回填土對橋梁墩臺的受力影響分析

吳秀娟 鐘健良（廣東省公路工程質量監測中心，廣東 廣州 510000）

在這寸土寸金的社會里，可用作處理棄土的地方越來越少，特別是在城市里，為了施工方便而直接進行橋下回填的情況越來越多。但是沒有經過處理的回填土，由于內部不平衡的土壓力作用，容易對墩臺基礎產生各種不利影響。下面以東莞的金鳳凰大橋為例，詳情如下：

1 橋梁概況

金鳳凰大橋是一座位于東莞市S255線上的曲線橋，中心樁號為K55＋143，橋梁全長為428m，共14跨，跨徑組合為6×30m+4×30m+4×30m，橋面寬34m。該橋上部結構為預應力混凝土連續小箱梁，每跨設有5片箱梁，墩頂設端橫隔板；下部結構為雙柱式橋墩，輕型橋臺，鉆孔灌注樁基礎，設計荷載等級為公路I級。

2 主要病害

由于該橋成橋后下部加填了高度超過10m的填土，導致多個橋墩出現傾斜、系梁開裂病害。后來把填土清理后發現橋墩立柱及系梁存在很多橫向裂縫、側面豎向裂縫及環向裂縫等。具體如下

2.1 橋面系

橋面鋪裝層局部網裂，橋臺搭板存在網裂、混凝土破損；伸縮縫擠壓；防撞護欄混凝土脹裂剝落并露筋銹蝕，6#墩頂、10#墩頂處護欄存在錯位現象等。

2.2 上部結構

該橋上部結構為6×30m+4×30m+4×30m的預應力混凝土連續小梁。主梁狀況較好，梁體無明顯裂縫。箱梁翼板存在局部破損、露筋現象，其中右幅第6跨1#梁和2#梁之間翼板混凝土、第6跨和第7跨1#梁右側翼板混凝土在近6#墩頂處嚴重破損。全橋大部分橫隔板存在豎向開裂的現象，主要集中在2#~5#梁之間橫隔板上，而處于非機動車道下的1#~2#梁之間的橫隔板和處于超車道的5#~6#梁之間的橫隔板開裂較少，橫隔板兩側對應開裂，多數裂縫豎向貫通，裂縫上寬下窄，多數裂縫寬度介于0.10mm~0.18mm之間，最寬達到0.30mm（右幅2#墩頂橫隔板），這可能是由于運營中偏載和扭轉產生的垂直剪力造成的。

該橋為曲線橋，部分梁體與支座之間存在相對位移：左幅第2跨、第3跨、第4跨梁體在2#、3#墩頂處左移10cm，導致2#、3#墩頂左側蓋梁擋塊開裂，其中2#墩頂左側蓋梁擋塊裂縫寬度達到5cm。左右兩幅第6跨梁體在6#墩頂處均存在偏移，偏移量分別為右移6cm、右移5cm，這可能是由于溫度效應、車輛在曲線彎橋上行駛產生的離心力以及蓋梁橫坡的共同作用所引起的。

2.3 支座

該橋采用四氟板式橡膠支座，全橋部分支座被遮蓋，未被遮蓋支座存在較嚴重的縱向剪切、老化、開裂，梁體和支座之間存在相對位移等病害。右幅第6跨梁體在6#墩頂處右移6cm；左幅第2跨、第3跨、第4跨梁體在2#、3#墩頂處左移10cm，導致2#、3#墩頂左側蓋梁開裂，其中2#墩頂左側蓋梁裂縫寬度達到5cm；第6跨梁體在6#墩頂處左移5cm。

2.4 下部結構

該橋下部結構為雙柱式橋墩，輕型橋臺，鉆孔灌注樁基礎。下部結構存在蓋梁破損、蓋梁露筋并銹蝕、開裂、橋墩立柱開裂、以及系梁開裂等病害。

立柱：左幅6-2#、7-2#橋墩立柱頂部有環向裂縫（取6-2#立柱畫裂縫展開圖，見圖1），蓋梁底面與橋墩立柱結合面右側開裂，最寬達到0.2mm，為受拉裂縫，2-1#、3-2#、7-2#立柱系梁附近存在環向開裂，裂縫最寬為0.2mm。

圖1 左幅6#墩立柱裂縫展開圖

系梁：該橋2~11#墩系梁開裂情況嚴重：系梁右側近1#立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1mm~5mm之間。系梁中部和左側近2#立柱處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0.1mm~0.5mm之間。大部分裂縫寬度遠超過規范限值。取右幅4#墩系梁畫裂縫展開圖，見圖2。

圖2 右幅4#墩系梁裂縫展開圖

3 病害分析

3.1 梁體與支座移位分析

該橋左幅第2、3、4跨在2#、3#墩頂處梁體左移10cm，導致2#、3#墩頂蓋梁左側擋塊嚴重開裂，其可能的原因是：該橋為曲線橋，車輛通行時產生較大的離心力和沖擊力，導致平面轉動力矩較大，而該橋橋墩較高，墩身剛度較弱，對梁體的約束較小，所以導致曲線梁梁體在平面內發生較大偏移。

左右兩幅第6跨梁體在6#墩頂處均存在偏移，偏移量分別為右移6cm、右移5cm，這可能是由于溫度效應、車輛在曲線彎橋上行駛產生的離心力以及蓋梁橫坡的共同作用所引起的。

3.2 下部結構系梁與立柱開裂分析

本次對橋墩立柱垂直度進行測量發現，橋墩立柱除右幅8#、10#、11#墩立柱左傾外，其余橋墩均朝右傾斜；除右幅10#墩立柱外，其余橋墩在縱橋向朝大里程方向傾斜。

a.之前在橋下高填土的作用下，橋墩受到向右的土壓力，且橋墩左右兩側填土高度不一致，左高右低，填土對橋墩產生側向推力，橋墩受水平推力作用產生附加內力；

b.由于土體自身固結沉降作用，在與墩柱接觸面上產生相對的向下位移，從而導致墩柱受到向下的負摩擦力作用；

c.橋墩最下面的系梁左右兩側立柱水平位移不一致，變形不協調。由于不均勻沉降而產生的負摩擦力以及不同步的土側壓力使墩柱偏位及承受彎曲，導致橋墩立柱環向開裂、系梁開裂等。如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 橋下填土示意圖

圖4 橋墩受水平推力作用的受力及彎矩圖

圖5 橋墩受填土不均勻沉降作用的受力及彎矩圖

4 結語

綜上所述，在橋梁運營過程中，橋梁一直受到不同的荷載作用，加上沒有經過處理的回填土內部不平衡的土壓力作用，而產生的負摩擦力以及不同步的土側壓力使墩柱偏位及承受彎曲，導致橋梁出現橋墩立柱環向開裂、系梁開裂等一系列影響結構安全的情況。所以隨著社會的進步，在大搞基礎建設的同時應加強對回填土的處治管理措施。