傾斜橋墩病害分析及處理

胡秀月

(東莞市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 東莞 523125)

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傾斜橋墩病害分析及處理

胡秀月

(東莞市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 東莞 523125)

某橋梁運(yùn)營過程中，由于橋下出現(xiàn)不明原因高填土，造成墩柱受力不均而發(fā)生橫縱向傾斜，墩柱垂直度超標(biāo)。通過有限元軟件建模計(jì)算，深入分析下部結(jié)構(gòu)的病害情況，并提出相應(yīng)的維護(hù)設(shè)計(jì)思路。

高填土；墩柱傾斜；病害分析；設(shè)計(jì)思路

1 工程概況

某橋梁于2006年建成通車，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力砼先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)小箱梁，橋梁分左右兩幅，單幅橋?qū)?7 m，設(shè)置5片小箱梁，梁高1.6 m，墩頂設(shè)置橫隔板；下部結(jié)構(gòu)為雙柱式橋墩，墩樁尺寸D180/D200 cm，肋板式橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。墩高在17～27 m之間，墩高13 m位置及墩樁交界處分別設(shè)置系梁,系梁尺寸(100×120)cm，樁基為嵌巖樁。

2 橋梁病害情況及原因分析

本橋下部結(jié)構(gòu)為雙柱式橋墩加蓋梁，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)蓋梁局部存在破損、露筋銹蝕，左幅2#、3#墩蓋梁左側(cè)擋塊開裂嚴(yán)重，左幅3#、6#墩立柱頂部有寬度小于0.1 mm的環(huán)向裂縫、蓋梁底與立柱結(jié)合面右側(cè)開裂，最寬達(dá)到0.2 mm。

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/TF50-2011)中表14.6.1規(guī)定：橋墩豎直度或斜度的允許偏差不大于0.3%H，且不大于20 mm的要求。左幅5-2#、6-2#、7-2#、8-2#、9-2#、10-2#立柱縱橋向豎直度不滿足要求，左幅2-1#、5-2#、6-1#、6-2#、7-1#、7-2#、8-2#、9-2#、10-2#立柱橫橋向豎直度不滿足要求。左幅2～11#橋墩立柱中除2#墩立柱左傾外，其余橋墩在橫橋向均朝右側(cè)傾斜；除11#墩立柱外，其余橋墩在縱橋向均朝大里程方向傾斜。

全橋大部分墩柱系梁均開裂，系梁右側(cè)近1#柱側(cè)裂縫主要為頂面貫通裂縫，并向兩側(cè)面延伸，裂縫上寬下窄，寬度介于1～5 mm之間。系梁中部和左側(cè)近2#墩側(cè)裂縫主要為底面貫通裂縫，并向兩側(cè)面延伸，裂縫下寬上窄，寬度介于0.1～0.5 mm之間。大部分裂縫已超過規(guī)范限值0.2 mm。

根據(jù)檢測報(bào)告分析，本橋下部結(jié)構(gòu)病害的原因均是由于橋下填土產(chǎn)生的墩柱不均勻土壓力，橋墩左右兩側(cè)填土高度不一致，左高右底，填土對橋墩產(chǎn)生側(cè)向推力，導(dǎo)致橋墩產(chǎn)生附加內(nèi)力，系梁左右兩側(cè)立柱水平位移不一致，變形不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致橋墩立柱傾斜、與蓋梁結(jié)合面及系梁開裂。

3 下部建模計(jì)算分析

根據(jù)對左幅墩柱傾斜度檢測結(jié)果如表1。

表1 大橋左幅橋墩立柱傾斜測量結(jié)構(gòu)表

說明：坐標(biāo)系設(shè)置：每聯(lián)以首尾兩墩連線為基線，平行于基線指向大樁號方向?yàn)閄軸，垂直于X軸指向大樁號的右側(cè)為Y軸。傾斜率正負(fù)號意義同坐標(biāo)系。

由上表可以看出，左幅6#墩和8#墩橫向斜率偏大，墩頂相對于墩底的位移達(dá)到了6 cm左右，左幅2#墩墩頂相對墩底的位移為4 cm左右。由于檢測報(bào)告中顯示左幅2#、3#墩主梁和支座相對位移達(dá)到了10 cm，因此選擇具有代表性的左幅2#墩和墩頂位移較大的6#墩進(jìn)行建模計(jì)算，其受力模式是橋墩在土壓力、豎向力和水平力的作用下墩頂達(dá)到相應(yīng)的偏移量。

圖1 橋墩斷面及計(jì)算模型圖

根據(jù)竣工圖，橋墩系梁尺寸為(1.0×1.2) m,系梁頂?shù)酌嬷鹘罡?根Φ22，由于系梁軸力很小，可按照純彎構(gòu)件驗(yàn)算；墩樁尺寸為D180/D200 cm，橋墩主筋為80根Φ28，配筋率為1.94%，樁基主筋為48根Φ28，配筋率為0.94%，墩柱和樁基安裝偏心受壓構(gòu)件驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?。

表2 大橋左幅2#、6#橋墩驗(yàn)算結(jié)果表

根據(jù)上表可知，左幅2#墩墩頂位移達(dá)到4 cm時(shí)，系梁承載力已經(jīng)不滿足規(guī)范要求，考慮系梁失效后，相應(yīng)的墩柱和樁基的承載能力及裂縫寬度均滿足規(guī)范要求；左幅6#墩墩頂位移達(dá)到6 cm時(shí)，如果考慮系梁承載力足夠大，相應(yīng)的墩柱承載能力和裂縫滿足規(guī)范要求，但如考慮系梁失效，則樁基彎矩顯著增大，達(dá)到14 907 kN·m，承載能力不滿足要求，裂縫寬度也超標(biāo)。由于系梁剛度和配筋都比較弱，中系梁和地系梁承載能力均超標(biāo)，墩柱由于配筋率較高，兩個(gè)墩柱受力情況都滿足規(guī)范要求。

綜上分析，由于系梁相對較弱，大部分傾斜墩柱的系梁均已破壞，由于填土并未清理干凈，目前檢測報(bào)告中僅有中系梁的檢測結(jié)果；墩柱由于配筋率較高，承載力和裂縫均滿足規(guī)范要求；對于墩頂相對位移較大的墩柱，不能排除樁基已經(jīng)發(fā)生破壞的可能性。

4 維護(hù)設(shè)計(jì)思路

本橋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害的主要原因是橋下不明高填土對橋墩產(chǎn)生的不均勻土壓力，根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)查和檢測報(bào)告的結(jié)果，依據(jù)竣工圖和檢測報(bào)告綜合對橋梁現(xiàn)階段病害情況進(jìn)行深入分析，并模擬土壓力進(jìn)行了橋墩的驗(yàn)算評估，綜合分析實(shí)際情況和計(jì)算結(jié)果，提出以下加固設(shè)計(jì)思路。

(1)確保橋下所有不明原因填土全部清理干凈，保證橋墩附加外力全部卸載，并對清理后的墩柱、樁基系梁進(jìn)行外觀檢測，查看墩底和地系梁是否發(fā)生開裂，綜合理論計(jì)算和實(shí)際情況，進(jìn)一步確定橋墩基礎(chǔ)的受力及可能的病害情況。

(2)卸載外力后，為了使墩柱能在最大程度上恢復(fù)一部分位移，將剪切壞掉的支座更換掉，避免由于已經(jīng)破壞失效的支座影響墩柱的自動(dòng)復(fù)位。

(3)支座更換后，對橋梁進(jìn)行監(jiān)測3～6個(gè)月，實(shí)時(shí)觀測傾斜橋墩的復(fù)位情況。橋墩復(fù)位期間，不宜對下部其他病害進(jìn)行修復(fù)，避免影響橋墩的復(fù)位。

(4)橋墩墩頂位移恢復(fù)穩(wěn)定后，觀察支座在復(fù)位過程中發(fā)生的剪切位移，對發(fā)生明顯剪切位移的支座應(yīng)重新頂梁，使支座恢復(fù)正常形狀后落梁。

(5)根據(jù)墩頂位移的恢復(fù)情況及最新的檢測結(jié)果，對橋梁下部病害進(jìn)行加固維修。全橋大部分中系梁和地系梁均開裂，且已超過規(guī)范要求，承載能力也不滿足要求，對于開裂比較嚴(yán)重已失效的系梁建議采用拆除重新澆筑的方法，對于少數(shù)裂縫較小的系梁采用常規(guī)方法進(jìn)行裂縫修補(bǔ)，并考慮用增大截面法進(jìn)行加固。由于基礎(chǔ)屬于隱蔽工程，對基礎(chǔ)進(jìn)行專項(xiàng)檢測的難度較高，對于墩頂位移較大的樁基，若無法排除其破壞的可能性，建議采用加樁方案對樁基礎(chǔ)進(jìn)行加固，即在原橋墩樁基的兩側(cè)各增加一根樁基， 并通過后澆承臺(tái)將新舊樁基連接。

5 結(jié) 語

通過對傾斜橋墩墩頂位移的分析，反推作用于墩柱上土壓力的大小，計(jì)算分析墩柱系梁和基礎(chǔ)的受力情況，結(jié)合檢測報(bào)告綜合分析基礎(chǔ)可能出現(xiàn)的病害情況，并給出了合理的維護(hù)設(shè)計(jì)思路，對同類橋梁病害問題的分析和處理提供借鑒。

[1] 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2015)[S].北京：人民交通出版社，2015.

[2] 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D60-2004)[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3] 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D63-2007)[S].北京：人民交通出版社，2007.

[4] 公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG/T J22-2008)[S].北京：人民交通出版社，2008.

[5] 原國華.某大橋墩柱糾偏設(shè)計(jì)及施工小結(jié)[J].山西交通科技2014,4(229):92-95.

[6] 林春秀.廣州某橋梁橋墩傾斜事故分析及處理[J].廣東土木與建筑2010,(2):61-63.

2015-10-01

胡秀月(1982-),女，遼寧鳳城人，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。

U445.7

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1008-3383(2016)07-0074-02