深圳南油大道至滨海大道左转匝道桥荷载试验

深圳南油大道至滨海大道左转匝道桥荷载试验

一、试验桥梁总体布置及试验检测南油站位于深圳市南澳，位于深圳滨海大道与南油路交汇处。该立交由主桥、N2匝道桥、N4匝道桥和2座人行天桥及引道组成。其中N4匝道桥为南油大道至滨海大道左转匝道桥。桥宽8m,桥梁全长219m,由3联组成。第1、3联为16+20+16m3跨普通钢筋砼直连续箱梁桥。第2联桥跨(3#墩～6#墩)为空间曲线桥梁,跨径组合为35+45+35共115m,平面呈圆曲线、缓和曲线至直线段,圆曲线半径R=68.5m(平面布置见图1),桥面横坡2%,梁高均为2m,纵向为预应力砼结构,采用OVM15-7预应力体系,横断面布置为单箱单室,腹板为直腹式,板厚0.4m,箱底宽3.8m,两侧悬臂均为2.1m,横向为普通砼结构,主梁采用R50砼浇筑。桥梁下部结构,基础采用ϕ550预应力砼管桩,桩尖持力层为强风化花岗岩层。连续梁中墩采用独柱墩,墩柱直径1.6m,墩高6m左右。墩顶设双向滑动盆式支座,承载力900t。4#墩外偏150mm,5#墩外偏100mm;3#、6#两边墩为独柱墩加隐盖梁,橡胶支座厚78mm,尺寸为350×650mm,两支座中心间距2.6m,其中3#墩中心偏离主梁轴线200mm,6#墩中心偏离主梁轴线50mm。为防止连续梁在水平荷载及温度等因素的作用下发生过大位移,在两中墩处的梁底设置限位钢箍。该桥于1998年8月份开始施工,于1999年6月份完工。在1999年7月份对该桥进行荷载试验过程中,发现该桥有扭转失稳的现象,即时停止了有关试验工作。随即对该桥进行全面检查。经测量检测发现:1.3#墩至6#墩梁中心线偏移量最大为73mm,最小为14mm,平均为43mm,偏移方向均为外侧弧线方向;2.梁底限位钢箍与墩顶间的最大滑移量为45mm(向圆心外侧滑移);3.连续梁中心线标高变化情况:3#墩向下4mm,4#墩向下9mm,5#墩向上2mm,6#墩向下14mm,其余部位向上1～24mm;4.桥面扭转情况:梁体基本上均以梁中心线为转动轴线,外沉内翘,最大转动量为1.53%,最小转动量为0.63%。外侧最大下沉为60mm,内侧最大上翘63mm;5.支座脱空情况:3#墩内侧脱空35～40mm,剪切变形20～40mm;6#墩内侧脱空16～31mm,剪切变形58～62mm。根据检查结果,该桥已处于严重扭转失稳状况,不能进行正常交付使用,需要及时进行加固处理,否则后果十分严重。二、结构组合复核结果为了查清第2联梁体出现扭转失稳的问题,对该联桥的设计和施工情况进行全面复查,经复查,施工质量正常,无大问题,因此重点是桥梁的设计部分。结构复核分析采用空间曲线弯梁程序。预应力部分完全按空间力系考虑。计算分析过程按照实际施工情况的6个阶段进行考虑,即:①浇注主梁砼;②1期预应力钢束张拉;③浇注桥面内、外侧砼防撞墙;④2期预应力钢束张拉;⑤桥面铺装;⑥使用、运营阶段(包括升降温、日照、沉降差、活载)。根据复核分析计算,其结果如下:1.梁体各正截面、斜截面的应力均符合桥梁设计规范的要求。2.支座受力情况见表1。从表中可以看出:在1期预应力钢束张拉完成后,主梁边墩曲线内侧橡胶支座将由于出现负反力而出现脱空现象。3.梁体扭转情况由于边墩曲线内侧橡胶支座出现负反力脱空后,主梁发生了竖向位移和扭转变形,其具体数值见表2。4.其他组合因素造成的影响从结构组合内力分析得知,除预应力荷载外,内外侧栏杆荷载、使用阶段的日照及活载的外侧偏载,均在该桥产生端支座内侧脱空和梁体向外转动中起着较大的作用。由于在理论上进行了较详细的计算和分析,对于梁体发生平移和扭转的根本原因有了一个清晰的认识,从而为选择加固方案奠定了基础。三、种基础、承台及墩柱的加固方案加固方案正确与否是加固工程成败的关键。其方案应该既能解决梁体失稳的根本问题,使梁体能够长期在正常情况下进行工作,保证桥梁运营的安全;同时又能够使加固施工得以安全实施。经过设计单位和专家们的多次讨论,最后确定了如下的上部结构顶升、下部结构加固的处理方案。由于原结构对预应力产生的径向力认识不足,因此3#、6#墩均需承担比原设计较大的偏心弯距,那么,必须对其基础、承台和墩柱采取补强措施。具体加固措施是在各墩的曲线外侧增补2根ϕ1000的钻孔灌注桩,然后将原承台扩大,使新、老桩基联成一体,共同受力。对于3#、6#墩柱,在原立柱的外侧,从承台至盖梁底间浇筑R40砼加固成椭圆形立柱。并在墩顶由单支座改为双支座。为防止支座侧向移动,支座垫块的横桥向侧面焊有限位钢板。当新加固的基础、承台及墩柱的砼达到一定强度后,利用墩柱顶面进行梁体的顶升。顶升梁体是将向外转动的梁体进行适当纠偏,并让梁端的内侧支座受压,保证其在最不利荷载组合下,支座不出现负反力。同时,对3#、6#墩原来被剪切破坏的支座进行更换。为确保安全,梁体在顶升时,各墩的差异位移量控制在10mm以内。四、效果加固1.顶升过程的测量匝道桥加固工程施工历时4个月,梁体顶升施工工艺框图为:此外,梁体顶升过程中的测量控制也十分重要。其目的是为确保梁体在顶升加固过程中,结构安全可靠,确保万无一失。同时为施工操作提供依据。测量控制的内容,主要包括连续梁在各阶段的平面位移,竖向位移及转动量的测量。顶升过程中梁体应力变化的监测是在梁体的中部、支座等处事先贴好应变片,由计算机集中控制,在梁体顶升的过程中全时监测其内力变化情况。数字化监测为本桥梁加固的显著特点,为梁体顶升的质量和安全提供了可靠的保证。