堆载引起的桥墩偏位受力分析及修复处治.pdf

135交通科技与管理工程技术0引言五桥互通主线桥共 11 联，全桥主体结构完成施工后，桥梁右侧出现大量弃方，第 11 联桥墩发生了严重偏位和开裂。该文从桥梁病害成因分析、结构验算、桥墩修复等方面介绍了该桥的维修设计过程。1工程概况该桥左幅第 11 联为 630 m 先简支后结构连续 T 梁；右幅第 11 联为 530 m 先简支后结构连续 T 梁。桥墩采用圆柱墩，最大桥高 25 m（图 1）。桥墩桩基采用嵌岩桩，桩端嵌入中风化砂岩约 3 倍桩径。该桥场地地质情况自上而下依次为素填土、强风化砂岩、中风化砂岩，覆盖层厚度为 58 m。2桥梁病害情况该桥第 11 联主体结构完成施工并浇筑桥面现浇层 后，右侧出现大量弃方，随即发现桥墩发生了严重的横向偏位和开裂，具体情况如下：2.1桥面系病害该桥左幅桥护栏及伸缩缝未发现明显病害；右幅桥护栏发生横向相对错位 1215 cm，右幅 49#墩处伸缩缝横向错位、损坏。2.2支座病害该桥第 11 联支座主要病害为支座移位、脱空和剪切变形，特别是左幅桥 51 号墩 52 号墩和右幅桥 50 号墩51 号墩支座出现翘曲变形。收稿日期：2023-08-08作者简介：王敏鉴（1979）,男,本科,高级工程师,从事桥梁设计及咨询工作。堆载引起的桥墩偏位受力分析及修复处治王敏鉴,钱力,易清鹏（四川公路工程咨询监理有限公司,四川 成都 610041）摘要桥下堆载容易导致桥墩偏位，造成下部结构损坏、梁体移位等病害，应引起工程技术人员的高度重视，避免类似情况的发生。文章以重庆万利高速五桥互通主线桥为背景，介绍了该桥在堆载作用下的病害情况，重点分析了桥梁在堆载作用下引起桥墩偏位的原因及受力状况，结合该桥的设计方案对下部结构的修复作了详细介绍，为类似桥梁病害处治提供参考。关键词堆载；桥墩；偏位；修复中图分类号U447文献标识码A文章编号2096-8949（2023）17-0135-03图 1第 11 联立面及平面2023 年第 4 卷第 17 期136交通科技与管理工程技术2.3上部结构病害该桥第 11 联右幅桥发生明显横向移位，未发现梁体开裂、明显破损等其他病害。2.4下部结构病害该桥左幅桥 51 号墩 52 号墩底及桩顶均出现环形裂缝，裂缝最大宽度为 0.35 mm；右幅桥 49 号墩 51 号墩底及桩顶出现环形裂缝，裂缝最大宽度为 0.22 mm。桩顶系梁出现多条 形裂缝，裂缝最大宽度为 0.80 mm。根据检测资料，该桥第 11 联桥墩发生严重横向偏位，部分桥墩桩顶偏位大幅超过规范限值，桩顶最大偏位达 770 mm（表 1）。检测报告所列桩顶偏位为实测桩顶坐标与施工验收资料的差值。表 1第 11 联桩顶偏位左幅墩号左 49左 50左 51左 52左 53左 54偏位/mm 552336558207右幅墩号右 49右 50右 51右 52右 53偏位/mm 89535770165桥墩横向偏位带动盖梁挡块与梁体发生挤压，挡块处发生严重破损，挡块出现断裂，甚至完全掉落。左幅桥 51 号墩 52 号墩及右幅桥 50 号墩 51 号墩盖梁挡块破坏严重。3病害原因分析该桥第 11 联处原地貌为沟谷地带，线路位于左低右高的斜坡面上。桥梁主体结构建成后，桥址附近其他工程在右侧大量堆载弃方约 70 000 m3，加之雨水侵蚀，使得弃土与原覆盖层一起沿着土石分界线滑动，引起多处地表开裂，滑动的土体对桥梁下部结构产生很大的水平推力，导致桥墩发生偏位，桩基与周围土体脱空1。下部结构与上部结构发生相对位移，进而引起支座剪切变形、翘曲，挡块断裂，护栏错位，伸缩缝损坏等病害。通过现场弃方堆载与桥梁病害发生的时间关系、桥墩偏位方向和挡块、支座的损坏情况，以及地表裂缝变形特征，可以判定桥梁墩柱偏位、开裂等病害为桥区右侧弃方堆载诱发坡体变形所致，是典型的下部结构受外力作用产生的病害2。依据相关规范、原桥设计图纸、检测资料，对五桥互通主线桥第 11 联左幅及右幅桥建立有限元模型，进行结构分析计算（图 2）。计算模型对桩基的受力状态作了一定的简化，假设岩面以上土体对桩基产生横向水平推力，水平荷载作用范围为地表至土石分界线，桩基在侧面所受的荷载为均布荷载。桩基从岩层顶面至桩底采用土弹簧进行约束。由于桩基所受的水平荷载大小无法预估，因此荷载大小通过反复试算确定，直到计算桩顶位移与检测报告数据基本吻合为止。图 2左幅第 11 联计算模型在试算过程中，出现桩基钢筋应力达到屈服强度时，桩顶位移未达到实测偏位的情况，桩基已处于破坏状态，此时继续加大荷载，会导致计算结果失真。读取此时的桩顶偏位，与实测数据进行对比，可判定桩基钢筋实际受力状态是否已经屈服。计算过程中如果桩顶系梁钢筋达到屈服强度，对模型进行修正，释放系梁两端转动约束，使计算结果更接近实际状态。根据计算结果左幅桥 50 号 52 号桥墩、右幅桥 49号51号桥墩桩基钢筋屈服时桩顶位移远小于实测偏位，桩基已处于破坏状态。以左幅为例，桩基钢筋屈服时桩顶位移与实测偏位的关系见图 3。这些桥墩编号与出现墩底及桩顶裂缝、支座破坏、挡块开裂的桥墩编号基本吻合。桩基钢筋屈服部位发生在地面以下至土石分界线范围内，从外观无法进行检测，计算结果对桩基受力状态的判定起到了有力的支撑作用。图 3左幅 11 联桥墩桩顶偏位其余桥墩桩顶位移达到实测数据时，钢筋应力、裂缝宽度处于规范限值以内。根据计算结果及检测资料综合分析，左 50 号/右 49号、左 51 号/右 50 号、左 52 号/右 51 号这 3 排桥墩桩137交通科技与管理工程技术基破坏严重，拟对这 3 排桥墩及桩基础拆除重建。对其余桥墩挡块、支座、伸缩缝等病害进行修复处治，对梁体移位进行复位处理。4桥梁病害处治该桥发生病害后，立即对桥梁右上方弃土进行了清除，并设置了抗滑桩。根据监测分析，土体变形趋于收敛，有利于桥梁修复工作的开展。经过多方案比较，该桥采用永临结合的方式，内侧临时支架桩基同时作为新建桥墩永久桩基础。首先采用临时支架对上部结构实施整联同步顶升复位，再拆除原有盖梁及墩柱，在永临结合桩基上浇筑新的承台替换原有桩基础，再重建墩柱及盖梁，实现下部结构替换3。桥墩处治示意图见图 4。内侧永临结合桩基直径 1.6 m，设置在原桩基两侧，保证最小间距要求；外侧临时桩基直径 1.2 m；钢管柱直径 0.8 m，下端灌注混凝土。承台混凝土浇筑时将内排钢管柱下端包裹在内。重建桥墩施工完成重新落梁后，切除承台以上钢管柱，并恢复承台顶面钢筋。承台平面见图 5。图 5新建承台基础平面图 4桥墩处治示意图5结语桥下堆载容易引起地表变形，引起墩台及基础偏位，破坏桥梁整体结构，影响桥梁正常使用。该桥对下部结构的修复方案经过多方案比较，采用永临结合的方式，较好地解决了墩位处有限平面内永久桩基及临时桩基的布置问题，经实践表明处治效果良好。参考文献1 谌润水,胡钊芳,帅长斌.公路旧桥加固技术与实例M.北京：人民交通出版社,2002.2 张树仁.桥梁病害诊断与加固设计 M.北京：人民交通出版社,2013.3 刘士林,许宏元,叶见曙,等.公路桥梁加固设计规范:JTG/T J222008S.北京：人民交通出版社,2008:106.