某立交桥主梁爬移专项检测及分析

某立交桥主梁爬移专项检测及分析

李明亮

上海同丰工程咨询有限公司 上海 200444

摘要：某立交桥由高架桥A线，分离的放射线高架桥B、C线，独立的D、E、F、G、H五条匝道及底层道路组成，养护类别为Ⅱ类，所处环境为A类（一般环境），目前该立交桥交通状况繁忙。第一次检测结果表明：C主线及D、G匝道部分桥跨主梁有爬移现象，为查明主梁爬移对该桥对桥梁结构和耐久性的影响，本次仅针对该三座桥部分涉及到曲线梁爬移的病害进行全面、细致的第二次专项检测，并与第一次检测结果进行对比，查明缺陷、病害部位及其程度，分析其形成的原因，为后期维修或加固提供技术依据。

1 工程概况

某立交桥上部结构主要采用预应力混凝土单箱多室斜腹式连续箱梁及钢混叠合梁，预应力箱梁梁高分别为1.3m、1.6m、1.8m，翼板悬臂宽2.0m，桥面标准宽8.0m~26.0m，标准跨径20m~25m，2~4跨为一联，联间采用牛腿搭接，钢混叠合梁均为简支跨，钢梁高0.9m，混凝土桥面板高0.2~0.4m。桥墩上方为横向预应力混凝土隐形盖梁。桥墩分为三类，I类墩为圆柱式墩，II类墩为加墩帽的圆柱式墩，III类墩为抗扭墩。桥台为钢筋混凝土薄壁式轻型桥台，基础为钻孔灌注桩，桥面两侧采用钢筋混凝土防撞护栏。

1.1 C线桥概况

C线桥全长566.885m，为单向车道，桥面总宽9.5m~13.25m。上部结构采用跨径组合为（24.15m+25.85m）+（20.0m+23.5m+20.0m）+（25.0m+35.0m+25.0m）+（20.0m+22.5m）+（17.85m+23.1m）+（31.35m）+（3×24.8m）+（22.3m+22.4m+23.85m+25.1m）+（26.0m+22.3m+20.3m+20.0m）的预应力混凝土连续箱梁和钢混叠合梁，共9联24跨，第1、4联为匝道进入或分出联，为异型结构；第6联为钢混组合结构；第3联为25m+35m+25m三跨变截面连续梁，梁高由1.3m渐变为1.8m，又变为1.3m。下部结构采用轻型桥台、柱式桥墩，摩擦桩基础，下部结构编号为C0#~C24#，其中C13#、C17#、C21#桥墩为独柱墩，上方设单支座。

1.2 D匝道概况

D匝道桥全长204.45m，为单向单车道，桥面总宽8.0m，上部结构采用跨径组合为（26.0m+30.6m+26.35m）+（25.0m+23.0m）+（3×24.5m）的预应力混凝土连续箱梁，共3联8跨，为连续弯梁桥，圆曲线半径为280m。下部结构采用轻型桥台、柱式桥墩，摩擦桩基础，下部结构编号为D0#~D8#，其中D3#桥墩为独柱墩，上方设单支座。

1.3 G匝道概况

G匝道桥全长436.60m，为单向双车道，桥面总宽10.0m，上部结构采用跨径组合为（21.6m+25.6m）+（32.75m）+（24.45m+23.45m+22.0m）+（20.0m+28.5m+16.35m+16.3m）+（25.35m+2×25.0m）+（2×25.0m）+（29.2m+19.8m+22.95m）的预应力混凝土连续箱梁，共7联18跨，除第2联为钢筋混凝土简支梁桥外，其余均为连续弯梁桥，最小圆曲线半径为80m。下部结构采用轻型桥台、柱式桥墩，摩擦桩基础，下部结构编号为G0#~G18#，其中G3#桥墩为独柱墩，上方设单支座。

2 曲线梁爬移专项检查结果

该立交多条主线及匝道为曲线梁+独柱墩结构，部分弯梁弯曲程度较大，桥面横坡也比较大，在温度、车辆离心力等作用下易产生爬移、扭转等病害。

2.1病害检查

第一次（36℃）及第二次（30℃）对部分涉及到曲线梁爬移的病害进行了两次检查，将两次对曲线梁爬移的相关病害进行汇总分析，具体结果如下。

2.1.1 独柱墩限位块检查

全桥在C13#、C17#、C21#、D3#及G3#独柱桥墩立柱处均设有限位块。

第一次检查发现，C17#及C21#墩处限位块未见异常；G3#墩右侧限位块顶死，且与主梁锚固处有拉开趋势；D3#墩右侧及C13#墩左侧限位块与桥墩立柱顶死，限位块锚固区混凝土开裂、起壳，典型照片见图1。

第二次检查时发现C17#、C21#及G3#墩处限位块与立柱间隙无明显变化，D3#及C13#墩处限位块间距均有明显变化，箱梁偏位均发生了回复，典型照片见图2。

图1  第一次检查

图2  第二次检查

2.2.2 支座检查

第一次检查时发现，D3#墩支座处箱梁相对支座向右滑移约10mm，C13#墩支座向右剪切变形约10°。

第二次检查时，未见明显变化，见图3~图4。

  图3  第二次检查D3#墩处箱梁滑移    图4  第二次检查C13#墩支座剪切变形

2.2.3 立柱半环向裂缝检查

第一次检查时发现，C13#立柱左侧面存在8条半环向裂缝，长度在1.5m~2.0m之间，最大缝宽0.28mm，目前暂未超过《城市桥梁养护技术规范》（CJJ 99-2017

）规定的墩台身裂缝宽度限值0.4mm。

第二次检查时，裂缝长度、宽度、条数均未见明显变化，其余墩柱亦未见明显裂缝。

2.2.4 立柱倾斜率监测

第一次检查时，对全桥独柱墩倾斜率进行了测量，发现C13#桥墩立柱Y方向倾斜率明显变大，变化值为0.832%。

第二次检查时，对限位块存在顶死、锚固区开裂的D3#、C13#及G3#墩立柱倾斜率进行复测，发现C13#桥墩立柱X、Y方向倾斜率均有减小。

2.2.5伸缩缝宽度

第一次检查时C、D、G匝道部分伸缩缝宽度进行测量，伸缩缝间距为30~50mm。

第二次检查时C、D、G匝道部分伸缩缝宽度进行复测，伸缩缝间距为35~54mm，复测结果表明，多数伸缩缝宽度均变宽，是由于两次测量时气温不同，使得梁体伸缩量不同。

2.2 结论及建议

1、上述专项检测结果初步表明，C主线、D、G匝道部分联曲线箱梁产生爬移现象，并在温度降低后爬移量有少量回复。为保障桥梁运营安全，掌握该桥曲线梁爬移的真实规律，建议对C5~C7、G1~G3及D1~D3联进行专项监测。

2、在条件允许时，建议对独柱墩进行加固改造，以防止主梁后期持续发生爬移现象而影响桥梁安全运营。

3 C13#桥墩立柱及限位块径向水平承载能力评估

C13#桥墩处限位块与桥墩左侧钢块抵死，梁底混凝土开裂、破损，这主要是由于主梁爬移所致。本次主要对C13#桥墩立柱及限位块能承受的水平力进行检算。

3.1计算图示

1、用专业计算软件建立上部结构及下部结构C13#桥墩桥墩立柱模型，并对立柱上节点施加径向水平力。

2、桥墩立柱长度系数按一端固结、一端铰接考虑。

3、桥墩立柱轴力的取值分别按考虑桥面活载和不考虑桥面活载两种情况。

3.2桥墩立柱理论能承受最大水平力计算

在径向水平力作用下，桥墩立柱根部承载能力检算结果见表1~表2。

表1  桥墩立柱根部承载力检算结果（不考虑活载）

表2  桥墩立柱根部承载力检算结果（考虑活载）

由上表可知，C13#桥墩立柱在能满足抗压承载力要求的情况下，柱顶径向水平力最大值为386kN。

3.3 锚栓理论能承受最大水平力计算

1、根据《混凝土后锚固技术规程》（JGJ 145-2018）第5.2.2条，在假定径向水平力作用下，对限位装置锚固螺栓进行抗拉承载能力检算。

表3  锚栓抗拉承载能力检算

2、根据《混凝土后锚固技术规程》（JGJ 145-2018）第5.3.1及5.3.2条，在假定径向水平力作用下，对限位装置锚固螺栓进行抗剪承载能力检算。

表4  锚栓抗剪承载能力检算

由表3及表4可知，主梁底面限位块可承受的径向水平力值为289kN。

3.4 检算结论

由上述检算结果可知，C13#墩立柱能承受的最大水平力为386kN，主梁底面限位块可承受的最大水平力值为289kN，当立柱与限位块顶死后，限位块会先达到破坏，现场情况亦与此结果相吻合。

4 结论

1、C13#墩及D3#墩处箱梁底面限位块与桥墩抵死，限位块锚固区梁体混凝土开裂、破损，限位块存在掉落隐患，对桥下过往行人和车辆的通行安全构成威胁，建议对上述位置进行专项维修。造成上述现象的原因是曲线梁在温度变化和汽车离心力作用下产生的平面爬移（向曲线外侧爬移）。结合该桥现状，建议对独柱墩进行加固改造，以防止后期曲线梁的持续爬移而影响桥梁结构的正常受力和安全运营。在现阶段建议对存在上述隐患的C5~C7、D1~D3和G1~G3联进行定期监测，以及时掌握曲线梁位移情况。

2、C13#墩立柱能承受的最大水平力为386kN，主梁底面限位块可承受的最大水平力值为289kN，当立柱与限位块顶死后，限位块会先达到破坏，现场情况亦与此结果相吻合。结合现场情况综合分析，原限位挡块强度不足以约束主梁的横向位移，未能充分发挥限位功能，而C13#墩立柱由于高度较高，目前已出现水平半环向裂缝，其自身强度必须进行补强，使之能抵抗限位水平力的影响，这在下一步的维修加固中甚为重要。

参考文献：

[1] CJJ 99-2017.城市桥梁养护技术标准[S] .

[2] GB/T 50784-2013.混凝土结构现场检测技术标准[S] .

[3] CJJ/T 233-2015.城市桥梁检测与评定技术规范[S] .

[4] JGJ 145-2018.混凝土后锚固技术规程[S] .

[5] 邵旭东.桥梁工程[M].人民交通出版社，2007.

[6] 徐岳.连续梁桥[M].人民交通出版社，2012.