新舊橋涵不均勻沉降分析及處理措施

姚 慶，孫海霞

(陜西省交通規劃設計研究院)

近年來，隨著我國交通量的急劇增加，上世紀八九十年代修建的一批高速公路迫切需要擴寬改造，原有橋涵構造物需要進行拼接加寬，由于原有的橋涵在建成使用幾十年以后，基礎的沉降已經基本趨于穩定，而新建橋涵由于建成時間短，沉降尚未穩定，因此則會出現新舊橋涵之間出現不均勻沉降的問題，這些不均勻澄江會在殼體內部產生額外的附加應力，導致橋梁結構荷載不利，甚至會造成橋梁結構裂縫的出現。本文針對新舊橋涵的不均勻稱將問題，首先分析了不均勻沉降產生的主要原因，并提出了新舊橋涵沉降差異控制指標以及控制沉降差異的具體實施策略。

1 不均勻沉降成因分析

(1)天然基礎:不均勻沉降主要包含了先架設橋梁的沉降、新建橋梁的沉降以及新建橋梁沉降對地層擾動造成的舊橋的沉降。

(2)樁基礎，不均勻沉降的影響因素主要有以下幾方面:

①樁基長度:如果新舊橋梁的基礎形式均為樁基，而且新橋的樁基長度足夠，新橋如果沉降量能夠得到有效的控制，那么新橋沉降對舊橋影響很小，反之已然;

②施工過程:在樁基礎施工時，往往需要抽水，抽地下水會相應地增加橋梁的樁基荷載，會引起基礎沉降量加大，流砂、流土也會降低基礎承載力和穩定性;

③新建橋梁基礎側向移動引起舊橋不均勻沉降。

2 不均勻沉降控制指標確定

某項目改擴建項目，橋梁拼接原則為:在舊橋的兩側使用同跨徑與同結構型式的梁體驚醒上部結構的加寬，下部結構保持獨立不連接。由于舊橋建成時間相對較長，因此沉降已經基本趨于穩定，新拼接橋梁剛剛開始，新舊橋梁之間的沉降差會不斷的擴大，這樣就會對舊橋上部結構產生橫向的附加應力，有可能造成混凝土橋梁結構出現裂縫，影響橋梁結構的耐久性能。因此，新、老橋梁基礎間的沉降差對裝配式空心板、小箱梁等結構型式橋梁的加寬拼接方案決定的作用。

(1)新、舊橋涵構造物基礎差異沉降容許值

綜合分析新舊橋涵之間的沉降差、橋梁混凝土結構的收縮徐變以及交通荷載作用，通過分析計算舊橋上部結構以及拼接部位，發現舊橋的上部結構剛度較高、配筋率較高，這些因素所產生的附加應力對于舊橋上部結構的影響很小，但是由于橫接板的截面尺寸較小，剛度相對也較小，這些因素所產生的附加內力影響是非常大的。如果過仍按照正常的截面尺寸或者是配筋，將無法確保橫接板能夠承受這些因素的綜合作用，必須參照對應一個新、舊橋涵基礎的沉降差值，即沉降差容許值[△]。

(2)確定方法與建議值

在本文中針對新舊橋涵沉降差異采用如下假設:假設舊橋已經完全澄江，在新橋與舊橋拼接之后并不會再產生新的沉降。發生沉降的只有新橋基礎，新舊橋涵之間的沉降差就是新橋基礎的沉降值。由于新橋涵造成的上部結構各片主梁出現的沉降差，應該選擇使用各片梁式上部結構沉降取線性變化的計算模式，主要是考慮新橋基礎的沉降并不會引起上部結構各主梁的一致剛性位移。由于假定舊橋沉降為零，則其對鄰近的拼寬主梁約束較大，而對遠處的拼寬主梁約束較小，拼寬部分外邊梁的沉降較大，可能達到△值，而、內梁的沉降值可能較小，為簡化計算取線性變化。同時，已建同類項目的改擴建后典型橋梁的長期沉降跟蹤觀測，也表明新、舊橋之間的沉降差符合線性變化的規律。

圖1為16m簡支空心板的差異沉降簡圖，1～12號梁為舊橋主梁，13～20號梁為新加寬橋的主梁;舊橋原邊梁(12號梁)沉降值為零，△值在新拓寬的外邊梁(20號梁)處，則12～20號梁之間的主梁沉降值按直線變化。

圖2為3×40m簡支變連續小箱梁的差異沉降簡圖，編號為1～4號梁為舊橋主梁、5～號梁為新加寬橋的主梁;舊橋原邊梁(4號梁)沉降值為零，△值在新拓寬的外邊梁(7號梁)處，則4～7號梁之間的主梁沉降值按直線變化。

通過對差異沉降△在5～10mm范圍內的多次試算，新、舊橋梁之間的差異沉降控制在△≤5mm內，采用正常截面尺寸及配筋的橫接板能夠滿足受力要求，且有一定的安全儲備，因此，對采用樁基礎的橋梁差異沉降按5mm控制。

根據路基差異沉降研究成果，新、舊路基不均勻沉降控制在3.8cm以內。涵洞、通道做為路基的一部分應與其保持一致，因此確定新建涵洞及除板式通道以外的其他通道差異沉降以3.8cm(工后沉降)控制。

圖1 簡支空心板差異沉降簡圖

圖2 簡支變連續小箱梁差異沉降簡圖

3 不均勻沉降處理方法

對原有橋涵構造物進行沉降量計算，結果表明，原有橋梁在設計時，樁基礎的承載能力比較富裕，充分考慮對沉降的控制。根據不均勻沉降控制指標的要求，從設計和施工上提出一些措施對不均勻沉降進行控制。

(1)新建橋梁基礎

①新建橋梁全部采用樁基礎。在地質條件相同的情況下，新建橋梁寬度小于舊橋，與舊橋采用相同的基礎型式，則樁頂荷載均小于舊橋，因此新建橋梁的工后沉降比原有橋梁要小，因此新建橋梁設計時參考舊橋的樁基進行設計，控制工后沉降小于5mm。具體樁基設計可參考以下指導意見，按照《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTJ024-85)第4.3.2條進行樁長設計，選用與舊橋同樣的樁徑，樁的容許承載力[P]與樁頂反力P比值按照以下幾種情況取值。

表1 樁基礎長度設計指導參數

根據上面的原則設計樁長，當樁底2m以內有粗、中砂、漂石層時，可將樁長加長，使持力層位于粗、中砂、漂石層;樁底持力層為亞粘土時，[P]/P值按最大值取。

②施工時先架設加寬側橋梁3～6個月并預壓后再和原橋拼接，使加寬側橋梁先完成部分沉降，盡量減少新、舊橋梁基礎之間的不均勻沉降。

(2)通道、涵洞基礎

除板式通道以外的通道、涵洞，根據不同的地基采取處理措施，控制不均勻沉降在3.8cm以內，具體措施見表2。

表2 涵洞、通道基礎處理措施表

4 小結

新老結構的不均勻沉降問題是舊橋加寬拼接難題之一，連霍高速潼關-西安段舊路建成運營時間已有十多年，基礎沉降已基本完成。由于拼寬部分將發生的沉降量尚不能完全定量分析，本文根據影響沉降量的因素從設計、施工兩方面提出措施對拼寬新建橋涵的沉降量進行控制，同時盡量在大部分沉降完成后再進行上部結構的剛性連接。

[1] 中華人民共和國行業標準.建筑地基基礎設計規范(GB50007-2002)[S].北京:中國建筑工業出版社，2004.

[2] 凌治平，易經武.基礎工程[M].人民交通出版社，1996.

[3] 中華人民共和國行業標準.公路橋涵地基與基礎設計規范(JTJ024-85)[S].北京:人民交通出版社，1985.