深圳創(chuàng)業(yè)立交匝道橋的問題分析與加固處理

　　1.概述

　　創(chuàng)業(yè)立交位于107國(guó)道深圳段與深圳市寶安區(qū)創(chuàng)業(yè)路交叉處，是一座定向型互通立交，由10條匝道橋組成，其中A、B匝道為跨線(107國(guó)道)匝道，C、D、E、F為左轉(zhuǎn)彎匝道，D、H、I、J為右轉(zhuǎn)彎匝道，共20聯(lián)96跨，每聯(lián)最多8跨，最少2跨。受場(chǎng)地限制，匝道最小平曲線半徑R=70m，最大縱坡為6%，設(shè)計(jì)車速為跨線匝道40km/h，轉(zhuǎn)彎匝道30km/h。橋梁下部采用25#混凝土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，30#混凝土圓形墩柱，上部采用40#預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。橋墩樁直徑1.5m，柱直徑1.2m，梁高1.3m，橋面寬度為7.5m及9.5m。等寬段采用單樁柱式墩，每聯(lián)兩端橋墩為雙柱式橋墩，上置牛腿，除部分墩柱與箱梁固結(jié)外，其余墩柱、臺(tái)頂設(shè)多向活動(dòng)球型支座。

　　該立交工程在施工期間出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎匝道橋固結(jié)墩柱內(nèi)側(cè)產(chǎn)生水平裂縫及曲線箱梁偏轉(zhuǎn)、外移的問題，經(jīng)第一次加固處理后墩柱裂縫基本消除，但曲線箱梁位移問題有所發(fā)展，經(jīng)研究后又進(jìn)行了第二次加固處理，基本解決了墩柱受力和箱梁位移兩方面的問題，保證了橋梁的結(jié)構(gòu)和使用性能。本文將對(duì)產(chǎn)生裂縫及位移的原因進(jìn)行分析，并詳細(xì)介紹兩次加固處理的情況。

　　2.第一次加固處理

　　2.1存在問題

　　該立交工程于1996年1月20日開工，橋梁基礎(chǔ)及下部構(gòu)造經(jīng)檢測(cè)表明質(zhì)量良好。1997年春節(jié)前，在全橋澆注完上部結(jié)構(gòu)箱梁后發(fā)現(xiàn)，左轉(zhuǎn)彎匝道C、D、E、F的7個(gè)固結(jié)墩(C3、C4、D3、D4、E4、E5、F4)均在內(nèi)弧側(cè)出現(xiàn)橫向裂縫，經(jīng)對(duì)裂縫長(zhǎng)度、寬度、深度進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)胃罩疃喈a(chǎn)生24條裂縫，裂縫最長(zhǎng)193cm，最寬為1.00mm，最深為10.1cm,部分裂縫寬度已超過《橋規(guī)》要求，裂縫長(zhǎng)度、深度均較為嚴(yán)重。另C、D、E、F四個(gè)轉(zhuǎn)彎匝道箱梁出現(xiàn)不同程度的主梁外弧側(cè)邊緣降低、內(nèi)弧側(cè)邊緣抬高的偏轉(zhuǎn)位移，橋面系防撞欄、伸縮縫和排水管也有一定程度的錯(cuò)位。

　　2.2原因分析

　　創(chuàng)業(yè)立交橋施工工藝及控制完全按照規(guī)范及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，轉(zhuǎn)彎匝道固結(jié)墩柱內(nèi)弧側(cè)在施工期間產(chǎn)生早期橫向裂縫，主要原因是由于作用于固結(jié)墩柱上的彎矩偏心ΣM≥Md所致。而使ΣM超過固結(jié)墩柱設(shè)計(jì)抗彎能力Md的原因是比較復(fù)雜的，筆者認(rèn)為主要的影響有兩個(gè)方面：

　　(1)梁體自重不平衡的影響。設(shè)計(jì)時(shí)考慮不夠完善，將墩柱中心設(shè)于主梁橫向中心，忽略了彎橋內(nèi)外側(cè)曲線半徑不等，外半橋梁曲線長(zhǎng)度大于內(nèi)半橋梁，即外半橋恒重大于內(nèi)半橋，產(chǎn)生梁體自重不平衡，并在箱梁兩端產(chǎn)生向外側(cè)扭轉(zhuǎn)的扭矩MT，在固結(jié)墩柱處MT通過箱梁作用于柱身產(chǎn)生彎矩M恒，使內(nèi)弧側(cè)受拉，加大了ΣM。

　　(2)溫降及混凝土收縮的影響。該橋上部箱梁施工時(shí)處于冬季，溫降幅度大，加上箱梁新澆筑混凝土收縮，使曲線箱梁在平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形(向外側(cè))，使梁內(nèi)產(chǎn)生平面彎矩M、軸向力N和水平剪力Q，由于曲線半徑小，且所有徑向位移均被固定，故產(chǎn)生較大的水平溫度力。由于箱梁平面剛度大，這些水平溫度力傳至柱―梁聯(lián)結(jié)處，產(chǎn)生較大的水平剪力，導(dǎo)致墩身受彎，內(nèi)弧側(cè)混凝土開裂。

　　此外，箱梁預(yù)應(yīng)力體系、混凝土徐變等也對(duì)箱梁和墩柱產(chǎn)生綜合影響，在此不再討論。

　　2.3加固處理措施

　　經(jīng)研究，針對(duì)固結(jié)柱橫向開裂比較嚴(yán)重的問題，先后采取了以下兩個(gè)方面的處理措施：

　　(1)固結(jié)墩頂放松。將固結(jié)墩頂固結(jié)處放松，改柱―梁固結(jié)為鉸接，目的在于減少乃至消除由恒載扭矩MT引起的柱身彎矩M恒。施工時(shí)從7個(gè)產(chǎn)生裂縫的固結(jié)柱所在的橋面處鑿開橋面混凝土，露出橫隔梁骨架鋼筋，圍繞柱中心鉆6個(gè)孔，插入鋼筋后在柱頂內(nèi)側(cè)鑿環(huán)形槽口，依此向外側(cè)開展，等槽鑿好、柱―梁固結(jié)鋼筋切斷后，在從橋面上向孔中灌40號(hào)水泥砂漿，然后用橡膠混凝土填滿環(huán)形槽，鋪好橋面。

　　(2)設(shè)置拉力支座。固結(jié)墩柱頂放松處理后，裂縫得到控制與減少，卻加劇了上部結(jié)構(gòu)的橋面高程變化，內(nèi)弧側(cè)升、外弧側(cè)降的數(shù)值增大，與此同時(shí)，C、D、E、F匝道分聯(lián)處橋臺(tái)和蓋梁內(nèi)弧側(cè)支座脫空，外弧側(cè)支座受力增加，可能超過允許承載力，另外從使用功能上看，支座脫空在行車作用下易產(chǎn)生“拍擊現(xiàn)象”，對(duì)墩柱和主梁造成損害。為解決出現(xiàn)的以上問題，在內(nèi)弧側(cè)脫空支座外增設(shè)預(yù)應(yīng)力拉力支座，支座拉力為400KN，并接長(zhǎng)端橫梁，重新安設(shè)一個(gè)新支座代替脫空支座。施工時(shí)，先布置好有關(guān)鋼筋、鋼墊板及拉桿、鋼套管等張拉器具，將蓋梁橫向接長(zhǎng)，在脫空支座內(nèi)側(cè)重新安裝支座，再將箱梁沿底面橫向加厚，蓋梁接長(zhǎng)及箱梁加厚均采用40#號(hào)鋼筋混凝土，澆筑砼時(shí)保證支座被壓緊，待砼達(dá)到強(qiáng)度后在箱梁頂張拉，預(yù)應(yīng)力筋采用ф?132，Rby=750Mpa，張拉完畢后恢復(fù)箱梁面層，將鋼墊板、錨固頭等外露部分用防銹油漆噴涂。

　　采取以上兩項(xiàng)處理措施后，對(duì)7個(gè)墩柱的裂縫及箱梁進(jìn)行了觀測(cè)，表明處理后，整體趨勢(shì)是柱頂端裂縫明顯縮小，但立柱底部原有裂縫較以前略有擴(kuò)大，并有少量新裂縫出現(xiàn);固結(jié)改鉸接后，箱梁繼續(xù)向外側(cè)偏轉(zhuǎn)(尤以橋臺(tái)處最為明顯)，箱梁相對(duì)橋臺(tái)向外側(cè)錯(cuò)位，轉(zhuǎn)彎匝道超高由4%變?yōu)?～2.5%，但仍滿足行車要求，經(jīng)對(duì)全橋進(jìn)行荷載試驗(yàn)和專門對(duì)C匝道進(jìn)行靜動(dòng)荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，橋梁結(jié)構(gòu)滿足受力要求。拉力支座的受力在設(shè)計(jì)預(yù)期內(nèi)，于1997年8月1日開放通車，但遺留了部分問題。

　　3.第二次加固處理

　　3.1加固原因

　　1999年5月，為對(duì)該立交的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，組織對(duì)通車運(yùn)營(yíng)近兩年的創(chuàng)業(yè)立交匝道橋的橋墩、支座、伸縮縫等進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月的全面檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果主要有：

　　(1)轉(zhuǎn)彎匝道的墩柱頂均發(fā)生不同程度的偏移，但偏移不大，除F4傾斜1.23%外，其余在1%以內(nèi)。原左轉(zhuǎn)彎匝道的7個(gè)固結(jié)墩改為鉸接后，墩內(nèi)側(cè)裂縫數(shù)量基本不變，部分裂縫有增大趨勢(shì)，左轉(zhuǎn)彎匝道G、H的固結(jié)墩在竣工前未發(fā)現(xiàn)裂縫，仍為固結(jié)墩，此次發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)分別有10條、19條裂縫。右轉(zhuǎn)彎匝道I、J的固結(jié)墩仍未發(fā)現(xiàn)裂縫。

　　(2)轉(zhuǎn)彎匝道的支座均發(fā)生不同程度的偏移，從橫向看均是外移，即向圓弧圓心相反方向移動(dòng)，最大為F3=94mm,F5=89mm(兩支座與原固結(jié)墩F4鄰近)，F(xiàn)匝道較大，其余匝道較小，從縱向來看，前后不一，位移不大，但部分支座上鋼板橫向扭轉(zhuǎn)角超過2%。

　　(3)經(jīng)過第一次加固處理及兩年運(yùn)營(yíng)考驗(yàn)，匝道橋工作狀態(tài)正常;墩柱裂縫趨于緩和，橋面高程變化趨于穩(wěn)定，支座橫向位移得到控制。

　　由于箱梁、墩柱偏位仍然存在，加上通車后增加了汽車制動(dòng)力、離心力的影響，該立交部分匝道橋仍有不穩(wěn)定的傾向，決定進(jìn)行第二次加固處理。

　　3.2加固設(shè)計(jì)

　　通過采用3D-BSA程序進(jìn)行計(jì)算和曲線橋結(jié)構(gòu)分析軟件ASCB復(fù)算，確定加固范圍為C、D、E、F、G、H六條匝道，每條匝道在每聯(lián)接近中部加固一個(gè)墩(即加固C4、D4、E4、F4、G3、H2六個(gè)墩)，墩與梁的聯(lián)結(jié)方式采用固結(jié)，同時(shí)加大墩身強(qiáng)度，并在外弧側(cè)加一根樁基。加固總體設(shè)計(jì)如圖所示。

　　3.3加固施工方法

　　加固施工步驟如下：

　　(1)先測(cè)量加固墩未施工時(shí)的狀況，如柱頂偏移值、柱頂斷面橋兩側(cè)高程，并做好標(biāo)記、記錄，作為加固工程竣工后檢測(cè)的原始資料。

　　(2)平整場(chǎng)地，在加固墩附近外弧側(cè)加輔助支撐，采用貝雷架支撐，以確保施工作業(yè)和行車安全。

　　(3)加樁基施工，先開挖基坑，錘擊打入鋼護(hù)筒至樁底高程，采用人工挖孔樁施工⑹120cm、25#砼樁基，新舊樁連線為半徑方向，新舊樁凈距為320cm。當(dāng)新樁砼達(dá)到強(qiáng)度后，樁頂需預(yù)壓1300KN，持荷時(shí)間大于4h，使其完成部分沉降量，采用設(shè)反力梁與千斤頂施加壓力。

　　(4)開挖舊樁樁頂、檢查樁頂處裂縫情況，記錄裂縫長(zhǎng)度和寬度。對(duì)樁頂2m范圍內(nèi)的砼保護(hù)層鑿毛，深度2～3cm，鉆孔插入⑹20錨筋，然后在孔內(nèi)灌注環(huán)氧砂漿進(jìn)行封孔。綁扎承臺(tái)鋼筋，澆注承臺(tái)砼。

　　(5)在梁底鉆孔均勻布置⑹25錨筋，采用“植筋法”工藝，由于鉆孔時(shí)要穿過梁底多層鋼筋網(wǎng)，施工較為困難，在不減少其抗拔力的前提下，可適當(dāng)移動(dòng)位置和調(diào)整深度。

　　(6)對(duì)原120cm墩柱保護(hù)層砼鑿毛，深度小于2cm，在柱身按30×30cm間距梅花型釘入金屬膨脹螺栓，螺栓安全剪力大于7.5KN。再綁扎墩身鋼筋，分兩次澆注墩身砼，減少墩身砼的收縮變形量，特別注意使墩頂與箱梁連接處的砼澆注密實(shí)。

　　(7)承臺(tái)、墩身砼在凝固期，應(yīng)注意減少震動(dòng)，采取封閉交通或限制載重大于5t的大貨車行駛的交通管制措施。

　　3.4加固功效

　　經(jīng)過第二次加固，可達(dá)到5個(gè)功效，從而使立交匝道橋的使用功能更加安全可靠：

　　(1)加固墩本身橫向抗彎扭(向外弧側(cè))能力有較大加強(qiáng)，能抗衡來自不平衡恒載、弦向溫度變位、活載離心力、弦向活載制動(dòng)力的影響。

　　(2)約束各墩支座向彎道外側(cè)移動(dòng)的水平位移。

　　(3)約束聯(lián)兩端伸縮縫的剪刀叉變位。

　　(4)改善未加固的固結(jié)墩內(nèi)弧側(cè)的水平裂縫。

　　(5)穩(wěn)定原橋梁結(jié)構(gòu)體系的正常運(yùn)作，使端支座受力超負(fù)荷現(xiàn)象、橋面外緣下降、內(nèi)緣上升現(xiàn)象及瀉水管錯(cuò)位現(xiàn)象等到有效的控制和改善。

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