單樁柱式橋墩糾偏技術研究與分析

葉 奐,陸栩梁

（1.浙江數智交院科技股份有限公司,浙江 杭州 310000; 2. 浙江交工高等級公路養護有限公司,浙江 杭州 310000）

0 引言

橋梁結構糾偏是一項較為復雜的系統工程，根據上下部結構不同偏位情況主要有上部結構糾偏、下部結構糾偏、上下部結構聯動糾偏。其中橋梁下部結構中的單樁柱式結構側向穩定性相對較弱[1]，其在不平衡土壓力情況下容易出現傾斜、偏位等病害。此類病害隱患突出，輕則損壞橋梁構件，重則影響橋梁安全，甚至出現垮塌事故。樁柱偏位后，如何快速、安全、高效地進行橋梁結構糾偏至關重要，該文結合實際案例，分析適用于單樁柱橋墩偏位的自反力糾偏技術。

1 常規處治思路

在地質不良、淤泥覆蓋層較厚的橋位處，因不均衡土壓力引起橋梁單樁柱式橋墩偏位的情況較為常見[2]。當結構發生偏位后，應立即進行周邊環境和偏位成因調查，并開展結構物的檢測和評估工作。橋梁結構偏位處治是在準確分析偏位原因的基礎上采取有針對性的糾偏復位設計，在橋梁樁基完整性較好，且可在修復后繼續使用的前提下，單樁柱結構偏位處治一般可分臨時約束、橋墩糾偏、結構加固三步進行處治。

單樁柱式橋墩發展偏位，往往是由于自身側向穩定性弱，當不利因素（一般是不均勻土壓力）消除后，其復位所需的糾偏力不大，因此糾偏方案一般采用“自反力頂推+應力消散孔”為主。具體做法是利用墩、梁間相互作用提供糾偏時所需的反力，通常包括豎向、縱向和橫向三個方向，豎向主要指上部梁體頂升，縱向和橫向則是橋墩水平向復位，其特點都是借助結構自身提供反力。

項目實施過程進行必要監測，明確各部位的應力變化，確保橋梁糾偏施工過程中的安全，并根據實際監控手段及設備提出合理且滿足現行規范的預警值，在出現異常情況時及時預警，便于調整糾偏力和優化實施方案。

2 實體工程分析

案例橋梁全長146 m，共兩聯：（4×18+4×18）m。上部結構為鋼筋混凝土連續箱梁，下部結構為樁柱式墩臺，摩擦樁基礎。第0、2、4、6、8 號墩為雙樁柱結構，雙柱間設系梁或蓋梁；第1、3、5、7 號墩處獨柱墩采用單柱單樁的形式。

2.1 現場調查及檢測

由于橋下管道開挖作業，形成了5 m 左右高差的不均衡土壓力，導致3#墩獨柱墩出現偏位，其墩頂最大偏位往小樁號方向滑移43 cm 左右（詳見圖1），開挖檢查后，發現其樁柱接頭附近已出現多條裂縫，最大寬度為0.54 mm。

圖1 樁柱偏位情況

2.2 設計方案

2.2.1 臨時約束

通過墩頂限位及螺桿對拉，對3#墩進行臨時約束（詳見圖2），防止偏位進一步發展，同時結合實時監測情況，嘗試采用螺桿對拉加載，使墩柱往好（原設計）的方向發展。

圖2 墩頂臨時約束裝置

2.2.2 橋墩糾偏：自反力糾偏+應力消散孔

橋墩由于堆載在軟土層產生較大附加應力，形成滑動面對橋梁樁基產生側向壓力，導致橋樁偏位。糾偏是采用鋼結構反力架和橡膠墊片固定伸縮縫寬度、安裝梁間橫向限位裝置，并通過梁底與墩頂之間增設頂推千斤頂，利用橋梁自身0#、2#、4#三個雙柱式墩為3#單樁柱式墩提供復位所需反力，進行橋墩頂推糾偏施工（詳見圖3）。

圖3 自反力糾偏體系示意

2.2.3 橋墩加固

考慮到墩柱已出現較大裂縫，為確保結構安全，在糾偏工作完成后，對3#墩進行加樁、承臺及擴大墩身加固。在原橋樁基兩側新增樁基提高橋墩抗傾覆能力，并通過拼寬立柱增設支座，適當拉大間距設置，提高梁端梁體抗扭能力。

2.3 理論計算

橋梁樁基偏位問題，可通過軟土中滑動面深度計算、樁身受力分布確定、糾偏力計算和樁身內力校核、樁基內外側土體預處理、糾偏力施加、樁身位移監測以及土體分層回填的步驟實施糾偏。

對樁身尺寸和偏位數據復核后，進行施工前的理論計算。樁身受力計算采用浙江省交通運輸廳科技項目—《深厚軟基橋梁樁基移位機理及復位技術研究》中利用p-y曲線法所建立一種新的滑動土層中樁身受力模型，并進行相應簡化。根據式（1）和式（2）計算樁身相對樁長，判斷是否為彈性樁，若不為彈性樁，須根據剛性樁撓度和轉角變化規律重新設計相應的糾偏方案。多個工程實例計算結果表明，沿海一帶深厚軟土中長度在30 m 以上的橋梁灌注樁多為彈性樁或彈性長樁。

根據現場地質勘察報告和地面堆載情況，確定土體內摩擦角φ和地面堆載寬度b值，根據式（3）計算軟土地基中滑動面深度。通過式（4）計算主動樁區和被動樁區極限土抗力Pu，并根據樁身水平力平衡確定穩定土體中土抗力為0 位置，繪制樁身受力示意圖。結合樁身材料特性和受力情況進行樁身強度校核，對滿足工程質量要求的橋墩進行糾偏。

2.3.1 樁身剛度計算

對于水平地基系數隨深度線性增加的地基，樁的相對剛度系數T和相對樁長Zmax可通過式（1）和（2）求得。

式中，m——隨深度增長的水平地基反力系數（N/m4）；E 、I 分別為樁的彈性模量（N/m2）和慣性矩（m4）；b0——考慮樁周土空間受力的計算寬度（m）。

2.3.2 滑動面深度計算

根據式（3）計算土體中滑動面深度。

式中，φ——土體內摩擦角；b——堆載寬度。

2.3.3 極限土抗力計算

利用式（4）計算極限土抗力Pu，Pu即為樁周土作用在樁身上由堆載產生的水平力。

式中，x——泥面下深度；B——樁的計算寬度；Cu——原狀黏土不排水抗剪強度試驗值。飽和黏性土的不排水剪強度大小與黏聚力值相同，即Cu=c。

2.4 施工控制

2.4.1 施工控制

順橋向糾偏的施工原理為在橋縱軸方向的墩臺和梁體上設置反力架，施加水平千斤頂施力，借助臨時滑移面，將立柱向預期方向頂推糾偏，最后再設置臨時限位裝置。水平推力在理論計算范圍內逐級勻速增加，分級加載初始值為50 kN，每25 kN 作為一個分級，每一級加載完成后持荷不小于0.5 h，并根據現場監控監測位移、應力、應變情況，分析后得出結果，視情況隨時調整頂推力后繼續加載頂推，直至垂直度滿足規范要求為止。

2.4.2 數據監測

為確保糾偏在施工復位過程中能遵循設計思路、符合實際情況，用常規的計算或測量手段，很難準確、迅速地得出橋梁在各種工況下的受力狀況，因此施工中采用位移傳感器和傾角傳感器，將糾偏復位的實施情況反應到控制電腦上（詳見圖4），確保糾偏過程安全、高效，實現可視化糾偏，起到指導和控制施工順序以及危險預警作用。

圖4 位移數據實時顯示

3 處治效果評估

糾偏加固后橋梁整體狀況良好，墩柱糾偏量已滿足糾偏目標值要求，橋墩豎直度均未超出1‰H 允許偏差和2 cm 偏移量要求[3]，各指標均已滿足設計及規范要求。項目實現了快速、安全、高效地糾偏處治，確保了橋梁運營安全。

4 結論

該文根據理論基礎研究，提出了臨時約束、橋墩糾偏、結構加固的三步處治思路；結合真實案例，分別從檢測、設計、施工、監控等角度闡述了單樁柱結構發生偏位后，利用自反力體系糾偏的技術實現有效限位、高效糾偏、可靠加固；通過處治效果評估驗證了“三步處治思路”和“自反力糾偏技術”的有效性和可行性，值得類似工程參考和借鑒。