09年公路监理工程师考试辅导-深圳创业立交匝道桥的问题分析与加固处理

1．概述
　　创业立交位于107国道深圳段与深圳市宝安区创业路交叉处，是一座定向型互通立交，由10条匝道桥组成，其中A、B匝道为跨线（107国道）匝道，C、D、E、F为左转弯匝道，D、H、I、J为右转弯匝道，共20联96跨，每联最多8跨，最少2跨。受场地限制，匝道最小平曲线半径R=70m，最大纵坡为6%，设计车速为跨线匝道40km/h，转弯匝道30km/h。桥梁下部采用25#混凝土钻孔灌注桩基础，30#混凝土圆形墩柱，上部采用40#预应力混凝土连续箱梁。桥墩桩直径1.5m，柱直径1.2m，梁高1.3m，桥面宽度为7.5m及9.5m。等宽段采用单桩柱式墩，每联两端桥墩为双柱式桥墩，上置牛腿，除部分墩柱与箱梁固结外，其余墩柱、台顶设多向活动球型支座。
　　该立交工程在施工期间出现转弯匝道桥固结墩柱内侧产生水平裂缝及曲线箱梁偏转、外移的问题，经第一次加固处理后墩柱裂缝基本消除，但曲线箱梁位移问题有所发展，经研究后又进行了第二次加固处理，基本解决了墩柱受力和箱梁位移两方面的问题，保证了桥梁的结构和使用性能。本文将对产生裂缝及位移的原因进行分析，并详细介绍两次加固处理的情况。
　　2．第一次加固处理
　　2．1存在问题
　　该立交工程于1996年1月20日开工，桥梁基础及下部构造经检测表明质量良好。1997年春节前，在全桥浇注完上部结构箱梁后发现，左转弯匝道C、D、E、F的7个固结墩（C3、C4、D3、D4、E4、E5、F4）均在内弧侧出现横向裂缝，经对裂缝长度、宽度、深度进行检测发现：单根墩柱最多产生24条裂缝，裂缝最长193cm，最宽为1.00mm，最深为10.1cm,部分裂缝宽度已超过《桥规》要求，裂缝长度、深度均较为严重。另C、D、E、F四个转弯匝道箱梁出现不同程度的主梁外弧侧边缘降低、内弧侧边缘抬高的偏转位移，桥面系防撞栏、伸缩缝和排水管也有一定程度的错位。
　　2．2原因分析
　　创业立交桥施工工艺及控制完全按照规范及设计要求进行，转弯匝道固结墩柱内弧侧在施工期间产生早期横向裂缝，主要原因是由于作用于固结墩柱上的弯矩偏心ΣM≥Md所致。而使ΣM超过固结墩柱设计抗弯能力Md的原因是比较复杂的，笔者认为主要的影响有两个方面：
　　（1）梁体自重不平衡的影响。设计时考虑不够完善，将墩柱中心设于主梁横向中心，忽略了弯桥内外侧曲线半径不等，外半桥梁曲线长度大于内半桥梁，即外半桥恒重大于内半桥，产生梁体自重不平衡，并在箱梁两端产生向外侧扭转的扭矩MT，在固结墩柱处MT通过箱梁作用于柱身产生弯矩M恒，使内弧侧受拉，加大了ΣM。
　　（2）温降及混凝土收缩的影响。该桥上部箱梁施工时处于冬季，温降幅度大，加上箱梁新浇筑混凝土收缩，使曲线箱梁在平面内发生弯曲变形（向外侧），使梁内产生平面弯矩M、轴向力N和水平剪力Q，由于曲线半径小，且所有径向位移均被固定，故产生较大的水平温度力。由于箱梁平面刚度大，这些水平温度力传至柱—梁联结处，产生较大的水平剪力，导致墩身受弯，内弧侧混凝土开裂。
　　此外，箱梁预应力体系、混凝土徐变等也对箱梁和墩柱产生综合影响，在此不再讨论。
　　2．3加固处理措施
　　经研究，针对固结柱横向开裂比较严重的问题，先后采取了以下两个方面的处理措施：
　　（1）固结墩顶放松。将固结墩顶固结处放松，改柱—梁固结为铰接，目的在于减少乃至消除由恒载扭矩MT引起的柱身弯矩M恒。施工时从7个产生裂缝的固结柱所在的桥面处凿开桥面混凝土，露出横隔梁骨架钢筋，围绕柱中心钻6个孔，插入钢筋后在柱顶内侧凿环形槽口，依此向外侧开展，等槽凿好、柱—梁固结钢筋切断后，在从桥面上向孔中灌40号水泥砂浆，然后用橡胶混凝土填满环形槽，铺好桥面。
　　（2）设置拉力支座。固结墩柱顶放松处理后，裂缝得到控制与减少，却加剧了上部结构的桥面高程变化，内弧侧升、外弧侧降的数值增大，与此同时，C、D、E、F匝道分联处桥台和盖梁内弧侧支座脱空，外弧侧支座受力增加，可能超过允许承载力，另外从使用功能上看，支座脱空在行车作用下易产生“拍击现象”，对墩柱和主梁造成损害。为解决出现的以上问题，在内弧侧脱空支座外增设预应力拉力支座，支座拉力为400KN，并接长端横梁，重新安设一个新支座代替脱空支座。施工时，先布置好有关钢筋、钢垫板及拉杆、钢套管等张拉器具，将盖梁横向接长，在脱空支座内侧重新安装支座，再将箱梁沿底面横向加厚，盖梁接长及箱梁加厚均采用40#号钢筋混凝土，浇筑砼时保证支座被压紧，待砼达到强度后在箱梁顶张拉，预应力筋采用ф132，Rby=750Mpa，张拉完毕后恢复箱梁面层，将钢垫板、锚固头等外露部分用防锈油漆喷涂。

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