小半径、大坡度、曲线桥滑移病害分析

李东华

辽宁省路桥建设集团有限公司（110022）

摘要：本文以一座匝道桥病害为例对目前小半径、大坡度、曲线桥的滑移病害进行了详细的分析和解读。为设计、施工单位今后的工作提出了建议和参考。

关键词：小半径、曲线桥、滑移、支座、病害

随着国家对基础建设的大力推进，高速公路得到了迅猛发展。为满足高速公路的服务功能，交通枢纽以及各种互通区数量也日益增加。在互通区内小半径、大纵（横）坡桥梁也不可避免的被使用，随之而来的是该种桥梁的各种病害的出现。如何避免此类病害的发生成为各个参建方亟需关注的问题。

一、桥梁概况：

在陕西省某条高速公路互通区B匝道就发生了梁体滑移病害。此桥桥梁全长522.14米；桥梁上部结构采取3×25.64+2×（3×25）+（25+26.66+20）m预应力混凝土连续箱梁+（45+80+45）m预应力混凝土变截面连续箱梁+（24.28+29.28）m预应力混凝土现浇箱梁；下部结构采用柱式墩、薄壁墩，钻孔灌注桩基础。桥梁位于R=1690.75m，Ls=105.5m，R=500m、Ls=140m的曲线上，墩台均为辐射状布设，桥面线型由防护栏调整。设计纵坡-0.3%；桥面横坡变化较大，第1联：0#墩：左侧（B匝道侧）-1.37%、右侧（与A匝道相接侧）4%，1#墩左侧-0.09%、右侧3.91%，2#墩左侧1.39%、右侧3.95%，3#墩3.83%，第2、3联均为4%；桥梁在第11孔跨越公路，在第14孔跨越铁路。

该桥第1-3联支座设计为圆形板式支座，非连续墩型号为GYZ500×135、连续墩处为GYZ750×160，共计28个，连续墩支座设计组合高度为35cm，非连续墩支座设计组合高度为25cm。

桥面宽度：0.5m（护栏）+12.38-26.395m（行车道）+0.5m（护栏）

设计荷载：公路-I级。

设计车速60km/h.

地震动峰值加速度：0.15g。

本桥位处属于暖温带半湿润气候，全年气候变化受东亚季风(包括高原季风)控制。经查年平均最高气温：18℃；历史最高气温：42℃出现在1973年；历史最高气温：-17℃出现在1955年，年温差基本在36℃左右，日均温差在12℃左右。

二、病害情况：

本桥与2011年11月8日建成通车，竣工前经专业检测机构对全桥进行详细检测，检测结果为合格（全桥均无病害），而在2015年7月交通主管部门组织专家对此桥进行系统勘验，发现本桥的前3联发生滑移，支座大面积损坏。桥面出现明显较大错台。具体表现为：

(一）该桥第1联（即1-3孔）向0#台方向滑移约5cm，且伴有整体顺时针方向轻微扭转偏位。

(二）与A匝道相接的0#台处伸缩缝完全挤死，外侧隔音墙受挤压变形严重；与B匝道相接0#台伸缩缝橡胶条脱落，略有轻微拉开迹象。

(三）3#墩顶伸缩缝部位拉开明显，两侧型钢高差约为2cm。

(四）第2联破坏主要表现为支座破坏，未发生明显滑移。

(五）第3联（即7-9孔）箱梁整体向曲率半径内侧（行进方向右侧）滑移约3cm，9#墩顶错台3cm，6#墩顶护栏错台2.7cm。

(六）6#墩顶伸缩缝存在挤死现象，9#墩顶伸缩缝型钢错台1.2cm。

(七）7-2墩柱左侧挡块已与墩柱表面接触，目前尚未见挡块存在破损开裂现象。

(八）橡胶支座总体病害较为严重，其中3#墩顶左侧支座在剪压共同作用下压溃，完全失效；6#、9#墩顶两块支座均存在严重的横向位移现象，7-6-2#、9-9-2#支座均存在纵向位移，约10cm；其余支座普遍存在剪切变形较大现象（变形方向向外侧）、橡胶外鼓开裂明显。

(九）在3#、9#墩顶的伸缩缝内发现部分混凝土渣块和杂物。

三、病害原因分析：

（一）本桥和A匝道相接路面部分由于道路分叉路面突然变窄由26.40米变为16.68米。由于路面宽度的骤变导致行使车辆速度的急变（减速），经观察车辆平均降速在30km/h以上，因此造成车辆对梁体产生行车方向的水平推力，而本桥未设置固定支座，所以致使梁体产生行车方向的纵向滑移。由于车辆常年累月的同一方向作用，而使得滑移逐步扩大。这是造成梁体纵向位移的主要原因。

（二）梁体纵向位移的另一个原因由于在部分（3#、9#墩顶）伸缩缝内的施工杂物造成的。据统计本地年温差36℃，日均温差12℃，昼夜温差均较大。由于温差引发的梁体纵向变形（+ΔTL=10xE-6×36×76.92=2.8厘米，按照第一跨长度计算、膨胀系数取10xE-6）较大，正常在梁体两侧均变化（+ΔTL/2=1.4厘米）。在3#、9#墩顶伸缩缝内发现的施工杂物限制了第1联合第3联在温度应力作用下行车后退方向的应变，只能向行车前进方向移动（+ΔTL）。弹性可恢复位移改变为非弹性位移。而且此种位移经过数年的累积逐渐增大。

（三）梁体的横向位移（向曲率半径内侧）主要由于本桥半径较小（500m）设计的横坡较大（4%）纵坡较小（-0.3%）因此合成坡度方向主要为横向。而平面小半径曲梁在汽车的离心力、制动力和温度等的共同作用下如果支座布置和限位装置不加以足够的考虑极易引发梁体横向位移。其中主要是温度的影响，由于梁体本身半径较小，梁体横桥向的温差变位就不能只按照梁体本身的宽度进行计算，而是应该考虑梁体整个曲面的宽度，从而梁体横向位移也是不容忽视的。在桥梁的纵向温度应变有伸缩装置可以消化、吸收，而在横桥向的位移是靠支座本身的剪切变形来吸收的。由于横坡较大，梁体自重在水平上的分力也较大，所以支座很难完全按照理论横桥向两侧均衡收缩。由于梁体自重原因限制了梁体上坡向的温度位移回缩。梁体只能沿着顺坡向移动。经年累计滑移逐步扩大。

（四）支座型号选用的不合理以及支座本身质量的不足也是本次滑移的主要原因。

经查看验算在本桥0#墩（设计4个GYZ500×135支座）支座反力符合规范要求，而按照实际设计荷载、活载计算，第1联1#墩的3个墩（设计均为GYZ750×160支座）单个支座实际承受压力（支点反力）分别为5840kn、5233kn、2949kn，分别为规范GYZ500×135与GYZ750×160容许最大承载力2290kn，4310kn（《公路桥梁板式支座规格系列（JT/T663-2006)》）的135.78%、121.61%。128.78%，支座实际承受的压力（支点反力）分别超出容许值35.78%、21.61%、28.78%，不符合交通部行业标准《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4-2004)中第8.1.1款“选用板式橡胶支座时，支座的最大承载能力与桥梁支点反力相吻合，其容许偏差为±10%”的规定。

另外由于梁体和纵、横向位移的逐步扩大，远远超出支座的横向位移承受范围（板式橡胶支座只适用于桥跨结构涨缩等引起位移量较小的桥梁）。势必造成支座的大面积损坏。

经查虽然支座在进场时各种检测试验指标显示合格，但经过时间的检验证明此支座的橡胶耐久性有待进一步考证（仅仅经过4年的运营，大部分支座均出现裂纹和开裂）。

四、建议：

此类小半径、大纵（横）坡的曲线桥梁在支座选型和限位设计时不仅要考虑恒载、预加力、混凝土的收缩徐变、基础变为、汽车、温度等作用，还要注重汽车的制动力、汽车行驶的离心力等作用的影响，设置好梁体的限位装置，在选择支座时按照最不利工况将安全系数进一步提高确保支座受力在容许范围内。

在进行桥梁上部设计时要充分考虑到当地的自然气候条件，昼夜、年温差的变化。防止实际情况超出设计允许范围。作用随着交通的迅猛发展交通超重车辆的出现也是设计中不容忽视的一个重要因素。超重车辆的速度少许改变就会对路面造成较大水平剪切力。

在施工阶段要严格按照设计施工，做到工完、料净、脚下清。尤其是伸缩缝关键重点部位不得遗留杂物以免影响梁体的位移。

支座顶部的预埋钢板一定要和支座水平接触，保证支座不偏心受压。支座顶部钢板在制作安装时，一定要和梁体主筋牢固焊接，确保其位置准确。在现浇梁体浇筑时，要注意支座顶部混凝土的振捣，振捣棒不得触碰底模（也是支座顶的预埋钢板），造成钢板不水平。

严格控制支座的进场质量检验。支座的各项指标均应由具有检测资质的单位进行检测复核，不能因为支座的数量少从而忽视对其质量的控制。采购时要选择质量信誉比较高的大厂家进行选购。

五、总结

     综上所述，随着互通的增加此类桥梁的频繁使用，相应的病害也屡见不鲜。为确保工程质量保证其使用功能，从根本上解决此类问题各个参建方要主动从自身方面加以找原因，制定相应的防范措施，在满足规范要求的前提下要有足够的安全储备，避免此类病害的发生。为高速事业的迅猛发展保驾护航。