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【摘要】本文以某跨江大桥维修加固项目为工程背景，介绍深水撞损桩基加固与下部结构纠偏设计及处理措施，分析其优缺点，为同类桥梁加固维修处理提供参考。
【关键词】深水撞损桩基加固；下部结构纠偏；加固设计及分析
1、桥梁病害及分析
大桥跨径布置为（4×30）+（5×30）+（5×30）+（4×30）+（52+80+52）+（6×30）+（5×30）m，分布见图1，经现场检测发现，大桥受损情况如下：
（1）误入船只撞损联5孔上部结构箱梁基本未受事故影响，梁体未见横桥向、竖向异常变位；
（2）船只侧撞S8桥墩，撞击点位于系梁侧面和S8-2#桩头位置，撞击角较小，纵桥向撞击分力不大，撞损联其他桥墩基本未因事故影响受损；
（3）S8墩受损严重，墩柱横桥向偏位22.7～23.3cm，支座均横向偏位约22cm，3#、5#、7#支座悬空，部分支座垫石压碎；外侧挡块因墩柱偏位开裂、破损，内侧挡块与箱梁相对偏位明显；内侧立柱存在多条环向裂缝，最大宽度0.5mm；S8墩系梁两端部1.75m范围侧面、顶底面严重开裂，最大裂缝宽度为5mm，部分侧面竖向裂缝与顶底面横向裂缝相连贯通；系梁有1处船只擦痕，长0.9m，宽0.1m。
因低应变检测方式局限，综合对比其他水下检测结果，未发现桩基有明显的断裂位置。采用静力非线性弹塑性-PUSHOVER（推倒）法分析桥墩撞击情况下的受力，通过撞击点施加单位力，选择墩柱顶横向位移控制，程序自动逐步施加横向位移量进行迭代计算，最终得到荷载-位移曲线。
分析表明，墩顶位移达到25cm时，撞击力为3370kN，盖梁顶以弹簧模拟的支座达到屈服阶段，说明支座摩擦力达到最大支座摩阻力，已经滑动；桥墩系梁两端塑性铰已经达到破坏阶段；墩柱底、桩基顶和河床断面向下3m内出现塑性铰，钢筋已经达到屈服阶段。
因计算结果与水上部分损伤情况基本符合，据此推断土层中桩身已出现开裂、破坏截面，已不能正常使用。
2、维修加固方案与处理措施
2.1维修加固方案
为了保证桥梁的正常安全使用，封闭桥面后采用以下维修加固处理方案：
（1）在S8墩原有桩基两侧对称位置增加4根直径1.5m钻孔灌注桩，对桩基进行加固；
（2）设置临时支撑，顶升受损联S8墩顶箱梁，维修破损挡块、支座垫石，对墩柱裂缝进行封闭处理并粘贴碳纤维布加固；
（3）凿除原桥墩受损系梁、系梁顶1.5m范围墩柱和桩顶2.35m范围桩身混凝土，保留原有钢筋；
（4）对S8墩盖梁和墩柱进行纠偏处理；
（5）浇注新承台，与原有墩柱、桩基连为一个整体，增强横向抗推刚度和整体稳定性。
2.2临时支撑设计
从施工难度、工期、成本和施工期间船只碰撞临时支撑体系等安全方面综合考虑，通过对S8墩顶箱梁多步顶升和纠偏过程、临时支撑体系各构件、S8墩新桥墩盖梁和承台进行结构强度、变形、稳定性和基础沉降等大量复杂的计算，最终确定临时支撑体系方案如下：
（1）利用4个新增灌注桩作为箱梁顶升临时支撑体系的基础，在其上横桥向设置两排共8根φ800*10钢管桩和横向联系作为临时支撑；
（2）在钢管桩顶横桥向设置双拼HM400*300热轧宽翼缘工字钢作为分配梁，以支承顶升箱梁的千斤顶，为盖梁部分卸载；
（3）在原S8墩盖梁和墩柱下方设置双拼HN700*300热轧宽翼缘工字钢，两端支撑在钢管桩上，作为下部结构纠偏支撑；
（4）采用二次浇筑承台，避免承台浇筑与顶升梁体、凿除原有桥墩部分结构顺序上的冲突。
顶升力和下部结构自重均通过临时支撑传递至第一次浇筑的两侧承台上，临时支撑和承台设计如图1所示。
2.3箱梁顶升设计及控制要点
箱梁顶升设备采用同步顶升千斤顶系统，根据反力计算结果，在两侧双拼HM400*300工字钢与箱梁之间、盖梁与箱梁之间和双拼HM700*300与盖梁之间，安装吨位安全系数不低于1.5的千斤顶。箱梁顶升的主要实施阶段可以分为：顶升阶段→持荷作业阶段→落梁阶段。为确保箱梁支承于临时支撑上时整个过程中的结构受力安全，特制定以下措施和控制要点：
（1）在两侧双拼HM400*300工字钢顶（简称两侧，下同）对箱梁施加计算力，进行钢管桩初步预压，顶升采用分级加载，每级为2mm，并持压5min，顶升高度不大于5mm，下同；
（2）利用双拼HM700*300支撑体系，反顶S8墩老桥墩盖梁，反顶总数值根据盖梁、盖梁支撑杆件及钢支撑体系的受力分析确定，配合钢管桩顶顶力实施承台预压，过程中注意沉降观测和必要的补顶；
（3）承台既有部分沉降稳定后，盖梁支撑体系的顶升千斤顶卸载；
（4）在维持两侧千斤顶对箱梁顶升力情况下，盖梁顶千斤顶缓慢顶升S8墩顶箱梁，相对施工前原状态上拱起一定计算高度，以防止墩顶箱梁拉应力过大；
（5）在S8墩盖梁与箱梁之间设置稳定支撑结构，千斤顶卸载，记录该处千斤顶总顶升力；
（6）两侧千斤顶继续顶升箱梁，至S8墩顶单梁反力为预定值；
（7）兩侧钢管桩顶设置辅助支撑，千斤顶卸载；
（8）盖梁支撑体系反顶老桥墩盖梁，并设置支撑后千斤顶卸载，凿除原系梁、系梁顶一定范围墩柱砼和桩顶一定范围桩基砼，墩柱按设计条件完全脱开前重新稳压反顶盖梁，完全脱开后设置支撑千斤顶卸载；
（9）进行下部结构纠偏和承台等其他项目施工，承台浇筑完成并达强度后盖梁支撑体系拆除；
（10）支座垫石修复和支座安装就位后，两侧千斤顶支反力卸载到预定值时，墩顶辅助支撑同步卸载，箱梁就位于支座。 2.4滑道设计及下部结构纠偏
利用四氟滑板支座工作原理，在盖梁上、下面对应位置调平后，粘贴四氟滑板和不锈钢板，在其之间涂抹硅脂油，构成简易滑道。盖梁顶、底滑道如图2所示。
盖梁和立柱纠偏利用另半幅盖梁作为反力点，在横向限位后采用千斤顶逐步横向顶推盖梁和立柱复位，如图3所示。纠偏力大小由盖梁上、下支反力和实验摩擦系数计算得到。经验算，提供反力结构安全。
3、实例验证与分析
以工程实例为依据，具体分析方案优缺点如下：
（1）基于水深、桥下有效净空、使用要求和耐久性等因素综合考虑，增设灌注桩替代原桩基，恢复桥梁基础承载力，提高横向抗推刚度和抗撞击能力，较采用钢管桩、PHC管桩和大直径预应力管桩，更合理有效；
（2）用新增灌注桩和第一次浇筑承台作为顶升和纠偏钢支撑基础，在整个顶升和其他作业期间，较采用钢管桩作为顶升平台，大大简化了临时支撑，提高了稳定性，沉降更易于控制，易克服桥下净空困难，方便施工，节省成本与工期；
（3）纠偏滑道简便有效，纠偏反力点稳定可靠，纠偏效果良好，但摩擦系数需做实验获得，和理论值有差别；
（4）新增承台分两次浇筑，结合面需特殊处理，较一次性浇筑砼复杂。通过此方案在工程实例中的成功实施和加固后正常运营，均可验证其有效性、可实施性和安全可靠性。
4、总结
本文对撞损桥梁病害进行了计算分析判断，重点介绍了深水撞损桩基和下部结构纠偏维修设计方案：增设灌注桩替代断裂失效桩基，恢复桥梁基础承载力，提高横向抗推刚度和抗撞击能力；利用新增桩基和第一次浇筑承台作为顶升基础，在其上搭设临时钢支撑（包括纠偏支撑）并安装顶升系统；通过分步骤顶升上部结构，逐步转移撞损桩基和下部结构所承受荷载至临时支撑和新增桩基；凿除撞损系梁和桩柱结合部一定范围内的桩、柱砼，切断连接钢筋；在盖梁顶、底面安装纠偏滑道，利用纠偏设备和安全可靠反力点，对撞偏盖梁和墩柱逐步复位；绑扎钢筋，浇筑第二次承台砼；垫石修复，更换支座；通过顶升，逐步转移荷载至墩柱和新增承台桩基，拆除临时支撑。
通过工程實例分析了此设计方案优缺点，验证其有效性，为同类桥梁加固提供设计思路和施工方法。
参考文献
[1]《高等学校教材：基础工程（第3版）》.王晓谋.北京：人民交通出版社，2003年.
[2]《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22-2008）.中交第一公路勘察设计研究院有限公司.北京：人民交通出版社，2008年.
[3]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）.中交公路规划设计院有限公司.北京：人民交通出版社，2007年.
[4]《钢结构设计规范》（GBJ 50017—2003）.中华人民共和国建设部.北京：中国建筑工业出版社，2003年.
作者简介
王为圣，1978年10月，男，汉族，江苏徐州，工程师，硕士，桥梁加固技术及应用。
【关键词】深水撞损桩基加固；下部结构纠偏；加固设计及分析
1、桥梁病害及分析
大桥跨径布置为（4×30）+（5×30）+（5×30）+（4×30）+（52+80+52）+（6×30）+（5×30）m，分布见图1，经现场检测发现，大桥受损情况如下：
（1）误入船只撞损联5孔上部结构箱梁基本未受事故影响，梁体未见横桥向、竖向异常变位；
（2）船只侧撞S8桥墩，撞击点位于系梁侧面和S8-2#桩头位置，撞击角较小，纵桥向撞击分力不大，撞损联其他桥墩基本未因事故影响受损；
（3）S8墩受损严重，墩柱横桥向偏位22.7～23.3cm，支座均横向偏位约22cm，3#、5#、7#支座悬空，部分支座垫石压碎；外侧挡块因墩柱偏位开裂、破损，内侧挡块与箱梁相对偏位明显；内侧立柱存在多条环向裂缝，最大宽度0.5mm；S8墩系梁两端部1.75m范围侧面、顶底面严重开裂，最大裂缝宽度为5mm，部分侧面竖向裂缝与顶底面横向裂缝相连贯通；系梁有1处船只擦痕，长0.9m，宽0.1m。
因低应变检测方式局限，综合对比其他水下检测结果，未发现桩基有明显的断裂位置。采用静力非线性弹塑性-PUSHOVER（推倒）法分析桥墩撞击情况下的受力，通过撞击点施加单位力，选择墩柱顶横向位移控制，程序自动逐步施加横向位移量进行迭代计算，最终得到荷载-位移曲线。
分析表明，墩顶位移达到25cm时，撞击力为3370kN，盖梁顶以弹簧模拟的支座达到屈服阶段，说明支座摩擦力达到最大支座摩阻力，已经滑动；桥墩系梁两端塑性铰已经达到破坏阶段；墩柱底、桩基顶和河床断面向下3m内出现塑性铰，钢筋已经达到屈服阶段。
因计算结果与水上部分损伤情况基本符合，据此推断土层中桩身已出现开裂、破坏截面，已不能正常使用。
2、维修加固方案与处理措施
2.1维修加固方案
为了保证桥梁的正常安全使用，封闭桥面后采用以下维修加固处理方案：
（1）在S8墩原有桩基两侧对称位置增加4根直径1.5m钻孔灌注桩，对桩基进行加固；
（2）设置临时支撑，顶升受损联S8墩顶箱梁，维修破损挡块、支座垫石，对墩柱裂缝进行封闭处理并粘贴碳纤维布加固；
（3）凿除原桥墩受损系梁、系梁顶1.5m范围墩柱和桩顶2.35m范围桩身混凝土，保留原有钢筋；
（4）对S8墩盖梁和墩柱进行纠偏处理；
（5）浇注新承台，与原有墩柱、桩基连为一个整体，增强横向抗推刚度和整体稳定性。
2.2临时支撑设计
从施工难度、工期、成本和施工期间船只碰撞临时支撑体系等安全方面综合考虑，通过对S8墩顶箱梁多步顶升和纠偏过程、临时支撑体系各构件、S8墩新桥墩盖梁和承台进行结构强度、变形、稳定性和基础沉降等大量复杂的计算，最终确定临时支撑体系方案如下：
（1）利用4个新增灌注桩作为箱梁顶升临时支撑体系的基础，在其上横桥向设置两排共8根φ800*10钢管桩和横向联系作为临时支撑；
（2）在钢管桩顶横桥向设置双拼HM400*300热轧宽翼缘工字钢作为分配梁，以支承顶升箱梁的千斤顶，为盖梁部分卸载；
（3）在原S8墩盖梁和墩柱下方设置双拼HN700*300热轧宽翼缘工字钢，两端支撑在钢管桩上，作为下部结构纠偏支撑；
（4）采用二次浇筑承台，避免承台浇筑与顶升梁体、凿除原有桥墩部分结构顺序上的冲突。
顶升力和下部结构自重均通过临时支撑传递至第一次浇筑的两侧承台上，临时支撑和承台设计如图1所示。
2.3箱梁顶升设计及控制要点
箱梁顶升设备采用同步顶升千斤顶系统，根据反力计算结果，在两侧双拼HM400*300工字钢与箱梁之间、盖梁与箱梁之间和双拼HM700*300与盖梁之间，安装吨位安全系数不低于1.5的千斤顶。箱梁顶升的主要实施阶段可以分为：顶升阶段→持荷作业阶段→落梁阶段。为确保箱梁支承于临时支撑上时整个过程中的结构受力安全，特制定以下措施和控制要点：
（1）在两侧双拼HM400*300工字钢顶（简称两侧，下同）对箱梁施加计算力，进行钢管桩初步预压，顶升采用分级加载，每级为2mm，并持压5min，顶升高度不大于5mm，下同；
（2）利用双拼HM700*300支撑体系，反顶S8墩老桥墩盖梁，反顶总数值根据盖梁、盖梁支撑杆件及钢支撑体系的受力分析确定，配合钢管桩顶顶力实施承台预压，过程中注意沉降观测和必要的补顶；
（3）承台既有部分沉降稳定后，盖梁支撑体系的顶升千斤顶卸载；
（4）在维持两侧千斤顶对箱梁顶升力情况下，盖梁顶千斤顶缓慢顶升S8墩顶箱梁，相对施工前原状态上拱起一定计算高度，以防止墩顶箱梁拉应力过大；
（5）在S8墩盖梁与箱梁之间设置稳定支撑结构，千斤顶卸载，记录该处千斤顶总顶升力；
（6）两侧千斤顶继续顶升箱梁，至S8墩顶单梁反力为预定值；
（7）兩侧钢管桩顶设置辅助支撑，千斤顶卸载；
（8）盖梁支撑体系反顶老桥墩盖梁，并设置支撑后千斤顶卸载，凿除原系梁、系梁顶一定范围墩柱砼和桩顶一定范围桩基砼，墩柱按设计条件完全脱开前重新稳压反顶盖梁，完全脱开后设置支撑千斤顶卸载；
（9）进行下部结构纠偏和承台等其他项目施工，承台浇筑完成并达强度后盖梁支撑体系拆除；
（10）支座垫石修复和支座安装就位后，两侧千斤顶支反力卸载到预定值时，墩顶辅助支撑同步卸载，箱梁就位于支座。 2.4滑道设计及下部结构纠偏
利用四氟滑板支座工作原理，在盖梁上、下面对应位置调平后，粘贴四氟滑板和不锈钢板，在其之间涂抹硅脂油，构成简易滑道。盖梁顶、底滑道如图2所示。
盖梁和立柱纠偏利用另半幅盖梁作为反力点，在横向限位后采用千斤顶逐步横向顶推盖梁和立柱复位，如图3所示。纠偏力大小由盖梁上、下支反力和实验摩擦系数计算得到。经验算，提供反力结构安全。
3、实例验证与分析
以工程实例为依据，具体分析方案优缺点如下：
（1）基于水深、桥下有效净空、使用要求和耐久性等因素综合考虑，增设灌注桩替代原桩基，恢复桥梁基础承载力，提高横向抗推刚度和抗撞击能力，较采用钢管桩、PHC管桩和大直径预应力管桩，更合理有效；
（2）用新增灌注桩和第一次浇筑承台作为顶升和纠偏钢支撑基础，在整个顶升和其他作业期间，较采用钢管桩作为顶升平台，大大简化了临时支撑，提高了稳定性，沉降更易于控制，易克服桥下净空困难，方便施工，节省成本与工期；
（3）纠偏滑道简便有效，纠偏反力点稳定可靠，纠偏效果良好，但摩擦系数需做实验获得，和理论值有差别；
（4）新增承台分两次浇筑，结合面需特殊处理，较一次性浇筑砼复杂。通过此方案在工程实例中的成功实施和加固后正常运营，均可验证其有效性、可实施性和安全可靠性。
4、总结
本文对撞损桥梁病害进行了计算分析判断，重点介绍了深水撞损桩基和下部结构纠偏维修设计方案：增设灌注桩替代断裂失效桩基，恢复桥梁基础承载力，提高横向抗推刚度和抗撞击能力；利用新增桩基和第一次浇筑承台作为顶升基础，在其上搭设临时钢支撑（包括纠偏支撑）并安装顶升系统；通过分步骤顶升上部结构，逐步转移撞损桩基和下部结构所承受荷载至临时支撑和新增桩基；凿除撞损系梁和桩柱结合部一定范围内的桩、柱砼，切断连接钢筋；在盖梁顶、底面安装纠偏滑道，利用纠偏设备和安全可靠反力点，对撞偏盖梁和墩柱逐步复位；绑扎钢筋，浇筑第二次承台砼；垫石修复，更换支座；通过顶升，逐步转移荷载至墩柱和新增承台桩基，拆除临时支撑。
通过工程實例分析了此设计方案优缺点，验证其有效性，为同类桥梁加固提供设计思路和施工方法。
参考文献
[1]《高等学校教材：基础工程（第3版）》.王晓谋.北京：人民交通出版社，2003年.
[2]《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22-2008）.中交第一公路勘察设计研究院有限公司.北京：人民交通出版社，2008年.
[3]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）.中交公路规划设计院有限公司.北京：人民交通出版社，2007年.
[4]《钢结构设计规范》（GBJ 50017—2003）.中华人民共和国建设部.北京：中国建筑工业出版社，2003年.
作者简介
王为圣，1978年10月，男，汉族，江苏徐州，工程师，硕士，桥梁加固技术及应用。