特大桥偏压位移后加固复位技术

王永林（中铁十七局集团有限公司，山西 太原　　030032）

特大桥偏压位移后加固复位技术

王永林
（中铁十七局集团有限公司，山西 太原030032）

针对一特大桥单侧集中倾倒填土导致墩顶及道岔梁线路向左侧偏移、支座螺栓倾斜、垫石左侧崩裂、轨道发生明显位移的情况，通过资料整理、理论分析及监控量测，对基础加固、桩基上端受损（失效）处理和桥梁梁体复位技术进行系统研究。解决了基础加固中常见的新旧承台之间不密贴的问题，提出了采用摩阻自平衡原理同步控制顶升进行梁体复位的新型施工技术，避免了在桥墩和桥梁上植筋、打孔等损伤性施工。该方法对施工现场环境、施工空间高度等要求低，具有良好的施工可行性。

桥梁；偏位；逆做加固；摩阻自平衡；复位

1　工程概况

在一座特大桥7#至11#墩右侧集中倾倒填土，将原土坡与桥墩间的空隙填满，尤其是9#墩和10#墩之间，墩身左右两侧土体最大高差达12 m，如图1所示。

图1　大桥偏载

受偏载影响，横桥向8#，9#墩和10#墩墩顶向线路左侧偏转，进而带动道岔梁向线路左侧偏移。道岔连续梁带动7#墩及11#墩发生位移，顺桥向线路轨道发生明显扭曲。8#至10#墩桩基承台底附近桩基混凝土出现裂纹，见图2（a）。由于墩台和梁体的侧移差异，11#墩墩顶梁部横向牵引支座，致使纵向支座上板螺栓和下板锚栓倾斜，垫石左侧崩裂，见图2（b）。

病害发生后，相关单位及时进行土体卸载，并对桥梁进行位移监控。土体卸载使得桥墩发生一定的自然回复位移，位移监控结果显示最大回复量为30 mm。土体卸载前后桥墩变形稳定时，各墩对应的轨道中心位移偏移量见表1。可见，各墩均向线路左侧偏移。

图2　桩基裂纹与垫石崩裂

表1 轨道位移偏移量 mm

2　病害分析及评价

从病害发生情况看，梁体未直接承受附加外荷载作用，其位移主要是由墩台侧移通过支座传递产生，梁体本身并未受到损伤。而墩台和桩基结构受力情况复杂，需采用数值计算方法进行损伤分析。

2.1桥墩及承台因堆土引起的附加荷载计算

现场实测数据显示：填土坡面线在18°～22°，取填土表面与水平面的倾角α=20°。新填的土体较为松散，取内摩擦角φ=20°，墩身坡比45∶1。根据现场实测断面线，考虑施工机械影响，采用三维数值分析软件计算堆填土偏压额外给桥墩基础增加的荷载。按结构恒载+横向侧土压力组合，其它荷载均不考虑进行相应计算，7#至10#墩偏压填土额外给桥墩基础增加的荷载如表2所示。

表2　桥墩及承台因堆土引起的附加荷载

2.2墩身强度及偏心分析

《铁路桥涵设计基本规范》［1］第 4.1.1条规定侧向土压力为主力，将其作为主力与结构恒载组合来检算墩底截面偏心受压应力和偏心系数，其它荷载不考虑。墩底横向截面检算结果如表3所示。分析表3可知，墩身横向截面偏心、应力均满足要求。

表3　墩底横向截面检算结果

2.3墩台弹塑性变形分析

理论分析所计算的位移均为结构的弹性位移，如结构发生破坏或局部破坏情况，计算结果会与实际相差较大。轨面横向位移计算结果如表4所示。

表4　轨面横向位移计算结果

分析表4可知，7#，8#，9#墩位移计算值与实测值接近。11#为连续梁边墩，基本无侧向土压力荷载，其位移由连续梁中墩9#，10#墩移动时带动产生。通过上表可发现位移计算值与实测值较为符合，判定位移为结构的弹性位移，基础并无结构性损坏，其变形为弹性变形。

2.4桩基承载力分析

原设计的桩基础为 C30混凝土，配筋为 30 mm φ20 mm，面积95.25 cm2。因设计承台高出天然地面、且承台底下为填土，故桩基础检算不计承台抗力。桩基础核算结果如表5所示。

表5　桩基础核算结果

C30混凝土设计容许应力11.2 MPa，极限强度22.5 MPa；桩基采用螺纹钢筋，抗拉强度标准值为335 MPa。从表5可以看出，7#墩混凝土、钢筋应力均满足规范要求；8#至10#墩混凝土、钢筋应力远大于规范要求，承台底附近桩基混凝土可能发生裂纹或破坏［2］，与图2显示结果较为符合。

综合上述计算分析可知：墩身横向截面偏心、应力均满足要求，其变形为弹性变形；7#墩桩身混凝土、钢筋应力均满足规范要求，8#至10#墩桩身混凝土、钢筋应力远大于规范要求，承台底附近桩基混凝土存在裂纹破坏现象，须采取必要措施进行整治。

3　病害结构整治

3.1病害整治内容

根据现场实测情况及数值计算结果，须对该特大桥8#，9#，10#墩承台和桩基进行加固，并对8#至11#墩间梁体进行复位，更换破坏支座。

3.2承台和受损桩基加固

将8#，9#，10#墩既有承台底向下加厚2.2 m，加厚承台包裹桩基受损部分。四周进行补桩处理，桩基施工完成后施工桩基上部承台，与原有承台植筋连接，如图3所示。

图3　基础加固设计立面示意（单位：cm）

3.2.1承台扩大加厚

将8#，9#，10#墩原承台向下加厚2.2 m。将新旧承台接触面及既有桩基凿毛（有裂缝桩基凿出主筋，混凝土松散部分全部凿除）、布置钢筋网、新承台底面穿工字钢、新旧承台接触面预埋压浆管，采用自流平自密实C35无收缩混凝土灌注加厚承台。施工主要包括如下步骤：①掏挖承台底、清除承台底垫层；②桩基裂缝化学压力注浆处理（对宽度 ＞0.2 mm的裂纹处人工凿除钢筋保护层，深部裂纹采用化学灌浆修补，并选用环氧树脂进行表面封闭）；③植筋应按照设计位置钻孔并使用锚固料对钢筋进行锚固［3］；④钢筋绑扎、安放型钢及注浆管。

3.2.2补桩

在既有承台周边加桩，8#墩加4根桩（左右侧各2根），9#墩加8根桩（左右侧及大小里程侧各2根），10#墩加4根桩（左右侧各2根），总计加桩16根，桩径均为1.5 m。

3.2.3自流平自密实无收缩混凝土浇筑

混凝土选用具有高流动性、均匀性和稳定性的自流平混凝土，能够在自重作用下流动并充满模板空间，在高流动性的同时不离析、不泌水，均匀密实成型。

3.2.4新旧承台密贴连接技术

1）为保证承台混凝土的连接及整体性，在浇筑新承台前应对既有承台接触面进行凿毛、洗净。

2）通过安放I36a型钢及植筋等方式使新旧承台之间相互连接，改善整体结构受力。

3）加厚承台浇筑前预埋注浆管，在混凝土初凝前，完成新老混凝土接触面处压浆。

3.3轨道复位施工

基于本桥梁墩顶至梁底的空间高度只有50 cm，横向反力台座施工困难的情况，本桥梁采用PLC多点同步控制顶升、摩阻自平衡平移方案。

3.3.1多点同步顶升控制系统

PLC计算机控制多点同步顶升系统通过计算机控制液压系统，实现位移的同步和行程、负载压力的控制［4］，如图4所示。

图4　PLC计算机控制多点同步顶升系统

3.3.2摩阻自平衡联动装置工作原理

摩阻自平衡联动装置由竖向千斤顶（1号和2号）和1个水平放置千斤顶（3号）及滑板构成［5］。联动装置如图5所示。

图5　摩阻自平衡原理示意

1，2号竖向千斤顶包含1个滑动面和1个伪固定面，滑动面上允许出现滑动，伪固定面不允许出现相对滑动。系统工作时，首先由1，2号千斤顶顶升箱梁脱离桥墩，3号千斤顶两端顶住竖向千斤顶。利用滑动面和伪固定面摩阻系数的差异，将1号千斤顶作为3号千斤顶的反力支点，推动2号千斤顶移动，带动其上部梁体平移。

3.3.3顶升移梁施工

1）千斤顶的选择及布置

根据桥梁的梁体重量以及和墩台之间的空间大小，本桥梁竖向千斤顶选用 QFB-15040薄形千斤顶，其额定顶力为1 500 kN，高度为 128 mm，外径为220 mm，顶部设计为球面弧形并具有液压锁定和机械螺旋锁定功能。水平千斤顶选用YD-20千斤顶，额定顶力为200 kN。平移装置的滑动面由四氟滑板和不锈钢板组成。其中8#墩（左半幅）千斤顶布置如图6所示。

图6　8#墩顶千斤顶布置示意

2）顶升平移步骤

①解除平移区域内钢轨和支座约束；②将8#至11#墩上部桥梁整体顶升3 mm，分开支座与梁体，同时锁定竖向千斤顶；③横向平移8#至11#墩顶梁体5 mm，再根据各墩顶平移量分次控制平移，直至梁体准确复位。

3.4支座更换

支座更换步骤：①设置吊装平台和支架；②拆除支座螺杆，凿除砂浆层；③采用手动葫芦拉出支座下板；④拆除支座上板，清理并保护原预埋螺栓孔；⑤吊装支座；⑥更换安装支座就位；⑦重新浇筑砂浆层至设计高度。

4　施工监控及整治效果评价

4.1平移监控点布置

选用行程分别为500 mm和300 mm的MPZ-S-P-500-ABZ和NS-WY06型拉线式位移传感器及数据采集系统对各跨的跨中、墩顶2个部位的箱梁应变进行实时监控。监控点布置如图7所示。

图7　跨中及墩顶监控点布置

4.2应变控制准则及监控

C50混凝土的开裂拉应变为110×10-6，监控中如应变值＞80×10-6需停止梁体复位施工［6］。实际应力监控的过程中最大应变为25×10-6。各监测点最大应变值如表6所示。

表6　最大应变值

4.3轨道复位效果检验

该施工方案直观可控，后期测量监测数据显示施工后轨道复位精度满足设计要求，复位结果除10#墩左线位移为0.5 mm外，其余7#，8#，9#和11#墩位移均为0。

5　结语

在大桥加固复位施工过程中，针对单侧集中倾填土导致的一系列病害，通过资料统计、理论分析及监控量测，对基础加固、桩基上端受损（失效）处理及桥梁梁体复位技术进行了系统研究。解决了基础加固中常见的新旧承台之间密贴问题；提出了采用摩阻自平衡原理同步控制顶升进行梁体复位的新型施工技术；避免了在桥墩和桥梁上植筋、打孔等损伤性施工。现场施工及监测数据表明该方法科学有效，对同类工程具有借鉴作用。

［1］中华人民共和国铁道部.TB 10002.1—2005铁路桥涵设计基本规范［S］.北京：中国铁道出版社，2005.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 94—2008建筑桩基技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［3］王惠丽.浅谈植筋工艺［J］.科技风，2009（11）：35.

［4］崔振权.桥梁改造同步顶升技术［J］.科技情报开发与经济，2010，20（5）：218-219.

［5］张恒，陈寿根，谭信荣，等.不同地层盾构隧道管片力学行为研究［J］.地下空间与工程学报，2015，11（4）：845-851.

［6］卢朋.同步控制顶升、摩阻自平衡平移连续箱梁技术研究及其应用［J］.铁道建筑技术，2015（7）：86-89，93.

（责任审编赵其文）

Technology of Reinforcement and Restoration for Bias Displacement of Super Long Bridge

WANG Yonglin
（China Railway 17 Bureau Group Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030032，China）

Concentrated loading due todumped soil at one side of a super long bridge resulted in lateral displacement of pier and turnout toward left side，inclined bearing bolts，breakage of bearing pad stone at left side，and significant track deviation.T hrough the collation of document，theoretical analysis and monitoring，reinforcement of foundation and damaged pile，and restoration of bridge were studied.T he gap between the old and new cushion cap，a problem in traditional foundation reinforcement，was controlled.T he bridge restoration was performed through synchronizing control jacking-up technology and self-equation of friction technology，avoiding the embedment of rebars into the existing piers and girders.T his will not cause additional drilling damage.T his method has low requirements of construction conditions and working space，and has good construction feasibility.

Bridge；Bias displacement；Inverse reinforcement；Self-equation of friction；Restoration

王永林（1984— ），男，工程师。

U445.7+2

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.08

1003-1995（2016）07-0030-05

2015-11-02；

2016-03-21