公路橋梁墩柱偏位典型病害特征分析及維修處置措施研究

馬寧

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

0 引言

在公路橋梁建設中，墩柱在橋梁上部結構與梁基礎連接中發揮著重要作用，作為橋梁關鍵構件，其病害的解決有助于提升橋梁的整體安全性。但是受各種因素的共同影響，在施工與運營階段，墩柱經常會發生病害，墩柱偏位便是其中較為常見的典型病害之一。由于此病害的產生會直接威脅到整座橋梁結構的安全性，因此需加強對此類典型病害特征的分析，重視相關維修處置研究工作的開展。

1 工程概況

1.1 墩柱偏位典型病害介紹

本文選取了山西省陽城縣內某山區公路橋梁作為研究對象，由于周邊地理環境較為復雜，橋梁極易受到多種不利因素的影響，管養單位在定期維護檢測中發現該橋梁存在墩柱偏位等病害。該橋梁詳細信息如表1 所示。

在對橋梁進行定期維護檢查中發現梁端中心線出現偏離簡支墩蓋梁中心線的情況，墩柱與蓋梁偏斜方向為上坡方向，同時墩柱底部已經存在最大寬度為0.4mm 的多道橫向裂縫，呈小樁號側底部均勻分布，為此對該橋梁展開專項檢測，具體檢測結果如表2 和表3 所示。

表2 橋墩縱橋向墩柱豎直度測量結果表

表3 簡支墩梁底預埋鋼板坡度測量結果表

1.2 橋梁墩柱偏位成因分析

通過對現場病害的檢測發現，無論是5 號柱頂還是9 號柱頂的伸縮縫均未見異常，開口較為勻稱，且只有5 號柱與9 號柱存在著偏移，其他橋墩以及兩側橋臺并沒有檢測到位移情況的發生，從而表明整座橋的上部結構并未發生縱向整體位移?；谠摌蛄憾罩惶攸c進行綜合分析，可將此墩柱偏位的典型特征總結為如下方面。

第一，受支座上鋼板傾角、主梁重量以及橋梁運營荷載等因素的影響，導致蓋梁產生水平分力，致使墩柱底部出現受彎情況，從而產生縱向偏位。

第二，由于支座上方鋼板未能保持水平，造成了支座難以正?；瑒訌臀?，從而阻礙大縱坡梁體的伸縮變形運動，增大水平推力，具體受力情況如圖1 所示，即在附加水平推力的作用下，致使墩柱逐步發生偏位。

圖1 墩柱與梁體之間受力圖

第三，現場分析結果表明，由于該橋梁所在線路縱坡坡度較大，并且橋面縱坡由橋梁上部結構形成，導致梁底面隨梁體產生縱向傾斜面，而為了將支座頂底鋼板支撐面作為水平面，在施工期間就需要在梁底支撐位置對支座調平鋼板進行預埋[1]。同時，由于該橋梁上部結構為預制裝配式，所以一旦在施工中存在控制不到位的情況，就有可能造成梁底預埋鋼板和楔形找平鋼板難以與梁底傾斜面保持一致，從而無法實現落梁時支座頂鋼板支撐面為水平面的要求。在該橋梁運營時，受上部結構自身重量、來往車輛荷載的影響，會在支撐面形成沿橋梁縱坡的水平分力，并對橋墩與蓋梁頂部產生作用，進而導致墩柱出現變形或偏位的現象，即主要原因是梁底支撐面未能保持水平。

第四，在該橋梁中，墩柱選用了較高的柔性墩，這種墩柱在受到同等縱向水平分力作用的情況下，其整體的抗彎能力較弱，因此也更加容易發生縱向偏位，墩底也極易產生橫向裂縫。

第五，通過現場檢測發現，發生偏位的5 號柱與9號柱均屬于簡支柱。此類柱體在溫度的影響下，很容易在支座鋼板處發生“年輪”現象，即受外界溫度變化的影響，會使柱體兩側出現梁體伸縮現象，從而導致柱頂或蓋梁頂產生水平分力的差值，由于水平分力合力所指方向為上坡向，從而加劇橋墩出現上坡方向變形偏位[2]。而柱頂與蓋梁受到自重的影響，就會產生不可恢復的殘余位移，而逐年累積的位移在支座鋼板上留下的痕跡即為“年輪”現象。

2 墩柱偏位維修處置措施及施工

2.1 墩柱糾偏復位處置措施

通過對產生偏位的橋梁墩柱進行檢測，發現其豎直度均超過了標準限值，因此最為有效的處置措施便是將墩柱進行反方向糾正，直至其豎直度保持在規定范圍內，唯此方可確保該橋梁安全運營。為此，需借助臨時設置的支座，利用滑動摩擦系數差原理，制定墩柱雙控糾偏方案，其間使用了數控同步多點頂推施工方法，在使墩柱豎直度得以修正的前提下，保證其水平頂推力控制在較小范圍內。

在進行糾偏時，需將主梁整體進行抬升，拆除原有支座，然后安裝臨時支座，并專門設置滑動面，最后完成落梁。在糾偏期間，還需對梁體與墩柱異常情況進行觀察，確保在一切正常的情況下開展水平頂推施工，同時對豎直度恢復量與頂推位移量進行動態觀測，直到水平頂推施工完成后，再對墩柱豎直度變化進行檢測[3]。通過采取上述措施，雖然能將墩柱豎直度有效恢復到標準范圍內，但是難以從根本上解決該橋梁墩柱偏位的誘因。詳細的施工過程如圖2、圖3所示。

圖2 墩柱糾偏臨時 支座安裝

圖3 糾偏施工過程中 數值監控

2.2 更換新型球型支座

為達成對墩柱偏位誘因的根本解決，需從該橋梁典型病害特征著手，基于支座位置支撐面難以保持水平這一現象，專門設計新型球型支座。在上文糾偏復位處置措施開展后，需對原有支座與臨時安裝的支座統一進行拆除，并替換為新型球型支座[4]。此新型支座能充分借助中間位置的球型鋼襯板與球面聚四氟乙烯板的滑動完成支座的順利轉動，不僅具備豎向轉動角度大的優勢，而且球面聚四氟乙烯板還能實現對球型鋼襯板的包裹，以確保在糾偏施工落梁后，使支座頂板鋼盆能與傾斜的梁底面相適應，還能實現支座頂底部支撐面的自動調整，從而完成對墩柱偏位根本誘因的解決。實物如圖4、圖5 所示。

圖4 新型球型支座頂 鋼盆及球型鋼襯板

圖5 新型球型支座球面 鋼襯板及下底板

2.3 墩柱加固處置措施

針對5 號墩與9 號墩均出現偏位較為嚴重的問題，且底部也發生了橫向裂縫病害，為此還需對墩柱采取加固處置措施。其間針對裂縫寬度不大于0.15mm 的墩柱展開維修處置時，首先需對裂縫采取封閉處理，然后再通過粘貼碳纖維布完成加固處置。在對裂縫寬度大于0.15mm 的墩柱展開維修處置時，則選擇了增加截面的方法進行維修，即在原墩柱底部外包混凝土進行加固[5]。

3 墩柱偏位維修后監測與處置效果

對于該橋梁發生的墩柱偏位病害，在采取糾偏復位、更換新型球型支座以及加固處置等措施后，為了對偏位維修處置效果進行確認，針對5 號墩柱、9 號墩柱進行了長達三年的跟蹤監測。詳細測量結果如圖6所示。

圖6 墩柱偏位綜合處置豎直度跟蹤測量結果

從圖6 可以看出，在經過三年跟蹤監測后發現，本文采取的墩柱偏位綜合處置措施產生了十分可觀的效果，能夠對因梁底支撐面不水平引發的墩柱偏位等衍生病害實現有效處置，在經過綜合處置的三年后，5號墩、9 號墩的豎直度沒有發生明顯變化，并且在有自然環境因素影響的情況下，5 號墩、9 號墩并未再次發生墩柱偏位等病害，充分說明了本文處置方案的有效性。

4 結論

山區公路橋梁通常有著橋墩較高、坡橋較大以及曲線半徑較小的特點，加之周圍地形、環境較為復雜，地質災害頻發，因此很容易導致橋墩偏位等病害的發生。本文通過檢測分析得出梁底支撐面不水平是該橋梁墩柱偏位病害發生的主要誘因，然后開展了一系列綜合維修處置措施，使該橋梁在短期內重新投入正常使用，并通過三年的跟蹤監測得出該方案對因梁底支撐面不水平引發的墩柱偏位等衍生病害能實現有效解決。

綜合此類橋梁病害特征與綜合處置效果，可得出如下結論。

第一，針對坡度較大的橋梁，施工時需重視對精度的控制，尤其是支座上下支撐面的施工，并確保梁底支撐面的水平。

第二，如果橋梁梁底傾斜面未達到設計規范，可以通過在梁底設置調平楔形鋼板實現對支撐面的調平，從而避免支撐面不水平的現象發生。

第三，如果墩柱底部并未出現明顯的橫向裂縫，且偏位對墩柱底部附加的作用力小于整體承載能力，則只需對墩柱加以糾偏復位，并更換新型球型支座，而無須對其進行維修加固。