高架桥限位装置病害及成因分析

高架桥限位装置病害及成因分析

李广才

李广才

新疆维泰开发建设（集团）股份有限公司新疆乌鲁木齐830026

摘要：近年来，由于桥梁数量的增多和桥梁修建年代渐渐久远，市政管理部门对城市高架桥的外观检测、整体评估、病害预防与治理及养护皆不断重视。某高架桥限位装置出现了病害，对该高架桥所有桥墩进行检测，分析病害成因，给出了具体的维修处治对策，可为桥梁检测、设计及施工等相关工程技术人员提供参考。

关键词：高架桥；限位装置；病害；成因分析

1、工程概况

某高架桥共分为40联，全桥共分为8联，每联为（5－30）m；上部结构：主要为预应力混凝土等截面连续箱梁，截面形式为单箱双室截面，外腹板采用倾斜腹板，梁高为1．9m，箱梁顶板宽为12．25m，底板宽为6．2m，翼缘悬臂长度为2．325m，箱梁底设置盆式橡胶支座，每联之间设置160型伸缩缝；下部结构：预应力等截面连续箱梁桥墩主要采用1．2m×1.2m（1．2m×1．4m）方柱式倒花瓶型墩身，其中过渡段采用1．2m×1．2m（1．4m×1．8m）方柱式倒花瓶型墩身，基础均采用直径为1．6m的钻孔灌注桩基础（摩擦桩和支撑桩），柱间设置系梁，过渡墩均设置限位装置。

2、桥梁病害现状调查

2．1外观病害调查

在桥梁检测过程中发现，墩顶限位器处混凝土出现劈裂、混凝土剥落病害的墩柱共计28个，占全桥的13．7%。桥墩墩顶混凝土剥落位置均发生在墩顶限位器沿纵桥向收缩方向，出现病害的桥墩墩顶限位器钢箱与梁底钢箱在纵桥向（连续箱梁收缩方向）已经完全顶死，墩顶限位器钢板已鼓突变形，混凝土剥落面积平均为（0．5×0．5）m2，剥落深度平均为0．2m，混凝土剥落位置外露钢筋极少。全桥大约有25%的过渡墩墩顶限位钢箱钢板（纵向位置）完全开焊，钢板脱落，以第2合同段内过渡墩最为突出，但该类过渡墩限位器处混凝土未发现劈裂、脱落病害。

2．2支座位移测量

现场盆式支座未发现位移标线，采用测量支座顶板钢板和钢盆锁孔之间的相对位移来推算支座滑移量。现场测试温度为10℃，其测量结果如表1所示。

表1支座位移测量表

2．3限位器间隙测量

由于该桥大部分桥墩限位钢箱和梁底基本紧

贴，本次检测仅选取现场有测试空间的桥墩来测试梁底限位钢箱和墩顶限位钢箱的相对位移，测试温度为10℃。测试结果表明：右幅192、196、199号桥墩支座水平位移较大，最大值为75mm，全部实测支座水平位移平均值为50mm。

2．4墩顶钢筋检测

对现场墩顶混凝土剥落位置调查可知：该桥过渡墩墩身主筋未伸入墩顶支座垫石内，垫石内未设置箍筋，仅配置了钢筋网。

测试结果表明：支座垫石平均高度为25cm，第一支箍筋距垫石顶面的平均距离为33cm，现场调查墩顶限位钢箱的预埋钢板M4大小为40cm×50cm（宽×高），顶面与墩顶垫石齐平，墩顶限位钢箱预埋钢板M4仅有17cm锚固在墩顶配有箍筋区域，即M4的锚固钢筋N2仅有一支（最多两支）进入墩顶有箍筋区域混凝土内。

2．5温度调查

根据施工单位上报的资料显示：部分连续箱梁施工时间在2013年7、8月份，属于当地年度最高气温月份，当月日平均最高温度为29．5℃。发现桥墩混凝土破坏时间均在2014年12月份，属当地年度最低气温月份，当月日平均最低温度为－15．5℃。

3、病害成因分析

（1）产生破损的桥墩，其上部连续箱梁浇筑时间多为2013年7、8月份，当时平均日最高温度为29．5℃，发现破损的时间为2014年12月至2015年1月份，属当地最低气温月份，其平均日最低温度为－15．5℃。混凝土收缩温差为45℃，连续箱梁纵向收缩长度大于设计值，导致梁体限位钢箱与墩顶限位钢箱纵桥向顶死，该处产生较大的水平力，继而引起墩顶限位器钢箱钢板开焊或限位器处的混凝土脱落。

（2）施工误差导致墩顶限位钢箱和梁底钢箱间隙小于设计值50mm，影响墩顶限位钢箱在梁底限位钢箱内自由伸缩。

（3）产生破损的桥墩，支座垫石平均高度为25cm，第一支箍筋距垫石顶面的平均距离为33cm，垫石内未布置箍筋和主筋，而墩顶限位钢箱的预埋钢板M4大小为40cm×50cm（宽×高），顶面与墩顶垫石齐平，墩顶限位钢箱预埋钢板M4仅有17cm锚固在墩顶配有箍筋区域，即M4的锚固钢筋N2仅有一支（最多两支）进入墩顶有箍筋区域混凝土内，墩顶混凝土难以抵抗纵向较大的水平力产生的拉应力，势必开裂。

4、维修方案

（1）对全桥过渡墩的限位装置，将墩顶限位钢箱纵桥向的外侧限位钢板部分切割掉，释放其对箱梁位移的限制。

（2）凿除墩顶已经劈裂、剥落的混凝土，植筋挂钢丝网，采用C40小石子混凝土进行修补。

（3）加强限位装置设计

螺杆桥面牵拉限位装置由锚固块、螺杆和锚固螺栓组成。桥面牵拉限位装置的锚固块通过锚固螺栓与桥面连接，锚固块布置在伸缩缝两侧，安装完成后，利用螺杆将其穿起来，并带紧螺母。桥面牵拉限位装置通过计算桥梁自身重力产生的下滑力大小，配置相应级别、数量的螺杆。仍以段店立交连续梁桥梁顶升为例。

1）荷载计算

最大桥重G=53380kN，梁体的纵坡为3%，故最大水平推力F=3%G=1601.4kN。考虑安装6个纵向限位装置，故每个限位装置的拉力设计值为1.2×1601.4/6=320.4kN，每个纵向限位装置的弯矩设计值为0.5×320.4=160.2kN·m。

2）螺杆拉力计算

6个纵向限位装置，每个限位装置安装M27/8.8级高强螺杆2根，则每个螺杆承受的拉力设计值为320.4/2=160.2kN。按照《钢结构设计规范》GB50017—2003第7.2.2条2款，每个高强螺杆的拉力为160.2/0.8=200.25kN＜230kN，满足要求。

3）锚固块固定螺栓群计算单个锚固块按照8个螺栓形成的螺栓群进行计算，螺栓采用M24/5.6级普通螺栓。按照《钢结构设计规范》GB50017—2003第7.2.1条的计算，每个锚固块上的螺栓所承受最大拉力和剪力满足要求。

螺旋千斤顶桥面顶撑限位装置：在桥梁反坡顶升过程中，可以将螺旋千斤顶放置于螺杆桥面牵拉限位装置中，通过调节螺旋千斤顶来控制顶升中梁体出现的向上位移。根据梁体自身重力产生下滑力的大小，配置相应级别、数量的螺旋千斤顶。螺旋千斤顶桥面顶撑限位装置是在桥面牵拉限位装置的基础上增加了螺旋千斤顶。采用上述技术方案，可以很好地解决由于千斤顶顶升时对梁体形成的水平分力，而使梁体向上移动，造成伸缩缝变小的问题；具有工人劳动强度小、安全性高、效果好的优点。仍以上述计算为例，最大桥重G=53380kN，顶升启动时，最大水平推力F=0.03G=1601kN。考虑安装6个螺旋千斤顶桥面顶撑限位装置，千斤顶的顶力为1601kN/6=267kN。即在每个螺杆桥面牵拉限位装置上安装1台32t螺旋千斤顶即可。

参考文献：

［1］蓝戊己，顾元生，束学智，等．大型桥梁整体顶升平移关键技术［J］．建筑结构，2010（S2）：687-689．