大纵坡桥梁桥墩纵向偏位处治研究

蔡　静

(湖南省交通规划勘察设计院，湖南 长沙　410008)



大纵坡桥梁桥墩纵向偏位处治研究

蔡静

(湖南省交通规划勘察设计院，湖南 长沙410008)

对某大桥桥墩纵向偏位情况进行了原因分析和计算，指出了桥墩纵向偏位系主要受梁底支座安装不均匀和施工荷载的影响，并根据实际情况提出了桥墩偏位的反力纠偏措施，对以后类似的案例可提供参考。

；桥墩；大纵坡；纵向偏位；纠偏设计

0　引言

随着交通建设的发展，山区高速公路日益增多，建设难度日益加大，桥隧比也越来越高。为减少工程造价、降低桥高等原因，部分山区高速公路大部分桥梁纵坡均≥2%，部分纵坡达4%以上。由于纵坡加大容易使支座处于非水平状态，导致出现一系列问题，近年部分大纵坡桥梁更是在施工完成后出现了桥墩纵向偏位等情况。本文以某山区高速公路桥梁为例，简要对桥墩纵向偏位进行分析。

1　大纵坡桥梁纵向偏位情况

某大桥跨越峡谷，桥面纵坡位于-2.8%的下坡段，桥梁上部构造采用17×40 m预应力砼连续T梁，下部构造根据墩高情况分别采用圆柱墩和薄壁空心墩，墩高<45 m采用圆柱墩，墩高>45 m采用薄壁空心墩，所有墩柱高度在15.6～93.6 m之间。如图1。

图1　桥型布置图

2　墩柱纵向偏位原因分析

2.1墩柱承载能力对结构的影响

为验算墩柱偏位是否是因为墩柱承载能力不足引起，对全桥上、下构造进行了有限元模拟，支座采用线弹簧模拟，墩柱计算长度根据一阶屈服模态进行反算和集成刚度法手算进行比较，取偏大值。

根据计算结果，3#、7#、13#墩墩柱计算长度系数分别为1.20、1.11、1.18，最大滑动摩阻力均为92.7 kN。3#墩高40.7 m，7#墩高93.6 m，13#墩高42.5 m；3#、13#墩柱截面直径为D 200 cm，配46根Φ28HRB335钢筋，7#墩为变截面薄壁空心墩，配198根φ32HRB335钢筋和92根φ25HRB335钢筋。计算结果表明，在滑动摩阻力作用下，墩柱承载能力均满足要求。

同时考虑墩柱顶偏移纵向偏位情况下，偏心荷载对墩柱是否会产生破坏。为保证结构安全，墩柱处理阶段，桥上禁止一切车辆通行。根据验算结果，在只考虑结构恒载作用下，墩柱承载能力满足要求，经现场检测，墩柱底部亦未出现任何裂纹。墩柱能产生较大位移，系因为墩柱刚度较小，但仍处于弹性范围。

2.2支座安装对结构的影响

支座安装对结构的影响主要体现在两个方面：

1) 支座未按照设计位置安装，支座横桥向安装位置并不在一条直线上，部分支座安装位置靠近盖梁端部，部分支座顶板中心与垫石中心不重合，导致上部构造荷载产生额外偏心，并改变了支座容许滑移量。

2) 支座顶板安装不水平，即支座滑动面不水平，梁底预埋钢板未调整楔形块各点高程，直接预埋成与梁底水平，而支座上钢板直接与梁底预埋钢板焊接，导致支座滑动面不水平，并直接限制了支座的自由滑动，并容易产生累计位移，如图2所示。

正确的预埋钢板方式应根据纵横坡情况，将梁底预埋钢板做成楔形，并通过计算确定预埋钢板各点外露高程，如图3所示。

根据检测情况，本桥部分梁底钢板与梁底大体平行，垫石顶部基本保持水平状况，梁底钢板不水平导致支座竖向偏差在3～6 mm之间。由于盆式支座由上下钢板、钢盆及盆底橡胶组成，竖向偏差致使盆底橡胶块出现不平衡压缩，以适应支座不平衡状况，进而在梁体需要位移时形成两侧支座水平力不对称情况出现。

图2　支座安装示意图

图3 楔形块高度示意图h1=h+a2×i1+b2×i2h2=h-a2×i1+b2×i2h3=h-a2×i1-b2×i2h4=h+a2×i1-b2×i2

2.3温度对结构的影响

如图4所示，过渡墩处梁体与支座接触处未完全调平，支座顶面的倾斜度与梁底一致，则每一支座由于竖向变形状态不均匀(形为尖向下坡方向的楔形块)而处于非正常受力状态。升温时，梁体伸长，此时梁1向上坡方向的伸长使得其下墩梁间的支座逐渐楔紧，而梁2则较易向下坡方向伸长，不平衡力使桥墩顶向上坡方向位移；降温时，梁体缩短，此时梁2向上部方向的回缩使得其下墩梁间的支座逐渐楔紧，而梁则较易于向下坡方向回缩，由此导致的不平衡水平力使桥墩顶向上坡方向位移。

图4　温度变化对结构影响示意图

2.4施工荷载对结构的影响

在施工阶段汽车制动力作用下，梁体在受向下坡方向作用力时，墩柱顶受梁底纵坡影响，梁体较易向下坡方向滑移，墩柱较易向上坡方向滑移；梁体在受向上坡方向作用力时，墩柱顶受摩擦力影响，墩柱较易向上坡方向滑移；反复作用累计之后，墩柱产生较大向上坡方向位移。

3　桥墩纵向偏位处治措施

1) 由于墩柱承载能力满足要求，为恢复受力形态，采用反力纠偏装置，将3#、7#、13#过渡墩墩柱恢复至铅垂状态。

纠偏系统主要由纠偏装置和反力千斤顶组成。反力纠偏装置安装在T梁(上坡侧)端部，反力千斤顶抵靠在桥墩盖梁上，千斤顶顶推力作用后，反力纠偏装置将作用力作用在盖梁上，从而将桥墩纠正。纠偏系统详图如图5所示。

纠偏装置组数主要由顶推力确定，顶推力主要考虑支座摩阻力和千斤顶的效力系数及超荷系数：

F摩=μN=0.06×7 000 kN(上构恒载)=420 kN

千斤顶的效力系数取0.8，超荷系数取1.1，考虑行程等原因，千斤顶取用200 kN标准，则单个千斤顶所能承担的荷载P=200 kN×0.8/1.1=145.4 kN。由于上部构造由5片T梁组成，因此全桥采用4组千斤顶顶推，总顶推力P总=4×145.4 kN=581.6 kN，大于F摩= 420 kN，满足要求。

图5　纠偏装置示意图

2) 为限制桥梁在后续阶段再次产生较大位移，在过渡墩盖梁顶增设限位器装置，如图6所示。限位器装置采用在盖梁顶增设I20双拼工字钢，在横隔板两端工字钢顶在横隔板两端位置设置20 mm钢板加劲肋，同时对横隔板底端加厚并外包8 mm钢板，以使横隔板与限位装置完全平行，受力均匀。为保证伸缩缝的工作位移，限位装置与横隔板之间间隙为8 cm。

图6　墩顶限位装置示意图(单位；mm)

3) 为保证上部构造能垂直传力至下部构造，减少梁底钢板未完全水平对墩柱的影响，在墩柱恢复到位后，采用同步顶升系统顶升上部构造，顶升高度不超过1 cm，将原GPZ系列支座更换为QZ系列支座。支座底再垫一层6 mm厚钢板，与原支座高度保持一致，支座滑移方向与原设计支座保持一致。

4　结语

经过计算分析、现场检测，找出了该桥过渡墩纵向偏位的原因：即支座施工未按纵坡情况进行调平处理，致使在温度影响力和汽车制动力作用下，使墩顶出现纵向偏位，在顶推复位、更换支座后，经过一段时间试运营，桥墩未再出现异常状况。

由于桥墩纠偏施工难度极大，工程费用也非常可观，为避免类似情况出现，对大纵坡桥梁应加强梁底调平设计，梁底应根据纵、横坡情况设置楔形预埋钢板，保证预制梁在落梁后预埋钢板处于水平状态；为减少支座对结构位移的限制，宜尽量选用球型支座；在施工过程中，应加强对墩柱施工监控，保证墩柱偏移量满足规范要求，避免墩柱倾斜产生额外的纵坡导致结构出现新的不平衡。

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2016-06-28

蔡静(1982-)，女，工程师，主要从事路桥设计。

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