傾斜橋墩病害分析及處理

胡秀月

(東莞市交通規劃勘察設計院有限公司，廣東 東莞 523125)

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傾斜橋墩病害分析及處理

胡秀月

(東莞市交通規劃勘察設計院有限公司，廣東 東莞 523125)

某橋梁運營過程中，由于橋下出現不明原因高填土，造成墩柱受力不均而發生橫縱向傾斜，墩柱垂直度超標。通過有限元軟件建模計算，深入分析下部結構的病害情況，并提出相應的維護設計思路。

高填土；墩柱傾斜；病害分析；設計思路

1 工程概況

某橋梁于2006年建成通車，上部結構為預應力砼先簡支后結構連續小箱梁，橋梁分左右兩幅，單幅橋寬17 m，設置5片小箱梁，梁高1.6 m，墩頂設置橫隔板；下部結構為雙柱式橋墩，墩樁尺寸D180/D200 cm，肋板式橋臺，鉆孔灌注樁基礎。墩高在17～27 m之間，墩高13 m位置及墩樁交界處分別設置系梁,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

本橋下部結構為雙柱式橋墩加蓋梁，檢測結果發現蓋梁局部存在破損、露筋銹蝕，左幅2#、3#墩蓋梁左側擋塊開裂嚴重，左幅3#、6#墩立柱頂部有寬度小于0.1 mm的環向裂縫、蓋梁底與立柱結合面右側開裂，最寬達到0.2 mm。

根據《公路橋涵施工技術規范》(JTG/TF50-2011)中表14.6.1規定：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，系梁右側近1#柱側裂縫主要為頂面貫通裂縫，并向兩側面延伸，裂縫上寬下窄，寬度介于1～5 mm之間。系梁中部和左側近2#墩側裂縫主要為底面貫通裂縫，并向兩側面延伸，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范限值0.2 mm。

根據檢測報告分析，本橋下部結構病害的原因均是由于橋下填土產生的墩柱不均勻土壓力，橋墩左右兩側填土高度不一致，左高右底，填土對橋墩產生側向推力，導致橋墩產生附加內力，系梁左右兩側立柱水平位移不一致，變形不協調，導致橋墩立柱傾斜、與蓋梁結合面及系梁開裂。

3 下部建模計算分析

根據對左幅墩柱傾斜度檢測結果如表1。

表1 大橋左幅橋墩立柱傾斜測量結構表

說明：坐標系設置：每聯以首尾兩墩連線為基線，平行于基線指向大樁號方向為X軸，垂直于X軸指向大樁號的右側為Y軸。傾斜率正負號意義同坐標系。

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。由于檢測報告中顯示左幅2#、3#墩主梁和支座相對位移達到了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#墩進行建模計算，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到相應的偏移量。

圖1 橋墩斷面及計算模型圖

根據竣工圖，橋墩系梁尺寸為(1.0×1.2) m,系梁頂底面主筋各7根Φ22，由于系梁軸力很小，可按照純彎構件驗算；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件驗算。計算結果匯總如表2。

表2 大橋左幅2#、6#橋墩驗算結果表

根據上表可知，左幅2#墩墩頂位移達到4 cm時，系梁承載力已經不滿足規范要求，考慮系梁失效后，相應的墩柱和樁基的承載能力及裂縫寬度均滿足規范要求；左幅6#墩墩頂位移達到6 cm時，如果考慮系梁承載力足夠大，相應的墩柱承載能力和裂縫滿足規范要求，但如考慮系梁失效，則樁基彎矩顯著增大，達到14 907 kN·m，承載能力不滿足要求，裂縫寬度也超標。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，墩柱由于配筋率較高，兩個墩柱受力情況都滿足規范要求。

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，目前檢測報告中僅有中系梁的檢測結果；墩柱由于配筋率較高，承載力和裂縫均滿足規范要求；對于墩頂相對位移較大的墩柱，不能排除樁基已經發生破壞的可能性。

4 維護設計思路

本橋結構產生病害的主要原因是橋下不明高填土對橋墩產生的不均勻土壓力，根據現場的調查和檢測報告的結果，依據竣工圖和檢測報告綜合對橋梁現階段病害情況進行深入分析，并模擬土壓力進行了橋墩的驗算評估，綜合分析實際情況和計算結果，提出以下加固設計思路。

(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、樁基系梁進行外觀檢測，查看墩底和地系梁是否發生開裂，綜合理論計算和實際情況，進一步確定橋墩基礎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一部分位移，將剪切壞掉的支座更換掉，避免由于已經破壞失效的支座影響墩柱的自動復位。

(3)支座更換后，對橋梁進行監測3～6個月，實時觀測傾斜橋墩的復位情況。橋墩復位期間，不宜對下部其他病害進行修復，避免影響橋墩的復位。

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

(5)根據墩頂位移的恢復情況及最新的檢測結果，對橋梁下部病害進行加固維修。全橋大部分中系梁和地系梁均開裂，且已超過規范要求，承載能力也不滿足要求，對于開裂比較嚴重已失效的系梁建議采用拆除重新澆筑的方法，對于少數裂縫較小的系梁采用常規方法進行裂縫修補，并考慮用增大截面法進行加固。由于基礎屬于隱蔽工程，對基礎進行專項檢測的難度較高，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進行加固，即在原橋墩樁基的兩側各增加一根樁基， 并通過后澆承臺將新舊樁基連接。

5 結 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，計算分析墩柱系梁和基礎的受力情況，結合檢測報告綜合分析基礎可能出現的病害情況，并給出了合理的維護設計思路，對同類橋梁病害問題的分析和處理提供借鑒。

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[2] 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG D60-2004)[S].北京：人民交通出版社，2004.

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[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，從事橋梁設計工作。

U445.7

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1008-3383(2016)07-0074-02