华强立交A匝道独柱曲线梁桥病害分析及加固

维普资讯 http://www.cqvip.com ５８　桥梁建设　２００３年第２期　文章编号：１００３—４７２２（２００３）０２—００５８—０４　华强立交Ａ匝道独柱曲线梁桥病害分析及加固　杨党旗　（深圳市道桥管理处，广东深圳５１８Ｏ４Ｏ）　摘　要：以独墩柱曲线梁桥发生的病害为例，详细介绍了独墩柱曲线梁桥病害产生的原因。　同时针对独墩柱曲线桥病害的特性，介绍了加固方法和施工方法，对今后独墩柱曲线桥的设计、施　工和加固提供了参考。　关键词：连续梁桥；曲梁；病害；桥梁加固　中图分类号：Ｕ４４８．４２；Ｕ４４８．２１５　文献标识码：Ａ　Ｄｅｆｅｃｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｉｎｇｌｅ－Ｃｏｌｕｍｎ　Ｃｕｒｖｅｄ　Ｇｉｒｄｅｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｏｆ　Ｈｕａｑｉａｎｇ　Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ　Ｒａｍｐ　Ａ　ＹＡＮＧ　Ｄａｎｇ—ｑｉ　（Ｒｏａｄ　ａｎｄ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｃｉｔｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５１８０４０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ—ｃｏｌｕｍｎ　ｃｕｒｖｅｄ　ｇｉｒｄｅｒ　ｂｒｉｄｇｅ　ｏｆ　Ｈｕａｑｉａｎｇ　Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ　Ｒａｍｐ　Ａ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌｓ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｄｅｆｅｃｔ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｕｒｖｅｄ　ｇｉｒｄｅｒ　ｂｒｉｄｇｅ，ａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔｓ，ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｍａｙ　ｓｅｒｖｅ　ａｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｋｉｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄａｙｓ　ｔＯ　ｃｏｍｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｇｉｒｄｅｒ　ｂｒｉｄｇｅ；ｃｕｒｖｅｄ　ｇｉｒｄｅｒ；ｄｅｆｅｃｔ；ｂｒｉｄｇｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　１　概　述　Ａ１０各采用１个双向活动盆式支座，梁端桥中线处设　有抗震锚栓，直径５　ｃｍ，伸入主梁６０　ｃｍ。Ａ６、Ａ１０设　预偏心，分别偏向外０．４　ｍ和０．４５　ｍ。空载时Ａ５～　深圳市华强立交是一座位于５个交叉路口的３　层全互通式立交，１９９６年始建，１９９８年经荷载试验　合格后，投入使用。在２０００年６月３日下午３：３Ｏ　左右，Ａ匝道主联曲线梁桥突然产生向外移动和向　Ａ１１各墩对应设计反力值分别是１　７８１．６，７　６４９．０，　９　９０７．３，１０　４４６．３，１０　２８４．０，１０　５５３．１，２　７５９．９　ｋＮ。　外侧翻转，致使笋岗路东行左转华富路交通中断，给　市民带来极大不便。　Ａ匝道桥为一定向匝道，全长４１５．９４　ｍ，分４联，　每墩均为４根声１．２　ｍ钻孔灌注桩基础，中间墩采用　声１．６　ｍ单柱墩，联间墩为声１．３　ｍ双柱墩。本桥设计　荷载为：汽一超２Ｏ，挂一１２０，原设计为单车道，后用２　列车验算应力。　其中主联第３联为６孔联连续曲线混凝土箱梁桥。　曲线半径为２５５　ｍ，全长２３９．７５　ｍ。跨径（中心弧跨）　组成为（２２．８１３＋３５＋５５＋３９．９３８＋５５＋３２）ｍ，跨越　的桥墩编号为Ａ５～Ａ１１。箱梁室底面宽５．０　ｍ，箱室　２病害类型　２．１梁体位移　高２．２　ｍ，桥面宽９　ｍ。支座布置为：联间共用墩Ａ５　及Ａｌｌ各采用２块橡胶支座，中心距为３．６　ｍ，Ａ６～　经现场实测，梁体径向位移最大值发生在Ａ８　墩，最大位移量为４７　ｃｍ，切向最大位移位于Ａ５墩，　收稿日期：２００２—１２—０６　作者简介：杨党旗（１９６１～），男，高级工程师，１９８３年毕业于西安公路学院道路与桥梁专业，工学学士，１９８８年毕业于西安公路学院道路与桥　梁专业，工学硕士。　维普资讯 http://www.cqvip.com 华强立交Ａ匝道独柱曲线梁桥病害分析及加固　杨党旗　５９　最大位移量为１６　ｃｍ，扭转位移最大量发生在Ａ５　墩，向外扭转２．４２。，见图１。　橡胶支座的大部分橡胶从内侧挤出盆外。支座损坏　情况统计见表１。　２．３桥面横坡及梁轴曲率出现有害变化　经检查，桥由向内侧２　９／６的设计横坡度变为向　外侧的横降坡，桥面在Ａ６～Ａ１Ｏ墩柱中心处梁的坡　度，依次为一０．７　、一１．７　、一１．８　、一１．７％、一　１．４　。梁轴曲率Ｒ由２５５　１ＴＩ变为２５０　ｍ。　３病害原因初探　事故发生后，有关方面进行了多次反复论证、研　讨。从设计方面讲，未发现违犯国家现行桥梁规范　图ｌ　Ａ匝道平面示惹及位移形态　２．２支座破坏　标准之处，对于弯桥的计算，不同的计算专用程序所　得结果出入较大，甚至相反，说明弯桥计算理论的复　杂性。就施工质量而言，桥位移后，对梁体进行检　查，仅发现３条受力裂缝，裂缝宽度小于０．２　ｍｍ，　经检查，主梁突然发生变位后，各墩顶的橡胶支　座均受到不同程度的过量变形和损坏：Ａ５和Ａ１１　墩内侧（圆心侧）的板式橡胶支座脱空，造成外侧的　板式橡胶支座超压变形；Ａ６和Ａ１０墩盆式橡胶支　说明梁的整体性尚好。　该桥竣工开通前经静动荷载试验，表明该桥处　于正常受力状态，且发生位移前，无任何征兆，这也　认定了问题的复杂性。　３．１支座系统的设置存在的问题　座的部分橡胶从内侧挤出盆位；Ａ７、Ａ８、Ａ９墩盆式　表１支座损坏情况　在扭转跨度较大情况下（２４０　ｍ），中间５个墩柱　均为独柱单支座，特别Ａ８墩原设计为单向活动盆式　橡胶支座，施工时又改为双向活动盆式支座，梁体抵　抗水平力作用和变形能力较差。计算表明：当摩阻系　数　４ｏ．０１５时，在温度作用下Ａ６～Ａ１Ｏ墩水平力均　超过支座摩阻力而发生滑动。具体数值见表２。　表２各中墩顶水平力及支座摩阻力　ｋＮ　位置—弄　言　譬　旦　等　Ａ６　Ａ７　Ａ８　Ａ９　Ａ１０　１５３．５　２１８．３　１５６．４　１８７．０　１９６．８　１７３．１　２４６．８　１７５．９　２０７．２　２１８．７　垂直力　４０４．２　５４７．８　０．０３　摩阻力　一０．０２　２４２．５　３２８．７　３４０．９　０．０１５　５６８．１　５６４．０　５６９．５　３３８．４　３４１．５　３．２温度变化引起的累加位移问题　在温度变化长期作用下，曲线梁体因两端约束　较大，其中间部位全在平面内缓慢向外侧移动和转　动，升温时侧向位移为Ａ　（朝圆心外），降温时位移　影响尚待进一步研究，以上分析原因是初步探索，依　据还不充分。　４加固修复方案　为△。（朝圆心方向），在降温时，由于重力分力作用，　Ａ。＜△　，如此循环，整个梁体不断向外位移，移动到　偏心一定量后，梁体开始整体向外侧扭转，梁体的水　平分力大于支座的摩擦力，曲线梁体突然整体下滑。　曲线梁体的力学特性比直线梁体复杂得多，目　加固修复方案主要包括两项内容：一是曲梁梁　体复位，在每一个墩柱部位架设临时钢结构支承体　系，利用千斤顶在垂直方向将５　０００　ｔ重梁体顶高　４０　ｃｍ以上，以便更换支座，再利用水平千斤顶逐步　将梁体基本推回到原设计位置；二是改进并重建支　前的规范和结构计算程度尚不完善，对于曲线梁体　平面变形和稳定的分析，对温度变化作用、预应力的　承体系，将Ａ６、Ａ１０墩柱加大改成双支座抗扭支墩，　在Ａ７～Ａ９墩顶增设抗扭约束装置；更换所有橡胶　］　Ｗ　维普资讯 http://www.cqvip.com ６０　桥梁建设　２００３年第２期　支座，加强水平限位措施。　４．１支座系统的重新布置　应的墩柱由　１　６００　ｍｍ加大为长圆形，并将原墩柱　顶部高约１　８００　ｍｍ凿除后改筑托盘式墩帽，在墩　帽顶布置双支座。　５施工关键程序　由于梁体在变化过程中，各墩的橡胶支座均受　到不同程度的损坏，因此，必须对全部支座重新更换　和重新布置。　４．１．１　Ａ５和Ａｌ１墩　由于梁体的变形，变位十分复杂，在３个方向６　个自由度均存在不同程度变形、变位，因此梁的复　将原设计２个ＧＪＺ４００×７００×６４板式橡胶支　座更换为２个ＧＪＺＦ４—３５０×６００×６０四氟板式橡　位、校正是整个加固工程的关键。梁的复位工作分　为：顶升梁体；梁体平移；调整坡度；施工抗扭墩墩　帽，更换支座；落梁就位、调整支座反力５个施工阶　段。具体见图２。　胶支座，即更换前后均为双支座形式，相应于混凝土　箱梁底面原预埋钢板上需垫贴口４５０×４０×７００不　锈钢板，并焊牢。盖梁上内侧支承垫石为５００　ｍｍ　×８００　ｍｍ×２０　ｍｍ，外侧支承垫石为５００　ｍｍ×８ＯＯ　ｍｍ×３０　ｍｍ，使外侧支承垫石超高１０　ｍｍ，提高Ａ５　墩的抗扭能力。　４．１．２　Ａ６和Ａ１０墩　季　　ｌ苎　—————ＪＬ—～　皇　圃　垂至　———乜　垂　　ｌｌ逐级平移Ｊ　差曩　篁以恢复　Ａ６、Ａ１０墩为　１　６００　ｉＴｌｍ独柱墩顶面，将原设　计１个ＧＰＺ１２５００ＳＸ双向活动盆式橡胶支座，更改　为２个圆形橡胶支座，并且外侧支承垫石较内侧多　调整坡度卜＿——　调整横坡（设计值２％）Ｈ逐级调整　超高１０　ｍｍ，以增强抗扭能力。对于Ａ６墩，外侧布　置ＧＹＺ８ＯＯ　ｘ　１３８，内侧布置ＧＹＺ７５Ｏ　ｘ　１３８，对于　ＡｌＯ墩，外侧布置ＧＹＺ９５０×１３８，内侧布置　ＧＹＺ８００×１３８，径向间距均为３　８００　ｍｍ。　４．１．３　Ａ７和Ａ９墩　施工抗扭墩　更换安装支座Ｈ拆除旧的，安装新的　落粱就位卜＿—　按计算要求，逐级降低高度　将原设计为　１　６００　ｍｍ独柱墩顶面布置的１个　ＧＰＺ１２５００ＳＸ双向橡胶支座，更改为布置１个　ＧＰＺ１２５ｏ０ＤＸ单向活动盆式橡胶支座。　对ＧＰＺ１２５ｏ０ＤＸ单向活动盆式橡胶支座的特殊　Ｉ　竺塑苎Ｈ　竺壅窒垦　图２　Ａ匝道曲线桥顶梁施工流程　要求：①支座的上支座板下部设置不锈钢板和四氟　板，其摩阻系数　一０．０１ｔ０．０３；②沿切向自由活动　量允许±１５０　ｍｍ，径向允许±３０　ｍｍ。同时，利用混　凝土箱梁底的原有支座预埋螺栓，对超限径向位移进　６加固效果检验　６．１静动载试验　经过５个月施工，于２００１年３月３日将已失稳　变形的梁体顶回原位。为检验加固效果，保证桥梁　使用的安全性，评定桥梁的工作状况和承载能力是　否满足设计或使用要求，于２００１年３月５日～６日　对Ａ匝道桥进行静动载试验。　６．１．１试验目的　行有效的限位。本支座需向生产厂家专用订货。考　虑抗扭原因，本支座中心设置１００　ｍｍ外偏心。　４．１．４　Ａ８墩　Ａ８墩原设计为　１　６００　ｍｍ独柱墩顶面，施工　安装支座ＧＰＸ１２５ＯＯＳＸ双向活动盆式橡胶支座，更　（１）为检验桥梁修复施工过程梁体内应力变化　对梁体抗裂性能的影响，需通过静载试验检验Ａ匝　道桥控制截面的抗裂安全性及截面受力状态。　（２）为检验加固处理后，各墩台抗扭支座的工　作状态，需通过扭转试验检验各支座的位移状态，特　别注意两端双支点墩柱内侧支座是否已消除脱空　现象。　改为布置１个ＧＰＺ１２５００ＧＤ固定盆式橡胶支座。　对ＧＰＺ１２５ＯＯＧＤ固定盆式橡胶支座的特殊要　求：①上支座板加厚５　ｍｍ，使支座总高度始终保持　２００　ｍｍ；②上支座板和下支座板的安装螺栓孔，分　别扩至，／，５ｏ　ｍｍ和拳６Ｏ　ｍｍ。　４．２　Ａ６、Ａ１０墩柱的加固　为提高全联抗扭转能力，即在Ａ６、ＡｌＯ墩由维　修加固前的单支座更改为维修加固后的双支座。对　６．１．２试验结论　（１）在最大试验荷载作用下，没有出现新的开　维普资讯 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华强立交Ａ匝道独柱曲线梁桥病害分析及加固　杨党旗　６１　裂现象，预应力没有消压，这说明梁体预应力能够抵　抗恒载及活载弯矩，预应力度满足预应力结构Ａ类　的要求，抗裂性满足设计要求。　该桥于２００１年４月１２日正式重新开放交通，　为判断其是否长期稳定，对该Ａ匝道桥进行为期１　年（２００１年７月￣２００２年７月）的安全监测。监测　（２）通过支座压缩及桥梁扭转的静载试验可以　看到，Ａ５、Ａ６、Ａ１０墩在各个试验工作下，内外侧支　座对称性很好，能够满足受力要求；从支座变形来　看，压缩变形数值很小，这说明支座支垫很好，且弹　性模量较高，支座变形正常。在桥梁扭转试验中，各　墩顶截面扭角很小，Ａ７、Ａ８、Ａ９墩满足盆式橡胶支　座使用要求，４个双墩支座都没有出现脱空现象，说　明本次加固效果明显。　结果表明：综合分析桥面线形、转角、梁体温度、梁体　位移各项指标，可以说经过１年运营荷载作用下梁　体已经处于基本稳定状态。　７　结　语　通过对华强立交Ａ匝道曲线梁桥的病害分析　及加固，从中体会到：独墩柱单支座曲线梁桥受力分　析复杂，目前尚无详细规范可循，该类型的桥设计、　施工是一种技术探索过程；从深圳地区和其他地区　独墩柱单支座曲线梁桥所发生的病害看，不同程度　存在径向位移，设计时如何综合考虑离心力、温度应　力及预应力，尚需研究；独墩柱曲线梁桥支座的选　（３）动载试验结果表明，竖向振动幅值及自振　特性与同类桥梁相差不大，结果正常。　（４）通过静动载试验分析，说明Ａ匝道桥满足　设计荷载下的使用要求，能够正常开通。　６．２安全监测　型、预偏心的设置、支承体系的布置都应加以注意。　’＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇’＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇’＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇●＇●＇●＇●＇＇＇●＇　＇＇’＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇（上接第５２页）　３．４．１边跨、次边跨合龙段施工　边跨和次边跨没有合龙温度限制。受边跨、主　跨合龙张拉以及混凝土收缩徐变和温度对悬臂端位　移的影响，次边跨合龙误差不易控制；主跨最后１个　块段施工时综合考虑以上因素预设好调整量，减少　（１）梁段混凝土浇筑后水化热２４　ｈ达到峰值，　最大温升达６９℃（气温１４。Ｃ），６　ｄ后回到正常温度　值，由于养护原因，腹板温升最高，底板次之，翼缘板　最低；　（２）梁体低温较大气低温滞后１０　ｈ左右；　（３）合龙束张拉力总计达８Ｏ　０００　ｋＮ，进行了应　力和位移监测：“Ｔ”构墩身根部为最不利截面，张拉　后未出现裂纹，测得有瞬时拉应力；２号墩和４号墩　合龙偏差，最后通过梁端压重调整偏差。　３．４．２主跨合龙段施工　主跨“Ｔ”构一经合龙便成为超静定结构，成型　刚构跨度大，温度应力较高，设计对合龙温度有严格　要求。对主跨温度的监测是监控的重要内容，施工　时在１，４，７，１Ｏ，１３，１６号块段根部全断面埋设测温　向３号墩方向各位移８　ｍｍ和１２　ｒｐ．ｒｌ２　１次边跨悬臂　端向上位移２０　ｍｍ，跨中向上位移３５　ｍｍ。　４　结　语　计，测定水化热温升和梁体各部温度，以确定合龙时　机。合龙控制措施：①合龙温度指梁体锁定时温　度，要求在１８￣２０℃之间；②梁体锁定通过安装合　龙段刚性连接件，并预拉纵向顶、底板束（各２束）完　成；③安装平衡重，并在混凝土浇筑过程中分步撤　除；④混凝土浇筑选择一天中温度最低时进行。　监控主要成果如下。　香江圩郁江特大桥建设工期２４个月，施工中成　功地解决了如下问题：无覆盖层深水基础施工；岩溶　地质大直径钻孔桩施工；无套箱水中承台的施工；桁　架式挂篮的设计与施工；大吨位群锚的施工以及大　跨度刚构一连续梁的合龙和控制等。该桥的施工技　术有一定的独创性和推广价值。　可　蕊陋