费玮明
上海浦东公路养护建设有限公司，上海 200137
摘要：本文从作者负责管养道路上，某立交匝道发生的一起弯桥扭转偏位事故作为切入段，重点研究分析了该病害的产生原因。并针对此类桥型的特点，介绍了采用同步顶升技术更换支座、纠正弯桥扭转、中间墩增设支座调整扭矩等的处理方法使结构基本恢复。通过研究发现，运用同步顶升技术能够在梁体顶升精度方面保持较高的标准，同时该技术能够实现更加方便、可靠的更换支座，使病害弯桥进行修复之后基本恢复原有的设计标准，在具体实施方面有较好的效果。
关键词：同步顶升；更换支座；弯箱梁桥；纠正扭转施工
前言
在国内大型的互通立交桥项目中，比较常见的桥梁设计模式是采用预应力混凝土连续弯箱梁，但是在之前进行设计的时候，对其施工建造的认识不够充分[1]，导致在施工及日后的管养过程中各项环节不到位，很容易出现各类问题，其中支座偏压、变形等都是比较常见的问题，甚至还存在更加严重的问题，比如弯桥出现过大的扭转，最后形成了整体滑移的现象，造成了十分严重的安全隐患。
本文通过阐述某立交匝道弯桥的具体问题，首先分析了产生此类桥梁病害的主要原因，并且针对这些原因，本文认为需要采用不对称布顶方式进行同步顶升，并对箱梁进行纠扭，利用PLC 同步顶升系统对支座反力进行测定，根据上述方式得出有效的结论，这也对以后进行同类的项目提供一定的参照和指导。
1 工程背景
该立交于1997年建设完成，如图1所示，立交一共有两条匝道桥，其中S1匝道桥长度是664.1m，而S3匝道桥长度是612.1m，计算荷载为汽车－超20级，验算荷载为挂车－120。其上部结构区域为六跨一联的预应力混凝土连续箱梁形式，采用单箱双室截面，高度为1.8m。每跨设一道跨中横隔板，墩顶设横隔梁。中墩与边墩处梁下分别布置一个和两个盆式橡胶支座。
图1 立交平面位置示意图
通过对该桥进行结构检测发现，该匝道桥多数桥跨箱梁外侧比内侧低，部分支座局部脱空、偏压（见图2），S3匝道桥情况略好于S1匝道桥。观察下图能够发现，立交弯箱梁外侧原本设置有超高，现在外侧的高度明显低于内部，这充分表明箱梁已经出现了比较严重的向外侧扭转问题，形成了反超高的现象。与此同时，立交的梁体出现了十分明显的横移及支座脱空的问题。无论从桥梁的整体结构上还是具体的安全性方面，都会产生非常严重的影响。
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图2 支座局部脱空、偏位 图3 新增盖梁主应力云图
通过调查，可以发现在早期的设计中，并没有对这种类型桥梁的受力特点进行全面而充分的分析了解，一般会采取单柱和单支座的设计形式，因此对于箱梁的抗扭能力造成了一定的不利影响[3]。与此同时，在桥梁日常使用的过程中，因对行驶车辆的限载及限速管控不严，往往会出现车辆超载超速的现象，使其所产生的离心力和制动力超出了设计标准，并且由此而产生的支座振动，使支座的摩阻力也大为减小，这些因素都大大增加了桥梁的安全隐患。
总结以上相关问题，鉴于目前立交的连续弯箱梁结构已经出现了十分严重的病害，如果不及时对其进行维修，任由偏移持续增加，那么会更加不利于结构的稳定。同时，由于目前桥梁已经出现了结构脱空的问题，机动车的通行将会持续产生较强的振动，对于整体结构也非常不利。从这个层面上看，这个立交急需对匝道扭转进行全面维修，及时对其支座进行更换，确保其结构的安全及使用耐久。
2 同步顶升施工
在解决立交存在的匝道桥箱梁偏位和扭转问题的时候，需要对其进行全面的论证，运用同步顶升的技术进行维修，首先要完成支座的更换，其次要纠扭并增加新的支座，最后需要运用顶升来对支座的反力进行测定。
在具体操作中，第一步要在原来的墩柱上增加一个预应力混凝土盖梁，完成箱梁同步顶升之后，对损坏的支座进行更换，确保其转动能力恢复正常。完成上述操作之后，需要再对箱梁进行竖向顶升纠扭的操作，其主要是为了帮助弯桥恢复最初的设计状态，并添加新的支座，来实现箱梁的抗扭转能力的提升。维修完毕之后，立交在功能上能够达到与原设计标准基本一致，可以实现双车道的正常通行能力。
2.1 新增小盖梁
中墩顶增设预应力混凝土小盖梁，包括墩顶钻孔及预应力施工，增设小盖梁结构主要作为顶升的反力架与放置新增支座。根据对箱梁顶升纠扭的数值分析，在径向外侧750mm布设千斤顶，当顶升力达到约200T时，基本可使箱梁基本恢复原状态，同时纠扭后新增盆式支座位于顶升点处，以增大箱梁的抗扭能力。
通过对盖梁的实体计算分析可知：顶升过程中对桥梁桩基、承台、立柱及新增小盖梁均满足要求（见图3）；新增盖梁纵向受力主筋可采用精轧螺纹钢并外包钢板，应力满足要求。
2.2 同步顶升更换支座
这个工程在施工的时候运用了同步液压顶升控制系统，在具体操作的时候，每个墩会设置一个控制点，七个点同步控制，以达到同步顶升的效果。在使用中运用了两台顶升车联机同步进行操作。
根据有限元计算结果，以考虑桥梁各墩支座在原状态下及横向偏移6mm时支座反力分布情况，估算当前状态结构的受力状态。分析可知：桥梁横向偏移对中墩支座反力影响不大，而对边墩支座反力有较大影响，各墩支座反力不均匀系数不大，并且原设计支座墩位选取具有一定安全系数。考虑到千斤顶安装净空有限，故同步顶升阶段中、边墩均选用200T千斤顶，按总顶升力大于支座反力估算值，且具有一定按余量为原则。
在试顶的时候，主要是运用墩柱两侧对称的方式进行布顶，在此之前需要预设一个顶升的重量估值。若试顶中千斤顶达到这个估值，位移传感器未产生变化，但径向外侧数值明显小于径向内侧的数值，则表明各点位的千斤顶未能达到同步，弯箱梁的扭转程度就会进一步扩大[2]。究其原因，主要是匝道箱梁出现扭转、偏位会造成其中心线与墩柱的中心线出现偏差，箱梁重心向外侧偏移，因此采取不对称布顶的方式实现顶升（见图4）。
运用这种方式顶起箱梁之后，需要完成损坏支座的拆除以及新支座的安装工作。由于采用不对称布顶的方式进行同步顶升，故在箱梁两侧布设百分表监控箱梁整体扭转情况。
2.3 同步顶升纠正扭转
为了实现支座脱空现象的消除，以及梁体扭转问题的解决，需要进行顶升纠扭，确保支座转角及桥面高程和原来的设计标准基本保持一致。
同步顶升纠正扭转分4步骤完成：
（1）运用顶升纠扭的技术来控制弯桥的整体姿态，使其能够和原来的状态相一致；
（2）顶升纠扭达到指定位置后，新增外侧盆式支座[1]。其主要作用在于替代顶升力，使弯桥所产生的扭矩得以平衡和抵消，提高中间桥墩的抗扭能力。
（3）外侧支座安装完毕后，须实测外侧支座所分担的荷载，即对支座反力进行测定，保证外侧支座受力合理，支座反力达到设计要求。
（4）最后在径向内侧增设支座，进一步加强桥梁的荷载能力。内侧支座在支座反力测定结束，所有千斤顶卸荷落梁后才进行安装，保证内侧支座不参与分担恒载。
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图4 不对称布顶示意图 图5 纠正扭转布顶示意图
2.4 增设支座与支座反力测定
箱梁在恢复原来的状态之后，需要在中墩内外侧都增设一组盆式支座。之所以在外侧增加支座主要是为了实现顶升力的替代，进一步平衡附加的扭力，实现中墩的抗扭效果[1]。外侧支座必须在满足顶升力的实测数值达到设计要求反力的前提下，方可进行安装并开始发挥作用。而内侧支座并不承担荷载力，在更换完成支座以后，千斤顶需要在其卸荷落梁之后才能开始安装，这样能够最大限度的确保内侧支座对分担恒载不会产生影响[1]。
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图6 更换支座示意图
根据计算可得各墩新增外侧支座所应承担的恒载，即支座反力。在进行测定反力的时候，根据读取监测百分表的数值后，方能确定最终的反力值。
3 顶升纠扭改造效果评估
3.1 改造后桥面高程
本工程根据实际施工情况，选择了桥墩处和各跨跨中的断面进行坐标监测。在各个不同断面的附近设置了坐标测点。共有52个检测点。
在调整完S1匝道之后，与偏移调整前各测点的竖向位置，具体情况如下图，可以发现其内侧测点都有不同程度的降低，而外侧测点都有不同程度的升高。与此同时，通过计算，发现根据桥梁标高测得的箱梁横坡变化和箱梁横坡测量出来的结果是一样的，由此可以证明采用同步顶升纠扭达到预期效果。
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图7 S1匝道调整前后桥面各测点竖向位移
调整之后的S3匝道和与调整之前的各测点的位移情况如下图。内侧测点和外侧测点都有不同程度的变化。其中，径向位移为负时，表示指向圆心方向；为正时，表示背离箱梁圆形方向。
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图8 S3匝道调整前后桥面各测点竖向位移
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图9 S3匝道调整前后桥面各测点径向位移
3.2 改造后桥面横坡
在纠偏调整S1匝道梁体之前，其梁底横坡是负值，通过对其调整，可以发现其横坡数值已经变为正值，这说明箱体扭转现象得到了有效的控制和调整。
由改造前后伸缩缝位置处桥面对比（见图10）可知，改造前后二联弯桥桥面存在明显的高差错位，扶手栏杆出变形严重，在纠扭改造后，桥面基本接平，扶手顺直，改造达到预期的效果。
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图10 改造前后伸缩缝位置处桥面对比
4 结论
本文以作者负责管养道路上，某立交匝道预应力连续箱梁弯桥扭转偏位事故为案例，对病害的发生原因进行了深入分析，并针对此类桥型的特点，介绍了采用同步顶升技术更换支座、纠正弯桥扭转，得出一些有益的结论：
1）车辆的超速、超载以及日照和温差等因素是造成弯箱梁桥出现支座脱空和扭转变形的重要因素。
2）中墩布置适当的支座位置对连续弯箱梁桥的合理受力很重要，设计时可在中墩布设为双支座或三支座的形式，可增加端部支座的间距，增大梁端的抗扭作用，避免部分支座脱空。
3）针对立交的S1、S3匝道扭转偏位问题，采用同步顶升更换支座的方式对其加以调整，并利用顶升纠扭增设新的支座，提升抗扭效果。最后通过PLC 同步顶升系统对支座反力进行测定，确定最终维修效果。运用这个桥梁维修技术，能够使改造后弯桥结构恢复原先状态，达到预期改造目的。
参考文献：
[1]周明华，王耀明，黄跃平，翟瑞兴，胥明.预应力连续箱梁弯桥事故的整体同步顶升纠扭与加固.第十四届全国混凝土及预应力混凝土学术会议论文集,2007年.
[2]黄跃平，周明华，胥明.预应力连续箱梁弯桥整体同步顶升纠扭与加固.施工技术,2008.
[3]尼宏杰.运用同步顶升系统更换支座和调整弯桥方位.城市道桥与防洪,2015.
[4]陈亮，代征军，吴平平.高速公路弯桥扭转分析及同步顶升处理方法.交通运输研究,2008.
[5]甘采博，李明，郭云峰，陈均霞，谭林利.同步顶升技术在桥梁支座更换施工中的应用.南华大学学报(自然科学版),2013.