独柱墩曲线梁桥主梁偏位专项检测研究

董方超

上海同济检测技术有限公司 上海 200441

独柱墩桥梁由于其结构轻巧，桥下通透性好、视野开阔，易适应地形，下部工程量小等优点，在桥梁建设中被广泛采用，其中独柱墩曲线梁桥在大型枢纽立交的匝道中应用更为广泛。近年来，随着桥梁事业的蓬勃发展，桥梁安全性能成为时下关注的焦点，其中，独柱墩曲线桥梁上部结构的偏移甚至倾覆成为检测工程师关注的重点，如何准确地判断此类桥梁是否均有安全隐患，以及如何维修或加固此类桥梁，成为当下推动桥梁事业发展的重要课题。

1 工程概况

上海浦东国际机场东西飞行区联络通道桥，位于浦东机场内部，连接东西工作区，桥梁大致为东西走向，全桥共21孔。桥梁跨径布置自西向东依次为：5×21m（空心板梁）+4×32.5m（预应力混凝土连续箱梁）+3×32.5m（预应力混凝土连续箱梁）+45m（挂孔钢箱梁）+2×32.5m（预应力混凝土连续箱梁）+（26m+30.5m+26m）（预应力混凝土连续箱梁，独柱墩曲线梁桥）+（30.846m+32.5m+30m）（预应力混凝土连续箱梁）=618.346m。其中，跨径45m的钢箱梁跨越迎宾高速和轨道交通2号线。

桥面横向布置：

0.5m（防撞护栏）+10m（机动车道）+0.5m（防撞护栏）=11.0m。

桥梁上部结构：

预应力混凝土连续箱梁段：上部结构采用不同跨径的现浇预应力混凝土箱梁，每一联均采用顶板宽度为10.5m的单榀箱梁，梁高1.76m。

预应力混凝土空心板梁段：上部结构采用21m先张法预应力混凝土空心板，每孔10片，空心板梁梁高0.9m，中梁底宽0.99m，边梁底宽1.095m，边梁悬臂宽0.15m。桥面在0#台、5#墩、9#墩、12#墩、13#墩、15#墩、18#墩、21#台处设置型钢伸缩缝，其他处桥面连续。

跨径45m的钢箱梁段：上部结构采用梁长40m的单榀钢箱梁，梁高1.84m。

桥梁下部结构：

（1）桥墩：预应力混凝土连续箱梁区段采用“Y”字形独柱墩结构。空心板梁桥桥墩采用预应力盖梁+独柱墩结构。桥墩立柱与桩基设承台连接，承台厚1.5m。桥墩桩基均采用直径800mm的钻孔灌注桩。

（2）桥台：桥台为轻型桥台，台身与桩基间设承台连接，承台高1.2m。桥台桩基采用直径800mm钻孔灌注桩。

支座类型：

预应力混凝土连续箱梁采用XQZ球钢支座；预应力混凝土空心板梁采用板式橡胶支座；钢箱梁采用GYZ850×90mm圆板式橡胶支座。

桥面铺装：

混凝土梁：8cm钢筋混凝土+1mm防水层+8cm沥青混凝土。钢箱梁：2mm防水层+8cm沥青混凝土。

伸缩缝：

全桥设置8条伸缩缝，伸缩缝均采用80型型钢伸缩缝。

结构主要材料：

（1）混凝土

桥台、承台：C25；混凝土盖梁：C50；板梁立柱：C30；箱梁立柱：C40；板梁：C40；混凝土箱梁：C50。

（2）钢材

普通钢筋：R235，HRB335；预应力钢筋：均采用公称直径15.20mm低松弛钢绞线，抗拉强度标准值fpk＝1860Mpa；钢材：钢箱梁用Q345q（D）。

主要技术标准：

桥梁设计荷载：行李拖车（限拖四节，总重137kN）；客运摆渡车（总重208kN）；集装板拖车（总重290kN）。

桥梁横坡：直桥段设2.0%的双向横坡；曲线桥段设2.0%单向横坡。

2 专项检测目的

在桥梁运营过程中，发现曲线桥段于18#墩伸缩缝处存在横向偏位现象。为查明原因、保证桥梁安全运营，管理单位特委托检测单位对该桥梁进行专项检测，查明桥梁病害现状，评价该病害对桥梁安全运营的影响，进一步分析病害成因，以及提出养护、维修建议。

为了方便、准确表述，桥梁结构、构件采用如下编号规则：

桥跨编号：定义自西向东为线路前进方向，桥跨按前进方向依次为1#孔、2#孔……19#孔、21#孔。

墩台编号：按线路前进方向编号：0#台、1#墩……20#墩、21#台。

空心板梁编号：面向路线前进方向，从右向左依次编号，前面再冠以桥跨编号，如1-2#梁。

空心板梁铰缝编号：面向路线前进方向，从右向左依次编号，前面再冠以桥跨编号，如2-3#铰缝。

支座编号：单排支座：面向路线前进方向，从右向左依次编号，并冠以墩台编号，如：6-1#支座；双排支座：面向路线前进方向，从右向左依次编号，并冠以桥跨编号与墩台编号，如：5-5-1#支座。

3 专项检测过程介绍

资料收集阶段：首先，对桥梁的竣工资料等文件进行全面收集，在此基础上进行检测。根据业主提供的信息，该桥仅有竣工图纸，没有验收、检测等文件。

检测方案编制阶段：根据收集结果制定检测方案，本次检测包括桥梁结构尺寸复核、桥梁外观病害检查、材质状况检测、桥面线形测量、墩柱竖直度测量、支座偏移量测量。每个参数检测意义如下：

（1）通过对桥梁结构尺寸进行测量，复核桥梁结构尺寸是否与设计一致。

（2）通过对桥梁桥面系、上部结构及下部结构等部件的缺损状况进行检查，查明缺损和病害的部位、性质、严重程度及发展趋势，分析缺损和病害产生的主要原因，获得该桥当前的技术状况指标。

（3）通过桥梁技术状况的综合评定，确定桥梁的技术状况等级，分析和评价缺损和病害对桥梁正常使用和承载能力的影响。

（4）通过对桥梁主要构件的材质状况进行无损抽样检测，量化材料的退化程度，确定其主要指标是否满足设计及相关规范的要求。

（5）对桥梁桥面线形进行测量，了解桥梁桥面是否平整。

（6）通过墩柱竖直度测量，了解桥墩竖直度是否满足规范要求，以及是否有规律倾斜，影响上部结构偏移。

（7）通过支座偏移测量，了解支座滑动的基本情况，间接反映出主梁是否滑动或偏移。

其中，比较关键的三个方面为：桥墩立柱竖直度测量[1]、桥梁结构外观检查、桥梁支座偏移测量。

依据的规范或文件主要有：

①《公路桥涵养护规范》（JTG 5120-2021）

②《公路桥梁技术状况评定标准》（JTGT H21-2011）

③《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTGT J21-2011）

④《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2017）

⑤《混凝土中钢筋检测技术规程》（JGJ/T 152-2019）

⑥《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23-2011）

⑦《浦东国际机场货运联络通道工程竣工图》（上海市第二建筑有限公司，2006.7.25）

下面从桥墩立柱竖直度、外观病害、支座偏移三个方面介绍检测结果。

3.1 桥墩立柱竖直度测量

按照《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2017）8.6节桥梁混凝土现浇墩台全高竖直度要求，用全站仪测量曲线梁桥段（15#墩～18#墩）立柱竖直度，墩柱竖直度测量结果见下表1所示。

表1 桥墩立柱竖直度测量结果

由上表可知，曲线梁桥段的桥墩立柱竖直度满足规范要求。且用水平尺测量可知18#墩立柱顶面横向无明显倾斜，表明上部主梁的偏移不是墩柱倾斜导致，也不是墩柱顶面不水平导致。

3.2 结构外观检查

依据《公路桥涵养护规范》（JTG 5120-2021）对该桥进行了全面检查。

检查结果表明：18#孔主梁在18#墩端存在明显的位移：在18#墩顶南侧防撞护栏处测得向南偏位3.5cm，在北侧防撞护栏处测得向南偏位3.8cm。且南侧防撞护栏比相邻的19#孔防撞护栏低1.5cm，北侧防撞护栏比相邻的19#孔防撞护栏高1.9cm，曲线联主梁相对于相邻联主梁可能存在横向偏移和顺时针的扭转。

3.3 支座偏移测量

根据以上2步检查结果，下部结构未倾斜的情况下，测量桥梁支座顶板相对于底板的偏移量可以反应出主梁的偏移方向和偏移量。

对发生偏位的曲线梁桥段及其前、后2两联进行了支座偏移测量，14#～20#墩支座顶板相对底板偏位情况如下图1所示。

图1 14#~20#墩支座顶板相对底板偏位情况统计

由图1可知，14#墩所在联的固定支座未产生偏移或破坏，说明该联上部结构没有整体偏移；曲线联的固定支座未产生偏移或破坏，且单向支座偏移量较小且无规律，说明该联上部结构没有整体纵向或横向偏移；19#墩所在联固定支座未产生偏移或破坏，且该联主梁末端与桥台间间距正常，未见顶死等异常，故该联上部结构没有整体偏移。

另外，18#墩支座横向限位挡块断裂，且支座损坏严重，见下图2所示。

图2 18-18-2#支座钢板锈蚀，横向限位挡块断裂

由图2可知，18-18-2#支座横向偏移导致支座横向限位装置破坏，上下垫板相对滑动明显，表明18#墩处主梁向外侧偏移。

4 病害成因分析及维修对策

经过专项检测，桥梁结构尺寸与竣工图相符，桥面线形整体平顺未见明显突变，桥梁材质状况良好，结合外观检查结果、桥墩立柱竖直度测量结果以及支座偏移量测量结果可知：该桥18#孔主梁在18#墩端存在明显的位移，且伴随支座严重损坏和支座挡块顶死开裂等病害，存在安全隐患。

根据专项检测结果，经过综合分析，做出如下病害成因分析：

（1）根据墩柱竖直度测量结果，该桥下部结构立柱竖直度满足规范要求，上部结构的纵、横向偏移不是下部结构立柱倾斜引起的。

（2）根据桥梁外观检查结果，曲线桥段主梁于18#墩处存在纵向和和横向偏移，支座的横向限位装置损坏说明主梁存在横向偏移，18#墩顶支座顶底板纵向错位说明主梁存在纵向偏移。

（3）根据支座顶底板偏位情况可知，曲线桥段及其前、后2联的固定支座未偏位，且其余单向支座也未出现大幅度偏位或损坏，说明整联主梁并未产生整体的纵向移动或横向移动。

由以上分析可知，该桥曲线段梁桥仅在18#墩顶有横向偏位和纵向偏移的迹象，但该联桥并未整体偏位或移动。

根据病害分析，提出以下维修建议：鉴于球钢支座普遍老化，建议更换曲线梁段内所有球钢支座，在顶升更换支座的同时，通过顶推[2]手段调整该联主梁位置，减少18#墩处主梁横向偏位，且在18#墩处设置更加可靠的横向限位装置，同时设置永久性位移观测测点，以便后续定期监测曲线段主梁位移情况[3-4]。

5 结语

本工程对上海浦东国际机场内的一座主梁偏位的独柱墩曲线梁桥进行了专项检测，通过立柱竖直度测量、外观检查、支座偏移测量的方法综合分析病害成因，再根据病害特点提出维修建议。经总结，得到以下几点体会作为结语：

（1）该桥运营约15年左右从未开展过桥梁检测，且未建立桥梁档案，于是，发现主梁偏位后，手中没有相关资料可以分析参考，这也给判定病害成因造成很大困难。

（2）独柱墩曲线梁桥因占地空间小、结构形式优美等特点被广泛应用，但独柱墩曲线梁桥的易侧移和易倾覆等不良特征值得桥梁工程师的警惕，不管在设计时还是在检测时，都要关注。

（3）对于已经发生侧移的独柱墩曲线梁桥,检测工程师可以从以下几个方面考虑：下部结构是否倾斜，支座是否有滑动痕迹，主梁间是否有错动痕迹。若有竣工资料，可以测量主梁或立柱的标高进行比对判断。

（4）结合文献和检测结果，浦东机场东西飞行区联络通道桥18#墩处主梁横向偏位的可能原因：汽车荷载离心力和系统温差造成。18#墩处主梁纵向偏位可能原因：该桥为现浇的预应力混凝土曲线梁桥，主梁纵向的伸长和缩短可能与预应力体系变化、混凝土热胀冷缩等有关。

（5）对于重要桥梁，可以在曲线桥段设置主梁位移监测测点，定期观察主梁是否存在横向或纵向位移。因为主梁的偏移是日积月累的过程，定期观测是一种有效的监测手段。