连续弯箱梁在不中断交通条件下顶推复位技术探讨

连续弯箱梁在不中断交通条件下顶推复位技术探讨

周玉强1丘旭富2

周玉强1丘旭富2

1广东省路桥建设发展有限公司云梧分公司；2广东省长大公路工程有限公司

摘要：我国城市化增加，车辆严重超载，使得很多连续弯箱梁施工技术不断提高，从而促进公路的使用性能，所以此次对连续弯箱梁在不中断交通条件下顶推复位技术进行探讨，是十分重要的。本文通过对曲线梁桥位移原因详细分析，并对曲线梁桥顶推复位理论分析与计算深入探讨，应用于连续箱梁顶推复位纠偏工作，恢复了原设计及使用功能，以期对相关工程作参考。

关键词：连续弯箱梁；顶推复位技术

一、前言

曲线梁桥在当前高速公路及城市道路立交中应用很普遍，但连续曲线箱梁桥在运营过程中，受温度效应、行驶车辆或其它影响因素的共同作用下，曲线箱梁会产生侧向变形、位移，因梁体滑移甚至翻转所导致桥梁事故屡见不鲜。

二、曲线梁桥位移原因及其危害性

由于曲梁的结构特点、支承形式等原因，当外荷载等影响因素消失后，曲梁发生的侧向变位并不能够完全恢复，弯梁在侧向会产生部分不可恢复的残余位移。在外荷载长期反复作用下，侧向的残余位移将会累积，产生较大的位移，即曲线梁桥的侧向位移现象（俗称“横向爬移”现象）。

曲梁桥的侧向位移现象轻则导致梁段伸缩缝的剪切破坏，影响其使用寿命；重则会出现支承结构破坏、梁体滑移及翻转。

三、工程实例

（一）工程概况

云罗高速公路莫村立交EK0+519匝道桥第一联为3x25m预应力砼连续箱梁，平面位于250m的圆曲线半径上，桥面宽度为16.86m~21.35m不等。

（二）匝道桥第一联连续箱梁主要病害

（1）连续箱梁盆式橡胶支座（曲线外侧）横向滑移超限

0#台3#支座横向滑移0.5cm，1#墩1#、2#、4#双向支座横向滑移2cm，2#墩1#、2#、4#双向支座横向滑移3cm，3#墩1#、2#、4#双向支座横向滑移5cm；本联除2#墩固定支座未见异常外，其余横向支座与限位板顶死。

（2）连续箱梁曲线外侧整体位移

连续箱梁曲线外侧整体位移0#台~3#墩分别为0cm、1cm、2cm、4cm。

（三）曲线梁桥顶推复位理论分析与计算

1、曲线梁桥顶推复位关键点

曲线梁桥在荷载作用下曲线梁会产生强烈的挠曲扭转耦合反应，但平面弯曲变形可独立验算、分析。曲线箱梁桥的横移主要是其在平面内绕跨中固定铰支座旋转角度过大导致梁体滑移和翻转，故梁复位的关键是在不损害梁和墩正常使用性能的情况下纠偏至设计位置，恢复其设计功能及使用功能。由于梁体的变形、变位十分复杂，在曲线梁桥顶推复位时将产生3个方向6个自由度均存在不同程度变形、变位，因此梁的复位、调整是整个加固工程的关键。

2、曲线梁桥竖向顶推力和横向顶推力理论分析与计算

（1）曲线梁桥竖向顶推力

顶梁过程，即在搭建于既有墩处的临时墩上利用千斤顶将梁顶高离支座到一定高度。对连续梁的顶梁主要有两种方式：多点同时顶起和逐墩顶起。

顶梁由两个工况状态应力迭加，即恒载和支反力共同作用下，向上位移为0的自平衡状态和向上竖向力顶起一段位移的上升状态的迭加。采用结构力学的方法，基于纯扭转理论单根曲线梁法将常见的两端是抗扭支座，中间为点铰支承的N+1跨等截面连续曲线梁作为基本结构进行分析（图1），求出当支承i处有单位向上反力Ri=1作用下基本结构的挠度影响线，由此可得各支承点处的竖向位移wij，进而求得柔度矩阵［k］。考虑自平衡状态，由式（1）可得所需总竖向顶推力为：

图1中间为点铰支承的连续曲线梁

（2）曲线梁桥横向顶推力

临时桥墩顶部设平台及横移梁滑道，在平台处设竖向千斤顶将梁体顶起一定高度后置于横移梁滑道上，再用横向千斤顶将已经脱离设计位置的梁体顶推到位。这个过程就是梁的横向顶推，也是复位施工成功的关键，必须综合分析各种因素的影响。当梁体处于滑道上时，梁体的扭转在该处被约束，此时结构已经演变成支承均为抗扭支座的连续曲线梁（图2）。通常认为横桥向的约束主要是摩擦力，这是根据直线梁的研究得到的，但曲线梁由于恒载和温度荷载作用下在横桥向会产生附加横向力，特别是在跨中固定支座处的横向力是很大的，在计算横向顶推力时是必须考虑，即：

Ti=Hfi+Hi=μRqi+Hi

式中：Ti为各支承的横向顶推力；Hfi为各支承处的摩擦力；Hi为各支承处由恒载和温度效应引起的附加横向力；μ为滑道摩擦系数。

图2曲线梁桥结构变形示意图

3、曲线梁桥顶推复位过程中临时支座反力

不中断交通条件下，在盖梁面设置临时支座，支座反力应为2倍的恒载+动载，以确保曲线梁桥顶推复位期间的施工及行车安全。

（四）连续箱梁顶推复位技术

1、连续箱梁顶推复位施工流程

施工前期准备→设置反力架和限位装置→竖向顶升梁体（布顶、试顶及顶升）→设置临时支座→落梁至临时支座→重新安装连续箱梁支座→设置梁体平移导向槽（槽内垫四氟滑板涂硅脂）→竖向整体顶升梁体→拆除临时支座→落梁至导向槽→梁体顶推平移纠偏→调整梁体纵/横坡→落梁就位（调整重新安装支座反力）→拆除反力架、限位装置及平移导向槽→清理现场。

2、连续箱梁顶推复位主要施工技术

（1）设置反力架

1）根据设计要求及现场实际情况分别在0#台、1#墩、2#墩、3#墩现浇梁横向纠偏反力架。

2）现浇梁横向纠偏反力架施工步骤及注意事项：

在桥墩上楔形块附近钻孔前必需用钢筋探测仪并结合原施工图探测桥墩上的钢筋位置并做好标注，以免钻孔时损伤钢筋。

钻孔好后将钻孔清理干净，并采用植筋工艺植埋Φ25PSB1080级的预应力混凝土用螺纹钢筋。

用Φ25PSB1080级的预应力混凝土螺纹钢筋把反力架与桥墩连接，再利用反力架与桥墩形成支撑反力架。

反力架安装在桥墩上后，先利用千斤顶进行顶升，消除反力架与格墩之间非弹性变形，然后在反力架与桥墩之间用钢板焊接。

每个反力架要用配套螺帽进行预压拧紧。

每个反力架间采用撑杆和剪刀撑进行横向联系以提高反力架钢度。

为了保证受力安全，反力架结构与水平线之间的夹不大于300。

反力架示意图如下：

2、梁体竖向顶升及顶推平移纠偏

（1）梁体竖向顶升

本次施工采用具有国际水平的同步顶升系统，该系统采用位移和顶升压力的双控作为顶升控制依据，外部数据采集以位移电子传感器作为位移采集，压力传感器作为压力采集。系统采用软件作为采集数据的综合后处理，合成了微位移误差控制、微油路压力控制、异常自锁控制中心、自动开关油泵控制、断电自锁控制、屏显数据控制等自动化控制系统。

该系统基于计算机的控制单元，有良好的Windows用户界面，有多点顶升能力，能自动记录顶升位移量，数字控制的顶升过程中不同点的位移差在2mm以内，在达到预先设定的行程或负载限制时将自动停机。

该系统的应用将很好地避免在传统手动顶升过程中可能会产生的不同步起顶现象，该现象有可能会对梁体产生不均匀受力，并导致梁体开裂受损。

薄型（异型）超高压千斤顶（50-400T）球头自调平薄型超高压千斤顶（50-400T）

1）千斤顶及油泵校验

为了满足顶升同步的要求，千斤顶宜采用统一型号。为保证顶升时梁体受力均匀，在千斤顶底下垫300X300X20mm钢板，顶面垫250X250X20mm钢板，千斤顶必须支顶在腹板上，千斤顶安放必须平稳。所有千斤顶及油泵进场前均应进行标定。

2）设观测标志

顶升前在桥面上设观测标志。其中每孔设4个（纵向2个、横向2个），顶升时，由专业技术人员对梁顶面进行测量，以便准确反映梁体顶升时横向变位。设置观测标志的原则是均匀对称。

3）准备工作

梁体在顶升前应详细测量墩台处梁底及墩台帽顶面标高，以便精确确定顶升高度。不能轻率行事，否则将改梁体拱度，增加梁体内力。

梁体顶升前在墩台顶设限位装置，以防梁体在顶升过程中平移。

另外，顶升前应对各方面进行检查。检查设备是否完好，检查人员是否到位，检查通信器材是否良好，检查计算数据是否正确，必须对所有操作人员进行技术交底，确保施工安全。对每片梁体在固定位置做一标记，在顶升时用钢尺测量并填写好施工记录，以便控制顶升高度。

4）试顶

千斤顶安装完毕，待临时承重层稳定后，即可开始试顶。试顶主要是为了消除支撑本身的非弹性变形或沉降，在主梁还没有正式顶起时即可停止，并停放约一小时进行观察无任何变化后才能开始整体顶升。

5）梁体顶升

千斤顶放置在支点位置，由专人指挥，统一发令，每次顶升高度为2mm。顶升过程中要设置临时支点。千斤顶由油泵控制，每台油泵控制多台千斤顶，每个千斤顶要由专人负责，随时测量，保证每个千斤顶处的顶升高度基本保持一致，误差不能超过0.5mm。

试顶完成后，在专业人员的统一指挥下所有千斤顶慢慢用力整体顶起梁体使其离开原支座约1cm立即停止，并立即在上、下横梁间增设反力架形成临时固定点，以增加接触点和面积，提高顶升系统的稳定性，确保桥梁整体安全。

顶升时以横向位移和千斤顶油压表计数进行双控。横向位移用桥面上设置的观测标志确定，要求竖向位移差基本保持一致。横向位移观测人员要随时与油泵操作人员保持密切联系，指导操作人员进行操作。同时，各油泵操作人员通过油压表计数随时进行调整。顶升时各油压表计数与理论计算误差值不超过±1MPa。在顶升过程中如发现异常情况，要立即停止顶升，查明原因处理后方可继续顶升。

顶升完成之后分析各阶段记录数据，确定下一工点是否需要对每一级顶升力、顶升高度进行修正。

（2）梁体顶推平移纠偏和调整

1）开工前，顶推设备（同步千斤顶）应进行调试及试验标定，各种数据满足设计及规范要求后方可使用。

2）在施工前在0号台、1号墩、2号墩和3号墩支座挡块侧面安装横向纠偏反力架，防止桥梁由于顶推导致下移滑动，破坏原结构。

3）为保证支座内部结构的完整性，将支座上下钢板焊接固定。

4）取下支座上钢板与梁连接的螺栓，如果螺栓拧不动，则采用切割方式。

5）安放布置千斤顶，并且作预顶，使千斤顶不跑位。

6）在正式顶推前，应进行25%的顶推力进行试顶，同时监控梁之间的位移，若没有变形，则可以不在缝间作填塞等固定措施。

7）在人员全部就位，各种措施保证及监控单位工作准备就绪后，开始顶升。

8）切割掉支座上顶板与梁体连接的螺栓，并在支座上顶板上面垫四氟板并硅脂油，形成横向纠偏滑道。

9）落梁。

10）安装横向纠偏千斤顶。

11）按原先设计的各墩纠偏数据，进行横向纠偏。由于是在通车情况下实现纠偏，为防止纠偏过程中梁体发生滑移，横向纠偏时墩上两组千斤顶须同时运行，左侧千斤顶收，右侧千斤顶顶，且同一墩上千斤顶行程须保持一致。

12）横向纠偏完成后，启动竖向顶升用的千斤顶，使千斤顶全部受力。

13）卸载横向纠偏千斤顶。

14）顶升梁体，取出滑板。

15）更换须更换的支座。

16）在支座上顶板上面涂抹环氧树脂。

17）落梁。

18）把支座上顶板与梁体固定。

19）调整梁体纵/横坡及支座反力，经各方观测、测量，确认各项指标均达到设计及规范要求后，立即进行抗滑块的设置。

千斤顶安装如下图：

3、支座调整或更换施工注意事项

（1）由于整体更换支座一般是在保证行车的情况下进行，所以保证安全工作显得尤为重要。一是确保施工中整个桥梁结构完整且不受损伤；二是施工中要保证人身和设备绝对安全。要求施工前要做好全面检查，根据具体情况确定维修加固范围，按次序依次实施。整体更换支座施工方案，要通过准确分析和计算，配备足够的机械设备和劳动力；同时，在顶起和落梁这很短时间内，要有专业人员统一指挥，确保所有被顶的梁体同步上升，同步下降。

（2）要认真做好测量、观察记录工作。要准确计算出原支座和现支座的高度差，以指导施工，确保梁体、桥面系支座更换前后的标高不变。

（3）支座的质量检验及安装是保证支座正常使用的关键，支座安装前应进行检验，施工时应根据不同的支座类型按照相关要求进行安装。

四、结束语

我国高速公路是城市基础建设的重要部分，无论是在各个城市都占有很大一部分比例。其中在高速公路施工过程中连续弯箱梁施工对城市的经济发展和交通安全有着至关重要的影响。连续箱梁顶推复位技术亮点是在不中断交通工况下，通过在盖梁面设置临时支座，确保了曲线梁桥顶推复位期间的施工安全及行车安全，值得各方推广与借鉴。

参考文献：

[1]郑幸年.浅谈连续弯箱梁在不中断交通条件下顶推复位的关键技术[J].江西建材，2017（10）：175-178.

[2]笪应文.高速公路连续弯箱梁顶推复位技术分析[J].科技展望，2015，25（19）：30.

[3]文杨.关于高速公路连续弯箱梁顶推复位方法分析[J].中华民居（下旬刊），2014，4：273.

[4]郭益民.公路桥梁中连续弯箱梁施工质量控制[A].中国科学技术协会.科学时代