[分享]一座跨闸公路桥保护与修复加固技术方案实施

由于受长江大堤、已有节制闸、一线船闸等永久性建筑物的限制，新建复线跨闸公路桥以近似U形的线形与节制闸桥和长江大堤相接。该桥为五联(共20跨)连续箱梁桥，全长521.58m，跨径布置为3×32m+4×18m+3×32m+5×18m+5×32m；桥面宽度为8m(行车道)+2×1m(人行道)。

跨闸公路桥穿越整个船闸主体工程区域，该区域均为粉质壤土(即淤泥质土)，天然含水率极大(37.4%～51.4%)，特别是第四、五两联，一侧为河堤，另一侧为深基坑，两侧土体不平衡高差约15米以上。由于船闸工程基坑开挖影响，先期完成的桥梁第二、三、四、五等联，上下部结构多次发生不同程度的偏位，致使工程项目几度停工。省交通主管部门曾同意将部分已建桥跨拆除再建，以确保船闸工程建设总体目标实现。根据现场实际变化情况，参建各方多次调整相关技术处治方案，“对症下药”，全面、安全、顺利地实现了船闸工程的既定建设目标。

平面线形布置图

两联桥梁左侧为船闸主体工程，右侧为原河流及大堤。周边施工活动情况为——右侧：临时施工便道，钢筋堆放及加工场地。左侧：复线船闸5#～8#闸室基坑一期、二期土方开挖施工。

2009年12月6日，在第四、五两联右侧场地发现少许纵向裂缝。现场采取应急处治，将钢筋临时堆放及加工场地全部搬迁，右侧土体部分卸载。

2010年1月10日，在第四联箱梁顶板及翼缘板浇筑施工准备前，发现第四、五两联箱梁轴线发生相对错位（>10cm）。随即全场停工，对桥梁已完工程结构及周边土体进行检查、排查。

1.两联桥跨所属墩柱及个别盆式支座均有偏位，但周边土体未见明显滑移及裂缝。

2.组织专家会议，研讨应急处治方案。

3.继续完成第四联箱梁顶板后续浇筑施工。

4.项目办牵头，组织船闸主体（水利）和跨闸公路桥（交通）设计单位，对现场检测、监测资料进行分析与验算，提出综合解决方案。

5.2010年3月10日船闸主体工程基坑开挖复工。

2010年6月8日，8#墩顶（第二、三联过渡墩）向前进方向偏位180mm。全场再次停工，并组织专家会议，分析相关监控数据，制定处治方案。9月15日复工。

2011年8月10日，第二联5#墩柱向外偏位35mm，并在墩柱大桩号侧发现数条半环状裂缝(0.13mm—0.32mm)。研究决定，继续进行跟踪观测及监控；待相关施工活动结束后，与其他桥梁病害一并研究处理。

2011年8月30—10月15日，船闸上闸首及相邻闸室结构物两侧陆续开展回填土施工,而下闸首及相邻闸室则进行基坑开挖施工。跟踪监控观测结果显示,第一联基本稳定；第二联的5#和7#墩柱、第三联的8#、9#、10#墩柱，以及第四联墩柱原有偏位值,均有不同程度的回调,但第五联的18～20＃墩柱由于下闸首开挖,偏位值明显有增大趋势。研究决定,继续进行跟踪观测及监控:待相关施工活动结束后,与其他桥梁病害一并研究处理。

2012年1月—3月，在桥梁相邻船闸结构陆续完成并开始回填土施工的同期，结合对桥梁墩柱、箱梁跟踪监控数据统计、分析，全面研究制定全桥修复加固处理技术实施方案。2012年3月—8月，对全桥进行修复加固处理及后续工程施工。8月16日全桥通车。

1.第四、五联箱梁端部（15号墩处）发生严重错位；第四联盆式支座发生相对滑移，单向固定支座横向限位钢板受力变形。

2.第四、五联所有墩柱均不同程度（100～254mm）发生偏位；11号墩外立柱中部外侧（基坑反向）发生多条半环状裂缝。

3.第五联桥墩（15～19#）系梁均不同程度地发生竖向裂缝。其中，内柱根部外侧与系梁连接处裂缝，宽度由上向下逐渐变小；外桩顶部内侧与系梁连接处裂缝，宽度由下向上逐渐变小。

4.第四、五联箱梁横隔梁两端腹板出现不同程度的竖向裂缝,腹板外侧裂缝较内侧多,个别裂缝上延至翼缘板。

1.8#墩盆式支座单（横）向限位板两侧缝隙稍有变化；

在这期间,5#立柱向大桩号方向累计偏位35mm，并出现半环状裂纹(0.13mm—0.32mm)。

1.地基土体强度低，灵敏度高。船闸工程区淤泥质软土自地面向下分布，厚度在30m以上。该土层强度低，含水率达40%左右，空隙比大于1，液限指数大于1，压缩性高，处流塑状，承载力小，土体灵敏度3～5，具触变性。从土层特性及已发生的基坑边坡变形特征分析，地基受荷载变化或施工扰动都会造成土体蠕变，受扰动土体强度降低，引起边坡土体向临空面方向的蠕变，从而带动桥桩变位，这是造成桥梁偏位的主要原因。

2.施工顺序不合理。受区域交通、施工进度等影响，采用先桥后闸的顺序施工，桥梁施工完成后再进行船闸主体工程基坑开挖。已建桥梁的存在，对基坑开挖引起的土体变形提出更为苛刻的要求，这是深基坑机械开挖施工难以保证的。

3.施工过程产生附加荷载。包括第四、五联桥外侧填土及工程材料临时堆载；各种施工机械及过往车辆引起的震动。

4.船闸基坑开挖施工，对邻近已有桥墩未采取任何有效防护措施。

5.参建各方对工程区域土体蠕变潜在危害认识不足，现场施工管理主观缺乏安全监管意识，前期桥梁偏位未能及时发现。

1.立柱部分所发生的已知偏位、半环状裂缝，以及系梁竖向裂缝，都为可见、可测、可处理病害。

2.基桩部分全为隐蔽工程，基桩偏位可能引起变形开裂。通过对盖梁、立柱与系梁已发生的裂缝病害形式、程度，以及对三者形成的框架结构受力特点和地基土体力学特性综合分析，作为总长近60米、淤泥质覆盖层30多米的双柱桩，可以排除桩基受剪断桩可能。因此，除可能存在的环状裂缝外，可以判定桩基整体结构基本完好。

由于桥梁安全处于高度敏感期，任何不当施工都可能引起桥位地基土体的滑动或蠕变，加剧桥梁原有病害程度或桩柱偏位的发展，需对桥位两侧土体进行平衡卸载，改善桩柱的不平衡受力状态。

为确保后续船闸主体工程的实施，专家意见提供了两种方案。

方案1，将第三联（主跨，跨越航道）和第四联（偏位发生最大）箱梁先行拆除，待船闸工程完工后再予以恢复。方案2，在桥位地基、基坑边坡土体固结稳定和桥梁实施全天候安全监控基础上，全面调整船闸基坑开挖和结构施工方案，对已建桥梁进行综合保护。

最终研究决定，采取方案2，即桥梁综合保护方案。

1.桥梁全天候安全监控方案：参建各方联合成立桥梁全天候安全监控小组。设计方负责提供安全监控预警值，监理和施工方负责工程现场全天候安全监控、巡查和报告工作，项目办负责综合监控及应急处理调度工作。

2.桥梁综合保护方案：

a.采用双向搅拌水泥桩工艺，对第四、五两联地基土进行固结稳定。

b.对于8#墩柱发生偏移问题，由于卸载放坡开挖，致使9#和10#墩桩柱悬空高度达20m以上。为减少上闸首施工影响，在基坑开挖前，采用型钢桁架将第三联桥墩纵向联结，增强桥墩顺桥向抗变形能力，以减少桥梁偏位值。

c.对于第二联墩柱偏移问题，采用钢板桩阻隔土体的方法，即在5～8#桥墩基坑侧采用钢板桩进行辅助支护方案。

d.对于桥位土体卸载引起的桩基暴露问题，考虑桩基水下混凝土施工可能存在缺陷，对已发现明显缺陷的桩基进行相应加固处理。

随着船闸工程土方回填工作的陆续完成，桥梁桩柱的原有偏位均有不同程度的回调，第四、五两联箱梁也各有少许回调。

1.委托公路桥梁专业检测单位对全桥箱梁、支座、立柱、盖梁、系梁等结构构件，进行全面检查检测，出具翔实的检测报告。

2.委托桩基专业检测机构对偏位最大的15号墩桩基,进行钻孔取芯及孔壁成像技术抽样检测，验证桩基结构的整体完整性。

由钻孔取芯及孔壁成像技术检测影像结果可知，在盖梁顶面以下20～40米（距原地面约10～30米以下桩长范围）段落发现少许水平应力缝，与专家分析淤泥质土体蠕变影响范围吻合。

1.桩基：鉴于桥位土体均已全面恢复平衡、墩柱偏位回调情况，除对15号柱桩进行孔内压密注浆处理外，对其他偏位残值较大的桩周土体，进行压力注浆处理。

2.桥墩立柱、盖梁及系梁：根据裂缝宽度分别进行开槽封缝或压力灌缝处理。再对出现环状裂缝的立柱进行外包钢（内加粘钢胶）处理。

3.箱梁：分别对裂缝、腹板及中横梁进行维修加固处理。对箱梁腹板、翼缘板裂缝进行压力灌缝处理；对第四联箱梁中横梁进行增大截面加固处理；对第五联箱梁中横梁进行粘钢处理。

4.支座：考虑到大部分桥墩桩柱及箱梁偏位回调（但仍有残值），如果采用同步顶升工艺更换受损支座，担心会引起偏位再次波动或上下部结构受力变化，最后采用在原支座邻近位置增设同型号支座方案（环氧砂浆底座、自流平混凝土顶托块）。

5.增设限位装置：针对该桥弯、坡、斜特点，第6、8、11、15、16、18、19号墩盖梁增设横向限位装置。

6.伸缩缝预留缝隙：第二、四两联处于弯、坡、斜段，由于桥梁偏位影响，伸缩缝预留间距减小。为保证箱梁伸缩缝保持合理间隙，采用混凝土取芯机对伸缩缝隙进行扩展恢复。

7.桥面铺装钢筋网：原设计网片钢筋均为Φ8，分别调整加强为纵向Φ14（墩顶负弯矩区为Φ25）、横向Φ12，并间隔增设植筋（Φ12），以加强桥梁整体抗变形能力。

为全面了解该桥通车后的整体工作情况，2014年3月份对该桥进行了荷载试验检测，该桥试验联跨满足公路I级荷载标准。具体检测项目和内容如表1所示。

1.本次试验荷载效率系数值均在规定的0.95～1.05范围内，满足《公路桥梁承载力检测评定规程》要求。

2.试验联跨在等效试验荷载作用下，实测应变和挠度均小于理论分析值，结构工作状况较好，强度和刚度满足设计要求。

3.桥梁试验跨各主要控制断面在等效试验荷载作用下，应变校验系数在0.30～0.90范围内，挠度校验系数在0.41～0.80范围内；各工况下应变、挠度校验系数满足要求，结构各主要受力部位工作性能良好，安全性较好。同时，加载前后支座、墩顶位移均无明显变化。

4.试验跨段经过各工况下的循环加卸载作用，各主要控制截面均未出现明显新产生的受力裂缝，加载前后的裂缝长度、宽度和加载过程裂缝宽度均未有明显变化。相对残余应变及相对残余挠度值，均满足规范不超过20%的要求，表明结构处于弹性工作状态。

5.全桥支座横向、竖向位移在荷载试验前后均未见明显变化；9#、11#、15#墩横向、竖向位移，在各工况加卸载后均未见明显变化。

1.对于场地受限的工程项目，在方案设计阶段就要考虑新建工程之间或新建工程与周边已有建筑物之间的相互安全影响，做好对已有建筑物的安全防护设计。对于软土地基及临水工程，还要充分调查、论证软土地基及水情变化对基坑开挖的影响，并做好各种应对预案。

2.对于桥梁结构内部或隐蔽工程可能存在的重大病害，要进行针对性检测，综合分析其成因，以数据成果论证最不利工况时的结构安全状态，然后进行桥梁保护、维修加固方案设计。方案设计时要充分考虑各种技术措施的综合运用，全面消除或抑制病害。

3.对于复杂结构桥梁维修加固方案设计，不但要充分查证工程设计图纸、施工记录等原始资料，最好还要请原施工现场有关技术人员一同回顾桥梁施工过程、分析病害产生原因，然后才能“有的放矢”“对症下药”，形成最佳设计方案。

4.对于设计施工总承包模式，《公路工程设计施工总承包管理办法》已经进行了相应规定，目前公路行业比较推崇，特别适合大型复杂结构桥梁维修加固工程。这种模式，不但为工程实施过程及时提供合理有效的动态设计，而且设计理念与施工配合度较高，可以从根本上排除“误诊”“漏诊”，工程效果和效益俱佳，值得业界推广。