宽，设计牛腿型，以减少自重并增加有利偏心弯矩（向岸），这样原桩基位置不变，箱梁完整不破坏；箱梁支座轴线不变；

2）为了保证横向联系的完整性，增加结构的整体性能，中横梁及端横梁均采用与相邻箱梁进行植筋的方式进行连接；

3）桥台背墙沿边跨箱梁布置呈锯齿状，采用分段现浇；

4）永久性支座由原主梁腹板之下二个支座，变为通过箱梁轴线支承在盖梁上的一个支座，支座规格加大以满足承载力要求；

5）伸缩缝呈锯齿状分布，选择锯齿形仿毛勒伸缩缝或便于施工的TST弹性体填充式伸缩缝；

6）桥台搭板分块现浇，桥面铺装在锯齿状处根据设计布筋。

4.2.2施工要点

1）在箱梁腹板相应位置钻孔，钻孔最小直径d+（2-6）mm、钻孔埋深，锚栓间距、位置等按照后锚固技术规程要求。必要时可用钢筋混凝土保护层测试仪查明混凝土钢筋布置，然后钻孔，应避免钻孔打盲孔时碰及钢筋，钻孔若碰到钢筋时，孔位可上、下适当移动调整。

2）用硬毛刷刷孔壁再用干净无油的压缩空气吹出灰尘，如此反复进行不少于3次。必要时可用干净棉布沾少量丙酮或酒精擦净孔壁。

3）采用适当的方法向植筋孔内从孔底逐步向孔口填胶，每孔注胶量应略大于其理论需胶量。填胶方法可采用胶枪法如软胶枪加PVC管、黄油枪加金属延长管等。

4）将钢筋旋转插入至孔底（达到钢筋标记），保证孔口溢胶并注意防止漏胶。胶层是否饱满，将直接影响锚固力的大小。

5）凝胶后于室温固化1～3天，在固化过程中避免扰动。

6）耳背墙混凝土浇筑顺序：桥台耳墙应与背墙同时浇筑，耳墙浇筑时应由悬臂端向背墙根部依次进行，拆除模板时应避免振动引起耳墙开裂。

7）背墙分为八段现浇，八段的纵向直通筋在交叉部位点焊连接，背墙采用C30混凝土。

8）墩、台盖梁顶面支座垫石高度减去支座的高度，从而保证原有桥面标高不变，支座垫石顶面必须保持水平，垫石配筋做相应调整，高程控制必须准确。

9）支座由原主梁腹板之下二个支座，变为通过箱梁轴线支承在盖梁上的一个支座，支座距离梁端距离不变，本次支座上垫板与箱梁底预埋调平钢板采用环氧树脂胶粘结牢固。

4.3结构稳定及变形验算

4.3.1 上部结构计算原则

1）本桥结构体系为先简支后连续结构，按A类预应力混凝土构件设计。

2）结构设计荷载横向分配系数采用刚接梁法计算，进行横向分布系数的验算。

3）桥面板按单向板和悬臂板进行计算。

4）一片梁梁端支点最大反力（汽车荷载考虑冲击系数）：

4.3.2支座

改造后桥台支座采用GYZF4 d400×71mm的四氟滑板橡胶支座，桥墩采用GYZ d500×70mm圆板式橡胶支座，经验算满足以上承载力及稳定性的要求，橡胶物理性能均应满足中华人民共和国交通行业标准《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4-2004）的要求。

（1）桥台支座验算

桥台GYZF4 d400×71mm支座：支座的最大承压力Rck=1195KN，平面形状系数S=8.86，支座总厚度t=71mm，橡胶层总厚度te=49mm，抗滑最小承压力RGk=528KN，中间橡胶层厚度t1=11mm，单层橡胶层厚度t0=4mm，四氟滑板厚度tf=2mm；支座反力Rck=964KN，RGk=586KN；支座的抗压弹性模量Ee=5.4GeS2=423.9 Mpa。

1）验算支座的承压强度δc=8073.8Kpa<[δc]=10000Kpa。

2）从满足剪切变形要求，验算橡胶支座橡胶层总厚度te，温差变形由两端桥台的支座均摊，则每个支座承不计汽车制动力：te≥2Δg=33.2mm<49mm，计入汽车制动力：te≥2Δg=26.9mm<49mm满足要求。

3）验算板式橡胶支座竖向平均压缩变形δcm=0.108cm≤0.07*4.9=0.343cm 满足规范要求。

4）验算支座的抗滑稳定性μRCK=0.2×586=117.2KN，则1.4Ht+Fbk=79.86KN<117.2KN（支座不会发生相对滑动）。

经验算，桥台选用GYZF4 d400×71mm支座满足支座的抗滑稳定性、压缩变形等要求。

式中：μ为摩擦系数，Ht-温度变化引起的水平力，FbK—支座受的水平力，Δg为支座承受的水平位移，αc温缩系数，Δt主梁的计算温差，L桥梁长度。其余符号同上。

（2）桥墩支座验算

桥墩GYZd500×70mm支座：支座的最大承压力Rck=1886KN，平面形状系数S=8.17，支座总厚度t=70mm，橡胶层总厚度te=50mm，中间橡胶层厚度t1=15mm，单层橡胶层厚度t0=5mm，支座反力Rck=1816KN RGk=1305KN；支座的抗压弹性模量Ee=5.4GeS2=360.44Mpa。1）验算支座的承压强度δc=9630.17Kpa<[δc=10000Kpa 2）从满足剪切变形要求，验算橡胶支座橡胶层总厚度：不计汽车制动力： te≥2Δg=22mm<50mm；计入汽车制动力：te =17mm<50mm；3）验算板式橡胶支座竖向平均压缩变形δcm=0.151cm≤0.07*5=0.35cm；4）验算支座的抗滑稳定性：μRCK=261KN，1.4Ht+Fbk=81.1KN<261KN（支座不会发生相对滑动）；

经验算，桥墩选用GYZd500×70mm支座满足支座的抗滑稳定性、压缩变形等要求。符号同上。

（3）伸缩缝计算

该桥为3-25m预应力砼箱梁，桥梁伸缩量0点取桥梁中点，一端伸缩梁长L=37.5m；当地最高有效气温值Tmax=34 ℃， 最低有效气温值Tmin=-10 ℃；砼线膨胀系数a=0.00001；收缩应变ε=20×10-5；徐变系数φ=1.99；弹性模量（C50混凝土）Ec=3.45×104Mpa；砼收缩、徐变折减系数β=0.4；预应力产生的截面平均轴向应力σp=4.85 Mpa；1）安装温度T=20℃：梁体伸长量△Lt+=aL（Tmax-T）=5.25mm，梁体缩短量△Lt-=aL（T-Tmin）=11.25mm；2）砼收缩产生的梁体缩短量△Ls=εβL=3mm；3）砼徐变产生的梁体缩短量△Lc-：=（σp/Ec）φβL=4.2mm；

从以上看出，梁体的伸长量为5.25mm，缩短量为11.25+3+4.2=18.4mm。基本伸缩量为5.25+18.4=23.7，考虑30%的富裕量；则设计伸缩量为1.3×23.7=30.8mm。相应的伸缩装置设计闭口量为1.3×5.25=7mm；设计开口量为1.3×18.4=23.92mm；

故本方案选择的TST弹性体填充式伸缩缝，缝宽80mm满足该桥梁的伸缩要求。

5.结束语

采用本改造布梁方法及措施，箱梁完整不破坏；箱梁支座轴线、支座形式不变；结构的受力体系不变，并经结构稳定性等技术指标的计算，均满足技术规范要求，表明安全有效的利用该批箱梁，节省了投资，方便施工，同时为获得了良好的社会效益和经济效益。

参考文献

[1] JTG B01-2003，公路工程技术标准[S].

[2] JTG/T J22-200，公路桥梁加固设计规范[S].

[3] JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[4] JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[5] JTT 663-2006，公路桥梁板式橡胶支座规格系列[S].

[6] JGJ 145-2004，混凝土结构后锚固技术规程[S]

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【文章编号】1627-6868（2014）08-0025-03

（1）桥台支座验算

桥台GYZF4 d400×71mm支座：支座的最大承压力Rck=1195KN，平面形状系数S=8.86，支座总厚度t=71mm，橡胶层总厚度te=49mm，抗滑最小承压力RGk=528KN，中间橡胶层厚度t1=11mm，单层橡胶层厚度t0=4mm，四氟滑板厚度tf=2mm；支座反力Rck=964KN，RGk=586KN；支座的抗压弹性模量Ee=5.4GeS2=423.9 Mpa。

1）验算支座的承压强度δc=8073.8Kpa<[δc]=10000Kpa。

2）从满足剪切变形要求，验算橡胶支座橡胶层总厚度te，温差变形由两端桥台的支座均摊，则每个支座承不计汽车制动力：te≥2Δg=33.2mm<49mm，计入汽车制动力：te≥2Δg=26.9mm<49mm满足要求。

3）验算板式橡胶支座竖向平均压缩变形δcm=0.108cm≤0.07*4.9=0.343cm 满足规范要求。

4）验算支座的抗滑稳定性μRCK=0.2×586=117.2KN，则1.4Ht+Fbk=79.86KN<117.2KN（支座不会发生相对滑动）。

经验算，桥台选用GYZF4 d400×71mm支座满足支座的抗滑稳定性、压缩变形等要求。

式中：μ为摩擦系数，Ht-温度变化引起的水平力，FbK—支座受的水平力，Δg为支座承受的水平位移，αc温缩系数，Δt主梁的计算温差，L桥梁长度。其余符号同上。

（2）桥墩支座验算

桥墩GYZd500×70mm支座：支座的最大承压力Rck=1886KN，平面形状系数S=8.17，支座总厚度t=70mm，橡胶层总厚度te=50mm，中间橡胶层厚度t1=15mm，单层橡胶层厚度t0=5mm，支座反力Rck=1816KN RGk=1305KN；支座的抗压弹性模量Ee=5.4GeS2=360.44Mpa。1）验算支座的承压强度δc=9630.17Kpa<[δc=10000Kpa 2）从满足剪切变形要求，验算橡胶支座橡胶层总厚度：不计汽车制动力： te≥2Δg=22mm<50mm；计入汽车制动力：te =17mm<50mm；3）验算板式橡胶支座竖向平均压缩变形δcm=0.151cm≤0.07*5=0.35cm；4）验算支座的抗滑稳定性：μRCK=261KN，1.4Ht+Fbk=81.1KN<261KN（支座不会发生相对滑动）；

经验算，桥墩选用GYZd500×70mm支座满足支座的抗滑稳定性、压缩变形等要求。符号同上。

（3）伸缩缝计算

该桥为3-25m预应力砼箱梁，桥梁伸缩量0点取桥梁中点，一端伸缩梁长L=37.5m；当地最高有效气温值Tmax=34 ℃， 最低有效气温值Tmin=-10 ℃；砼线膨胀系数a=0.00001；收缩应变ε=20×10-5；徐变系数φ=1.99；弹性模量（C50混凝土）Ec=3.45×104Mpa；砼收缩、徐变折减系数β=0.4；预应力产生的截面平均轴向应力σp=4.85 Mpa；1）安装温度T=20℃：梁体伸长量△Lt+=aL（Tmax-T）=5.25mm，梁体缩短量△Lt-=aL（T-Tmin）=11.25mm；2）砼收缩产生的梁体缩短量△Ls=εβL=3mm；3）砼徐变产生的梁体缩短量△Lc-：=（σp/Ec）φβL=4.2mm；

从以上看出，梁体的伸长量为5.25mm，缩短量为11.25+3+4.2=18.4mm。基本伸缩量为5.25+18.4=23.7，考虑30%的富裕量；则设计伸缩量为1.3×23.7=30.8mm。相应的伸缩装置设计闭口量为1.3×5.25=7mm；设计开口量为1.3×18.4=23.92mm；

故本方案选择的TST弹性体填充式伸缩缝，缝宽80mm满足该桥梁的伸缩要求。

5.结束语

采用本改造布梁方法及措施，箱梁完整不破坏；箱梁支座轴线、支座形式不变；结构的受力体系不变，并经结构稳定性等技术指标的计算，均满足技术规范要求，表明安全有效的利用该批箱梁，节省了投资，方便施工，同时为获得了良好的社会效益和经济效益。

参考文献

[1] JTG B01-2003，公路工程技术标准[S].

[2] JTG/T J22-200，公路桥梁加固设计规范[S].

[3] JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[4] JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[5] JTT 663-2006，公路桥梁板式橡胶支座规格系列[S].

[6] JGJ 145-2004，混凝土结构后锚固技术规程[S]

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（1）桥台支座验算

桥台GYZF4 d400×71mm支座：支座的最大承压力Rck=1195KN，平面形状系数S=8.86，支座总厚度t=71mm，橡胶层总厚度te=49mm，抗滑最小承压力RGk=528KN，中间橡胶层厚度t1=11mm，单层橡胶层厚度t0=4mm，四氟滑板厚度tf=2mm；支座反力Rck=964KN，RGk=586KN；支座的抗压弹性模量Ee=5.4GeS2=423.9 Mpa。

1）验算支座的承压强度δc=8073.8Kpa<[δc]=10000Kpa。

2）从满足剪切变形要求，验算橡胶支座橡胶层总厚度te，温差变形由两端桥台的支座均摊，则每个支座承不计汽车制动力：te≥2Δg=33.2mm<49mm，计入汽车制动力：te≥2Δg=26.9mm<49mm满足要求。

3）验算板式橡胶支座竖向平均压缩变形δcm=0.108cm≤0.07*4.9=0.343cm 满足规范要求。

4）验算支座的抗滑稳定性μRCK=0.2×586=117.2KN，则1.4Ht+Fbk=79.86KN<117.2KN（支座不会发生相对滑动）。

经验算，桥台选用GYZF4 d400×71mm支座满足支座的抗滑稳定性、压缩变形等要求。

式中：μ为摩擦系数，Ht-温度变化引起的水平力，FbK—支座受的水平力，Δg为支座承受的水平位移，αc温缩系数，Δt主梁的计算温差，L桥梁长度。其余符号同上。

（2）桥墩支座验算

桥墩GYZd500×70mm支座：支座的最大承压力Rck=1886KN，平面形状系数S=8.17，支座总厚度t=70mm，橡胶层总厚度te=50mm，中间橡胶层厚度t1=15mm，单层橡胶层厚度t0=5mm，支座反力Rck=1816KN RGk=1305KN；支座的抗压弹性模量Ee=5.4GeS2=360.44Mpa。1）验算支座的承压强度δc=9630.17Kpa<[δc=10000Kpa 2）从满足剪切变形要求，验算橡胶支座橡胶层总厚度：不计汽车制动力： te≥2Δg=22mm<50mm；计入汽车制动力：te =17mm<50mm；3）验算板式橡胶支座竖向平均压缩变形δcm=0.151cm≤0.07*5=0.35cm；4）验算支座的抗滑稳定性：μRCK=261KN，1.4Ht+Fbk=81.1KN<261KN（支座不会发生相对滑动）；

经验算，桥墩选用GYZd500×70mm支座满足支座的抗滑稳定性、压缩变形等要求。符号同上。

（3）伸缩缝计算

该桥为3-25m预应力砼箱梁，桥梁伸缩量0点取桥梁中点，一端伸缩梁长L=37.5m；当地最高有效气温值Tmax=34 ℃， 最低有效气温值Tmin=-10 ℃；砼线膨胀系数a=0.00001；收缩应变ε=20×10-5；徐变系数φ=1.99；弹性模量（C50混凝土）Ec=3.45×104Mpa；砼收缩、徐变折减系数β=0.4；预应力产生的截面平均轴向应力σp=4.85 Mpa；1）安装温度T=20℃：梁体伸长量△Lt+=aL（Tmax-T）=5.25mm，梁体缩短量△Lt-=aL（T-Tmin）=11.25mm；2）砼收缩产生的梁体缩短量△Ls=εβL=3mm；3）砼徐变产生的梁体缩短量△Lc-：=（σp/Ec）φβL=4.2mm；

从以上看出，梁体的伸长量为5.25mm，缩短量为11.25+3+4.2=18.4mm。基本伸缩量为5.25+18.4=23.7，考虑30%的富裕量；则设计伸缩量为1.3×23.7=30.8mm。相应的伸缩装置设计闭口量为1.3×5.25=7mm；设计开口量为1.3×18.4=23.92mm；

故本方案选择的TST弹性体填充式伸缩缝，缝宽80mm满足该桥梁的伸缩要求。

5.结束语

采用本改造布梁方法及措施，箱梁完整不破坏；箱梁支座轴线、支座形式不变；结构的受力体系不变，并经结构稳定性等技术指标的计算，均满足技术规范要求，表明安全有效的利用该批箱梁，节省了投资，方便施工，同时为获得了良好的社会效益和经济效益。

参考文献

[1] JTG B01-2003，公路工程技术标准[S].

[2] JTG/T J22-200，公路桥梁加固设计规范[S].

[3] JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[4] JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[5] JTT 663-2006，公路桥梁板式橡胶支座规格系列[S].

[6] JGJ 145-2004，混凝土结构后锚固技术规程[S]

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【文章编号】1627-6868（2014）08-0025-03