青芝高架桥你侧移病害分析与处治.doc

青芝高架桥侧移病害分析与处治摘要：结合青芝高架桥侧移病害处治工程实例，介绍桥梁病害检测与分析、病害处治方案和病害处治施工的理论和方法，为同类桥梁养护管理提供参考。1         桥梁及病害概述1.1桥梁概述青芝高架桥位于沈海线罗长高速公路连江段，于2002年建成通车。该桥全长1504m，桥跨组合为3×40+46×30m。上部结构为预应力砼准连续T梁；下部结构为钻孔桩基础、柱式墩；桩基为嵌岩桩，桩径1.5m。墩柱直径1.4m。支座采用板式橡胶支座和四氟板橡胶支座；伸缩缝为D-160型。1.2桥位地质情况青芝高架桥位于福州冲海积平原，地处闽江级阶地，淤泥及淤泥质粘土分布较广，最厚达20m以上，天然含水量为4070%，孔隙比大于1.0，压缩模量1.73.0MPa。桥位地层以淤泥及淤泥质粘土为主，呈流塑软塑状态，承载力较弱，工程性质差。1.3病害情况受右侧附近温福铁路隧道施工弃渣荷载影响，青芝高架桥第七联（3844#墩）一联六孔桥梁结构出现横向侧移偏位。桥墩侧移量以39#墩最大（7.95cm），梁体侧移量以38#墩处梁端最大（8cm）。墩柱垂直度受软基推移影响较大，横桥向整体往右侧倾斜，顺桥向产生扭曲。因桥墩及梁体侧移不同步，板式橡胶支座出现剪切变形，部分支座出现严重开裂。部分盖梁左侧挡块被T梁挤裂。从观测数据分析看，同排桥墩左幅侧移量小于右幅（与桥墩至隧道弃渣场距离有关）；同排梁体左右幅梁体侧移量基本相同（受中央分隔带电缆托架和伸缩缝等约束作用）。2         病害检测与分析2.1桥梁位移稳定观测发现桥梁侧移病害后，我司及时对隧道弃渣进行搬运、卸载。为准确了解卸载后桥梁位移情况，对桥梁进行位移稳定观测。简述如下：2.1.1观测点设置测斜管选用直径为70mm钢管，测斜孔底端要求进行持力层3m，顶端以高出地面0.5m为宜。测斜管内埋设测试元件。测斜孔以持力层为基准点，通过观测桥位地层垂直剖面的水平位移，以探明观测断面的最大水平位移及深度分布。2.1.2观测频率观测初期前10天每天1次（如出现失稳异常征兆则加密观测），观测初期后15天内每三天观测1次，其后每周观测1次。2.1.3观测结果 根据观测数据分析，卸载后桥位软基经过近4个月变形调整，日位移量为小于0.1mm，桥梁位移已趋于稳定，累计最大位移量为8.3mm（位于右幅38#桥墩）。2.2桩基位移分析为充分了解侧移状态下桥梁桩基的内力分布情况，确定桩基承载力和规范允许的侧移量，采用了两种不同方法对桥梁桩基位移进行对比分析。2.2.1计算分析方法一采用英国土工软件FLAC3D，建立土体和结构相互作用有限差分模型，计算地基土及桩基位移场、桩基内力；依据砼结构设计规范，检算桩基承载力、裂纹宽度并评价桩基安全性。2.2.1.1有关检算数据（1）计算参数选定。选取右幅38#墩桩基进行计算。弃渣场土体均布荷载：p=100kPa；堆载区边缘与桩基距离：20m；桩径：1.5m；桩长：45m；桩基砼标号：C20；淤泥厚度：25m；单桩桩顶恒载：4300kN。（2）工况设定。根据桥梁受力状态，工况分为堆载时和卸载后两种。经计算，堆载时桩基最大弯矩为3000kN/m，位于地面以下约13m处；卸载后桩基最大弯矩为1300kN.m，位于地面以下约13m处。（3）桩基极限强度检算。工况1：堆载时，Nmax=4000kN，Mmax=3000 kN.m。按照现行公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范（JTGD62-2004）进行检算，桩基轴向允许承载力Nr=4810kNNmax，弯矩承载力Mr=3626 kN/m.Mmax。工况：卸载时，Nmax=4000kN，Mmax=1300 kN/m。桩基轴向允许承载力Nr=10785kNNmax，弯矩承载力Mr=3528kN/m.Mmax（4）桩基裂纹宽度检算。工况1：钢筋应力óss=29.4MPa；裂纹宽度Wfl=0.28mm设计规范限值0.2mm(类，滨海环境)；工况2：钢筋应力óss=9.2MPa；裂纹宽度Wfl=0.050.2mm。2.2.1.2位移检算结论右幅38号墩桩基在现有侧移状态下，其极限承载力满足规范要求，但砼裂纹宽度达0.28mm，已超出设计规范限值。为确保桥梁结构耐久性，应对桥梁桩基进行加固处理。2.2.2计算分析方法二根据现有桥梁受力状态，建立由盖梁、墩柱、系梁和桩基构成的有限元刚架模型；将地面线以下的桩柱根据桩周不同土体分段设置弹性约束；依据法国Boussinesq的解答确定半空间内的任意点处应力；选用桥梁检算程序，检算桩基承载力、允许侧移量并评价桩基安全性。2.2.2.1有关检算数据（1）有关检算参数选定。 选取位移量最大的右幅39#桩基进行检算。桩的计算宽度：0.5倍桩径；砼标号：桩基、系梁取C20，墩柱、盖梁取C30；桩周土层比例系数（或地基系数）依据地层资资料设定。（2）强度检算。考虑土压力、桥梁自重和车辆活载作用，桩身弯矩最大位置为桩与系梁结合部及系梁底约13m处，对不同荷载组合进行检算，桩与系梁结合部桩基荷载弯矩超出抗力弯矩（有关受力检算数据本文从略）。（3）侧移量检算。以极限承载能力为临界点，通过试算法计算容许侧移量为51mm，右幅38#桥墩实际最大位移量为102.5mm，相当于容许侧移量的2倍。（4）检算结论。 现有侧移量已超出容许侧移量，现有状态下桥梁桩基承载能力不满足运营要求，应对桥梁下部结构进行加固处理。2.3桩基低应变动力检测2.3.1检测基本思路通过桩基振动信号的拾取与分析，得到桩基的动力特性，并通过与其它同类型基础的振动检测结果对比分析，判别被检桥梁基础工作状况。除对受推挤的28根桩基外，还选取了6根其它完好桩基对比检测。2.3.2低应变动力检测方法 低应变动力检测激振采用18磅重锤人工敲击方式进行，信号拾取采有速度传感器，信号分析采用PDB软件。经反复比选，采用盖梁顶部对应桩基中心的位置激振、盖梁顶部接收信号的方案。激振方向为墩柱竖向轴线方向，传感器布设于待检测的桩基中心对应的盖梁顶部，距激振点约40cm，信号接收方向平行于墩柱竖向轴线。有关布设详见图1。  图1 检测示意图2.3.3检测结论 经桩基低应变动力检测分析，青芝高架桥左右幅3844#墩桩基桩身较为完整，未见明显断裂。1         病害处治设计与施工3.1下部结构加固3.1.1加固设计方案根据监测资料及有关检测成果，对变形较大的3840#桥墩共16根桩基进行加固。在原有系梁处加设圆形顶托承台，原有桩基处沿桩周圈布置4根锚杆静压桩，以部分托换原桩基上的荷载。3.1.1.1锚杆静压桩设置锚杆静压桩截面300mm*300mm，桩端持力层为强风化花岗岩，桩长约30m，单桩承载力要求不小于500 kN。3.1.1.2顶托承台设置圆形顶托承台高度100cm，采用C30砼。承台上均匀设置4个压桩孔及必要的压桩反力预埋件。承台设置放射受力筋，与墩柱主筋隔根焊接及植筋锚固。承台底部设环向分布筋，以植筋方式锚固于原系梁。要求凿除新旧砼结合处砼并加涂专用界面剂。3.1.2施工注意事项(1)压桩前采用工程钻机进行引孔，引孔直径为250300mm，引孔深度进入残积土不少于2m。(2)压桩应对称、平衡进行,以避免形成土体单侧推挤。桩节采用外包角钢进行刚性连接；桩位平面偏差不得超过+20mm，桩节垂直度偏差不大于1%。(3)每处压桩应分段连续施工。因故必须停压时桩底应置于软弱层，且停压时间不宜超过24h。 (4)为避免桩体反弹削弱承载力，压桩后应监测桩位反弹量。在桩顶埋设千分表进行监督。对反弹量超过2cm的，在封桩前应施压预压力。3.2上部结构纠偏复位3.2.1纠偏标准及纠编量确定在不中断桥面交通、不改变现有桥梁下部侧移现状的条件下，对左右幅第七联梁体进行竖向顶升和横向纠偏。以前后两联的梁面中线为参照线，对拟纠偏桥梁轴线进行拟合，计算确定横向纠偏量（详见表1）。同时，根据拟合后梁体回轴线位置，调整支座垫石位置，确保支座均匀受力。3.2.2竖向顶升力和横向顶推力计算30m跨径上部结构自重为5392.2kN/孔，视为均布荷载:q=5392.2/30=179.74kN/m。按一联六跨进行桥梁支点反力影响线分析，计算全联梁部支点反力影响系数c。按公式：R=c×q×L计算支点反力值即竖向顶升力。其中c为反力影响线系数,q为均布荷载,L为梁跨度。按四氟乙烯板与不锈钢板接触的选用摩擦系数，取=0.06。按公式F=×R计算横向顶推力。经计算，最大顶升力和顶推力均位于39#、43#支座处，顶升力值R为6118 kN，顶推力值为367 kN。各墩顶升（推）力值见表1。 有关数据计算表 表1墩号38394041424344纠偏量（cm）8/6.86/6.54/43.5/3.50.8/1.20.4/0.50.3/0.2影响系数c0.3941.1340.9611.0190.9611.1340.394顶升力R（kN）2125611851845495518461182125顶推力F（kN）127.6367311323311367127                              注：表中8/6.8指左幅/右幅数据。3.2.3主要施工工序搭设施工作业支架平台；部分支座垫石加宽处理，边梁外侧挡块凿除处理；设置横向顶推及限位支点；安装竖向起顶设备；单幅6跨梁体整体顶升，同排横向顶升高度保持一致，纵向顶升高度按线性分布，最小顶升高度满足更换支座空间需要；安装平移装置，即墩侧面安装横向顶推千斤顶，主梁底板设置四氟板垫块；将主梁支承于四氟板垫块上；主梁平移纠偏施工，使主梁在水平方向上复位；用竖向起顶装置顶起主梁，撤去四氟板垫块；更换原有支座；11将主梁放置在安装好的支座上；12拆除所有顶升(推)设施和施工平台。3.2.4主要施工方法3.2.4.1顶升(推)及限位支点设置用千斤顶顶升。各千斤顶上下均设置2cm厚钢板分摊压力，防止对砼局部造成破坏。横向顶推、限位支点及反力架设置如图2所示。3.2.4.2竖向顶升主梁施工竖向顶升主梁使用超薄型液压千斤顶。千斤顶直接搁置在盖梁上，在T梁端两侧横隔板底部靠腹板设凹型钢托架。每片梁端两侧横隔板下各放置1台，共8台，每台顶升力100t，合计理论顶升力为800n。每墩处各千斤顶共用一台电动油泵，以确保起顶施工能够同步进行。对于边梁的顶升，因边梁外侧挡块限制，应先将边梁外侧挡块凿除找平后放置千斤顶。各千斤顶上下均设置2cm厚钢板分摊压力，防止对砼局部造成破坏。T梁顶升千斤顶搁置示意详见图2。起顶前将横隔板底部和盖梁表面顶升位置的混凝土表面整平并清理干净，在底部先垫入橡胶板，再垫2cm厚的钢板作为垫板。施工安装百分表加以监测控制，确保同排每个千斤顶的顶升高度一致。主梁起顶顺序为从两端向中间逐墩（排）顶升，即先顶升伸缩缝端墩处梁体，最后顶升联中间墩处梁体。注意同排主梁顶升高度相同且不得超过规定值5mm，确保主梁整体被均匀顶起5mm，保证主梁结构安全。                      图2 千斤顶搁置大样示意图 （3）横向顶推主梁施工。主梁横向顶推使用手动液压千斤顶，顶推支点设于反力架上。每墩两侧各布置2台，每台30t，各墩理论顶推力为60n。梁体横向平移顶推千斤顶布置详见图3。梁体平移顶推施工分四步进行，每步顶推平移量为总平移量的25%。主梁横移时，按照每次位移量进行控制，以确保主梁横移施工安全可靠。顶推量采用百分表控制，并在盖梁显著位置画上标线。图3 梁体横向平移顶推千斤顶布置图（4）支座更换、垫石及挡块修复。 主梁横向就位后，用千斤顶顶起主梁，撤除四氟板垫板，进行支座的更换。测量复核主梁中轴线与前后联中轴线拟合后，卸放主梁于新支座上，主梁卸放步骤与主梁顶升步骤相反。对于新支座偏出原有垫石的，应事先对垫石进行调整、修复。对受损、开裂的挡块应全部凿除后，在盖梁上植筋、浇筑砼予以修复。1         结语通过病害分析和处治，青芝高架桥侧移病害得到了有效根治，目前桥梁技术状况良好。实践证明，青芝高架桥桥梁侧移病害检测分析准确，病害处治方案制定科学，病害处治施工得当。该桥侧移病害分析与处治对同类桥梁养护管理具有较高的参考价值。