地面堆載對匝道橋結(jié)構(gòu)的影響

王慧鵬

摘要 橋梁結(jié)構(gòu)安全通常易受到位于橋梁附近地面堆載分染的影響，可基于道橋設(shè)計利用監(jiān)測橋梁墩頂及其支座、梁體、伸縮縫等部位結(jié)構(gòu)進(jìn)行推測。本文通過分析某匝道橋的基本情況，通過對橋梁結(jié)構(gòu)變位狀況進(jìn)行初步監(jiān)測，并基于對樁基受力、橋梁結(jié)構(gòu)位移、橋墩及橋梁上部結(jié)構(gòu)的初步探討，對影響地面堆載的程度進(jìn)行分析研究，基于此作為對橋梁后期加固維修施工的設(shè)計提供重要參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 地面堆載；道橋施工；道橋結(jié)構(gòu)

中圖分類號 U4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號2095-6363（2015）10-0114-02

1 匝道橋基本情況

某匝道橋長度為335m，橋梁分為三聯(lián)跨徑，都采用截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，其中第一聯(lián)為149m跨徑，第二聯(lián)為105m跨徑，第三聯(lián)為80m跨徑。墩柱底部采用3.2m×1.3m的截面，基于原來寬度3.6m，將頂部傾斜加寬至橫橋兩側(cè)，采用4. 5m全寬，將4根60m長的鉆孔灌注樁布設(shè)于每根墩柱下方，向基礎(chǔ)深部的圓礫層直接貫入。將5.5m×5.5m平面規(guī)格的2m厚度承臺布置于墩柱與橋墩基礎(chǔ)之間，匝道橋墩身與箱梁工序施工完成后，對匝道橋主梁位置、墩身垂直度等進(jìn)行驗收確認(rèn)，都已符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計要求。但在應(yīng)用一年后，在安裝橋梁伸縮縫過程中，某一伸縮縫被施工人員發(fā)現(xiàn)寬度超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。在認(rèn)真勘察現(xiàn)場后，發(fā)現(xiàn)該伸縮縫墩身附近，存在較多的工程土方堆載，最高的土方達(dá)到近7.5m，可分析推斷出產(chǎn)生超寬伸縮縫的可能原因是因存在的這些堆載土方而導(dǎo)致的。為保證匝道橋結(jié)構(gòu)施工后期的安全，并將已發(fā)生的險情及時排除，在現(xiàn)場對橋梁結(jié)構(gòu)的變位情況進(jìn)行全方位監(jiān)測，并從橋墩、上部結(jié)構(gòu)、樁基受力及結(jié)構(gòu)位移等方面對受地面堆載的影響程度進(jìn)行分析。

2 監(jiān)測匝道橋結(jié)構(gòu)變位

監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)變位主要在于對橋梁結(jié)構(gòu)險情的變化趨勢進(jìn)行深入了解。本研究中的匝道橋堆載土方的附近橋墩，距離第一聯(lián)具有一定的距離，通常不會產(chǎn)生直接影響，需對其結(jié)構(gòu)變位進(jìn)行重點監(jiān)測，主要包括聯(lián)跨橋面、墩身及橋墩墩頂支座部位，以及橋墩墩頂存在的伸縮縫寬度。將上述監(jiān)測點位置進(jìn)行布置完成后，以免地面堆載對橋梁結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成威脅，及時將橋墩附近的堆載土方進(jìn)行逐步清除，在降低堆載土方的高度到3米左右時，對橋梁情況進(jìn)行同步監(jiān)測，直到堆載土方全部清除完成后，停止監(jiān)測工作，整個監(jiān)測過程共持續(xù)五天。對監(jiān)測不同時間的結(jié)果進(jìn)行分析比較，針對橋梁結(jié)構(gòu)變位可得到下列結(jié)論。

一是沒有完全清除堆載土方時，第二聯(lián)有三跨，第三聯(lián)有兩跨都發(fā)生結(jié)構(gòu)變位的趨勢，其中第二聯(lián)中有一跨的結(jié)構(gòu)變位最明顯。在開始監(jiān)測第一天，發(fā)生12.6cm的結(jié)構(gòu)變位，直到第五天監(jiān)測結(jié)束，還存在11.2cm的結(jié)構(gòu)變位。

二是清除完成堆載土方后，匝道橋變位結(jié)構(gòu)開始產(chǎn)生程度不同的恢復(fù)，起初第二聯(lián)中有一跨出現(xiàn)最明顯的結(jié)構(gòu)變位，恢復(fù)狀態(tài)是也是最明顯的，整個橋梁測點恢復(fù)值平均達(dá)到0.86cm的，直到檢測最后一天，在堆載土方全部清除完成后，監(jiān)測橋梁全部測點的數(shù)值，基本都表現(xiàn)出比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

三是發(fā)生偏位的橋墩墩頂，偏移量最大達(dá)到4.2厘米，支座位移最大達(dá)到13.5cm，伸縮縫最大寬度達(dá)到21.3cm；清除完成堆載土方后，偏位的橋墩墩頂恢復(fù)到3.5cm，支座恢復(fù)到12.6cm，伸縮縫恢復(fù)到18.4cm寬。

四是在監(jiān)測的整個過程中，實測匝道橋墩身最大時有0.4cm的沉降位移，并未發(fā)現(xiàn)存在任何規(guī)律，其原因主要是由測量誤差所致，可斷定橋墩未產(chǎn)生明顯沉降變化。經(jīng)上述監(jiān)測后，清除堆載土方完成，匝道橋偏位墩身、支座位移及超寬的橋墩墩頂伸縮縫都已向標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)恢復(fù)，充分表明清除堆載土方可實現(xiàn)匝道橋趨于比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

3 分析地面堆載的影響

1）結(jié)構(gòu)位移。受地面堆載影響，常規(guī)情況下橋墩水平位移是比較直接的表現(xiàn)形式，而不是地面堆載都能引起所有橋墩產(chǎn)生水平位移，為獲得較為準(zhǔn)確的驗證結(jié)果，應(yīng)基于對堆載土方保持一定壓力的情況下，對比堆載土方清除后結(jié)構(gòu)水平產(chǎn)生的位移數(shù)值。

本研究采用FLAC3D土工軟件，對匝道橋建立三維有限差分模型，對橋梁墩柱、樁基、承臺及支座等結(jié)構(gòu)，以及巖土層在橋墩附近分布情況進(jìn)行模擬，據(jù)此對匝道橋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平位移時產(chǎn)生的空間變形及受力情況進(jìn)行分析。利用有限差分計算方法，可見巖土層位于堆載土方周圍的，都存在一定程度的塑性變形且表現(xiàn)的較為明顯，易引發(fā)地面沉降病害。若地面產(chǎn)生沉降后，在擠壓土方產(chǎn)生側(cè)向水平壓力，向橫橋方向墩頂2cm部位進(jìn)行集中，而受側(cè)向水平壓力橫向作用的橋墩樁基礎(chǔ)，將引起橋墩逐漸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、側(cè)移和沉降，其中墩頂水平位移趨勢為負(fù)向，達(dá)到1.4cm位移量；墩身將產(chǎn)生3.2cm的相對水平位移。對堆載土方匝道橋的壓力荷載作用采用土方軟件進(jìn)行模擬后，表現(xiàn)出橋墩結(jié)構(gòu)位移與對橋梁結(jié)構(gòu)水平位移情況的實際觀察基本相符，表明橋梁結(jié)構(gòu)水平位移的一些部分因素主要是因堆載土方的土壓力所導(dǎo)致的。

2）樁基受力。可采用FLAC3D土工軟件對橋梁樁基進(jìn)行受力分析，主要對樁基附加應(yīng)力作用進(jìn)行計算，由于附件增大應(yīng)力后，匝道橋樁基礎(chǔ)也會明顯增加受力。因此對橋墩樁基進(jìn)行重點分析，首先對樁基與承臺受損破壞程度進(jìn)行檢驗，可嘗試將不同水平力施加于承臺一側(cè)，再對樁基和承臺銜接部位的內(nèi)力變化進(jìn)行觀察。在加載到承臺的彎矩達(dá)到某數(shù)值后，銜接部位將產(chǎn)生局部破壞趨勢。計算橋墩承臺頂部存在2.3cm的位移，而順橋方向樁基存在2cm的平均位移，且樁基具有顯著受力表現(xiàn)，樁基與承臺銜接部位實測得到最大500千牛·米的彎矩值，表明樁基己存在局部破壞問題。

3）橋墩與上部結(jié)構(gòu)。對橋梁上部結(jié)構(gòu)和橋墩進(jìn)行驗算，主要第二聯(lián)與第三聯(lián)的橋墩墩身、梁體結(jié)構(gòu)，將受到溫濕度等影響因素進(jìn)行排除后，與現(xiàn)場堆載情況相結(jié)合，除第二聯(lián)三跨及第三聯(lián)兩跨，對監(jiān)測其它位置的承載力確定達(dá)到設(shè)計規(guī)范。此外，采用超聲波無損檢測方法評定橋墩往下0.6m的樁基頂部，也顯示出具有缺陷，屬III類樁基，應(yīng)進(jìn)行重新布置施工才能妥善解決存在的問題，對于橋梁后期加固維修施工的設(shè)計可提供重要參考依據(jù)。

4 總結(jié)

由上述分析可知，匝道橋梁產(chǎn)生的橋梁結(jié)構(gòu)水平位移，主要是因堆載土方對橋墩的壓力所導(dǎo)致，并存在于樁基與承臺之間銜接位置，受地面堆載的影響，使橋梁局部產(chǎn)生一定程度的破壞，第二有三跨，第三聯(lián)有兩跨，都產(chǎn)生了一定程度的結(jié)構(gòu)變位。經(jīng)深入分析研究，對地面堆載影響匝道橋結(jié)構(gòu)的原因基本明確，原則上可用于設(shè)計施工其它匝道橋梁，具有一定的參考價值。但在不同橋梁工程施工實際與設(shè)計要求之間也存在一定的差異，據(jù)上述分析結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，應(yīng)與匝道橋工程設(shè)計的實際情況相結(jié)合進(jìn)行綜合考慮，才能對出現(xiàn)的問題進(jìn)行靈活處置。