随着桥梁施工专业化水平的不断提高,业主为保证工程质量和便于质量控制,通常把桥梁上部箱梁预制划分成单独合同段,因此,造成一座桥梁由两个独立的施工单位施工,形成桥梁上部构造与下部构造的施工相脱节,加上箱梁预制场常远离现场,缺少直接的现场桥梁角度校核,因而,时有预制箱梁的箱梁角度与实际斜度相反,预制箱梁安装时,才发现角度相反的问题,并由于预应力箱梁构造的特殊性,在箱梁体上纠正斜度极其困难,往往施工单位只有报废箱梁或作为它用,造成很大的经济损失,该文结合工程实践,探索出预应力箱梁预制错误斜度的改造方法。
    1·桥梁斜度的定义及表
    表征斜梁桥偏斜程度的斜角有2种方法:一种是用图1中的α角表示,它是指中轴线与支撑线构成的小于90°的角;另一种是用图中的φ 角表示,它是指中轴线的垂线与支撑线构成的角,α 与φ 互余,交通部颁布的桥涵标准图以及桥梁设计手册均定义φ角为斜交角。
                 
    2·　工程实例
    2.1　桥梁概况
    公路桥位于新乡市干线公路跨南水北调项目总干渠,该桥设计方案为:桥梁宽度净宽10.5m+2×0.5m防撞护栏。上部结构采用3×25m先简支后连续的后张法预应力混凝土箱梁,下部结构采用桩柱式墩台,钻孔灌注桩基础。桥梁全长81.00 m,路水夹角103°,桥台采用GYZF4d250mm×65mm的圆板式橡胶支座,桥墩采用GYZd350mm×66mm的圆板式橡胶支座,两桥台各设置一道QSF-D120仿毛勒伸缩缝,设计荷载:公路-Ⅰ级。
    2.2　问题的出现
    该工程2012年3月上部箱梁预制完毕。经监理工程师检查,发现箱梁 预制斜度 错 误,将 主 梁 偏 角103°预制成77°,此时下部结构桥台盖梁尚未施工,桥墩盖梁施工完毕。
    3　改造方案及主要技术措施
    3.1　箱梁改造方案
    3.1.1　原设计平面布置原设计平面布置示意图见图2。
    3.1.2　改造方案平面布置及适用条件(1)将预制斜度错误的预应力小箱梁按原设计位置布置,并 保持原设计 桥梁轴线 和 支 承 线 不 变,见图3。

    (2)对已经浇筑好的桥台斜度在13~45°的箱梁,按改造方法布置,桥梁墩、台支座原设计桥梁轴线和支承线不变,对桥台盖梁仅做局部改造,并按改造方法进行验算均可满足规范要求。
    3.2　主要技术措施
    3.2.1　结构设计要点
    (1)按照图3进行布梁,桥台背墙沿边跨箱梁布置呈锯齿状,桥台盖梁加宽,设计牛腿形,以减少自重并增加有利偏心弯矩(向岸),这样原桩基位置不变,箱梁完整不破坏;箱梁支座轴线不变。
    (2)为了保证横向联系的完整性,增加结构的整体性能,中横梁及端横梁均采用与相邻箱梁进行植筋的方式进行连接。
    (3)桥台背墙沿边跨箱梁布置呈锯齿状,采用分段现浇。
    (4)永久性支座由原主梁腹板之下2个支座,变为通过箱梁轴线支承在盖梁上的1个支座,支座规格加大以满足承载力要求。
    (5)伸缩缝呈锯齿状分布,选择锯齿形仿毛勒伸缩缝或便于施工的TST弹性体填充式伸缩缝。
    (6)桥台搭板分块现浇,桥面铺装在锯齿状处根据设计布筋。
    3.2.2　施工要点
    (1)在箱梁腹板相应位置钻孔,钻孔最小直径d+(2~6)mm、锚栓间距、位置等依照后锚固技术规程要求。必要时可用钢筋混凝土保护层测试仪查明混凝土钢筋布置,然后钻孔,应避免钻孔打盲孔时碰及钢筋,钻孔若碰到钢筋,孔位可上、下适当移动调整。
    (2)用硬毛刷刷孔壁再用干净无油的压缩空气吹出灰尘,如此反复进行不少于3次。必要时可用干净棉布沾少量丙酮或酒精擦净孔壁。
    (3)采用适当的方法向植筋孔内从孔底逐步向孔口填胶,每孔注胶量应略大于其理论需胶量。填胶方法可采用胶枪法如软胶枪加PVC管、黄油枪加金属延长管等。
    (4)将钢筋旋转插入至孔底(达到钢筋标记),保证孔口溢胶并注意防止漏胶。胶层是否饱满,将直接影响锚固力的大小。
    (5)凝胶后于室温固化1~3d,在固化过程中避免扰动。
    (6)耳背墙混凝土浇筑顺序:桥台耳墙应与背墙同时浇筑,耳墙浇筑时应由悬臂端向背墙根部依次进行,拆除模板时应避免振动引起耳墙开裂。
    (7)背墙分为8段现浇,8段的纵向直通筋在交叉部位点焊连接,背墙采用C30混凝土。
    (8)墩、台盖梁顶面支座垫石高度减去支座的高度差,从而保证原有桥面标高不变,支座垫石顶面必须保持水平,垫石配筋做相应调整,高程控制必须准确。
    (9)支座由原主梁腹板之下2个支座,变为通过箱梁轴线支承在盖梁上的1个支座,支座与梁端距离不变,此次支座上垫板与箱梁底预埋调平钢板采用环氧树脂胶粘结牢固。
    3.3　结构稳定及变形验算
    3.3.1　上部结构计算原则
    (1)该桥结构体系为先简支后连续结构,按A类预应力混凝土构件设计。
    (2)结构设计荷载横向分配系数采用刚接梁法计算,进行横向分布系数的验算。
    (3)桥面板按单向板和悬臂板进行计算。
    (4)一片梁梁端支点最大反力(汽车荷载考虑冲击系数)见表1。
              
    3.3.2　支座
    改造后桥台支座采用GYZF4d400mm×71mm的四氟滑板橡胶支座,桥墩采用GYZd500mm×70mm圆板式橡胶支座,经验算满足以上承载力及稳定性的要求,橡胶物理性能均应满足JT/T4-2004《公路桥梁板式橡胶支座》的要求。
    (1)桥台支座验算
    1)桥台支座验算桥台GYZF4d400mm×71mm支座:支座的最大承压力Rck=1195kN,平面形状系数S=8.86,支座总厚度t=71mm,橡胶层总厚度te=49mm,抗滑最小承压力 RGk =528kN,中间橡胶层厚度t1=11mm,单层橡胶层厚度t0=4mm,四氟滑板厚度tf =2mm;支座反力Rck=964kN,RGk =586kN;支座的抗压弹性模量Ee =5.4GeS2=423.9 MPa。1)验算支座的承压强度δc=8073.8kPa<[δc]=10000kPa;
    2)从满足剪切变形要求,验算橡胶支座橡胶层总厚度te,温差变形由两端桥台的支座均摊,则每个支座:不计汽车制动力:te≥2Δg=33.2mm<49mm,计入汽车制动力:te ≥2Δg=26.9mm<49mm,满足要求；
    3)验算板式橡胶支座竖向平均压缩变形δcm=0.108cm≤0.07×4.9=0.343cm,满足规范要求;4)验算支座的抗滑稳定性μRGk =0.2×586=117.2kN,则1.4Ht+Fbk=79.86kN<117.2kN(支座不会发生相对滑动)。其中:μ 为摩擦系数;Ht为温度变化引起的水平力;Fbk为支座承受的水平力;Δg 为支座承受的水平位移。
    经验算,桥台选用GYZF4d400mm×71mm支座满足支座的抗滑稳定性、压缩变形等要求。
    (2)桥墩支座验算
    桥墩GYZd500mm×70mm支座:支座的最大承压力Rck=1886kN,平面形状系数S=8.17,支座总厚度t=70mm,橡胶层总厚度te=50mm,中间橡胶层厚度t1=15mm,单层橡胶层厚度t0=5mm,支座反力Rck=1816kN,RGk=1305kN;支座的抗压弹性模量Ee=5.4GeS2=360.44MPa。1)验算支座的承压强度δc =9630.17kPa<[δc]=10000kPa;2)从满足剪切变形要求,验算橡胶支座橡胶层总厚度:不计汽车制动力:te≥2Δg=22mm<50mm;计入汽车制动力:te=17mm<50mm;3)验算板式橡胶支座竖向平均压缩变形δcm=0.151cm≤0.07×5=0.35cm;4)验算支座的抗滑稳定性:μRGk =261kN,则1.4Ht+Fbk=81.1kN<261kN(支座不会发生相对滑动)。
    经验算,桥墩选用GYZd500mm×70mm支座满足支座的抗滑稳定性、压缩变形等要求。
    (3)伸缩缝计算
    该桥为3×25m预应力混凝土箱梁,桥梁伸缩量0点取桥梁中点,一端伸缩梁长L=37.5m;当地最高有效气温值Tmax=34℃,最低有效气温值Tmin=-10℃;混凝土线膨胀系数a=0.00001;收缩应变ε=20×10-5;徐变系数ϕ=1.99;弹性模量(C50混凝土)Ec=3.45×104MPa;混凝土收缩、徐变折减系数β=0.4;预应力产生的截面平均轴向应力σp =4.85MPa;1)安装温度T=20℃:梁体伸长量ΔLt+=aL(Tmax-T)=5.25mm,梁体缩短量ΔLt-=aL(T-Tmin)=11.25mm;2)混凝土收缩产生的梁体缩短量ΔLs=εβL=3 mm;3)混凝土徐变产 生的梁体缩 短 量△Lc-:=(σp/Ec)φβL=4.2mm。可以看出,梁体的伸长量为5.25mm,缩短量为11.25+3+4.2=18.4mm。基本伸缩量为5.25+18.4=23.7mm,考虑30%的富余量;则设计伸缩量为1.3×23.7=30.8mm。相应的伸缩装置设计闭口量为1.3×5.25=7mm;设计开口量为1.3×18.4=23.92mm。