高速公路匝道橋整體位移檢測及監測

孫曉波

(浙江交科工程檢測有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概況

沿海高速公路里蔡互通A匝道橋梁位于沿海軟土區域，橋位地層主要為第四系素填土、粉質粘土、淤泥、淤泥質粘土、礫砂、侏羅系上統茶灣組(J3c)晶屑玻屑凝灰巖等地層，橋梁全長370 m，橋面凈寬16 m，縱向共5聯，跨徑布置為3×25 m+3×25 m+4×25 m+3×20 m+3×20 m，其中第3聯(6墩～10墩)跨徑布置為4×25 m，上跨高速公路主線。橋梁上部結構采用預應力混凝土連續箱梁，單箱三室，下部結構橋墩采用1.4×1.2 m方柱型式，橫向布置三個墩柱，橋梁基礎為鉆孔灌注樁基礎(嵌巖樁設計)，第3聯8墩頂處設置固定支座，其余墩頂設置球形滑板支座，本聯在6、10墩頂設置伸縮縫。第三聯橋型布置見圖1。

圖1 A匝道橋第3聯橋型布置圖

在路面加鋪施工期間發現該橋第3聯6墩墩頂向主線收費站方向有所偏移，8墩墩頂向大樁號側有所偏移。這對橋梁以后安全運營埋下一大隱患，亟需對橋墩進一步檢測與監測，并根據檢測結果對病害進行處治以保障高速公路安全運營。

2 檢測意義

軟土由于含有大量水分，具有固結程度較低、觸變性明顯等不良特性。這導致軟弱地基自身承載力比較差、強度比較低，當軟弱地基具有很大負荷時候會出現不均勻沉降。一旦沉降的程度超過建筑物的允許值，必然會對建筑物的質量產生巨大的影響。對位于其上的橋梁，如發現橋面伸縮縫開口寬度異常或者橋墩立柱存在環向裂縫等病害都應該引起高度重視，管養單位應及時安排橋梁外觀檢查，并根據外觀檢查結果，對病害成因或危害程度不明確的，可進一步進行專項監測，根據檢測結果明確病害成因，作下一步處治。

綜上所述，管養單位在發現該匝道橋第3聯伸縮縫開口異常變化后，再對下部結構進行排查發現立柱可能異常后，委托有資質檢測單位對該橋進行了外觀檢查。以外觀檢查結果為參考，對支座相對滑移量與橋墩中心位置偏移量進行檢測，根據專家建議，對裂縫發展、墩身垂直度與沉降、蓋梁頂位移與伸縮縫開口寬度、地表位移與沉降進行一定周期監測，采用有限元分析軟件對橋梁受力狀況進行模擬分析，根據檢測結果對橋梁安全性進行評估，作出針對性病害處治，保障橋梁運營安全。

3 檢測結果

3.1 外觀檢查結果

檢測人員以人工目測觀察為主，輔以裂縫觀測儀、鋼卷尺等必要儀器設備，詳細記錄病害的位置、大小、范圍和程度，并進行初步分析。根據對該橋外觀進行檢查后發現，8-1墩柱根部產生1條環向裂縫，8～2墩柱根部產生6條環向裂縫，8～3墩柱根部產生11條環向裂縫，裂縫均分布于下游側墩柱面，6墩中心軸線向上游側移動約4 cm，梁體隨8墩固定支座同時向下游大樁號第四聯側滑移約8～15 cm，6墩頂向上游小樁號側偏移約13 cm，8墩中心軸線向下游大樁號第四聯側移動約12 cm，10墩頂處伸縮縫局部已被頂死。

3.2 支座相對滑移與橋墩中心位置檢測結果

通過外觀檢查，對病害程度嚴重的支座，量出具體滑移量對比設計允許值。采用全站儀對現狀橋墩中心位置進行坐標測量，對比設計坐標計算出偏移量。根據對6～10墩支座相對滑移進行檢測，發現各個立柱頂部支座均存在不同程度相對滑移，其中6過渡墩小樁號側支座縱橋向滑移量50～72 mm，大樁號側支座縱橋向滑移量212～246 mm。9墩各個立柱頂部支座縱橋向滑移量80～95 mm。10過渡墩小樁號側支座縱橋向滑移量80～92 mm，大樁號側支座縱橋向滑移量37～43 mm。

測量控制網采用絕對坐標系對6～10墩各個立柱中心位置進行測量，與設計坐標進行比較可知，6墩北向最大偏移量-7.7 cm、東向最大偏移量-4.8 cm，8墩北向最大偏移量15.5 cm、東向最大偏移量-6.5 cm，9墩北向最大偏移量7.2 cm、東向最大偏移量-6.8 cm，10墩北向最大偏移量5.8 cm、東向最大偏移量-8.1 cm。

3.3 裂縫監測結果

根據外觀檢查結果，挑選典型裂縫布設裂縫傳感器，對8墩墩柱各環向裂縫的長度、寬度進行了6個月監測，分析后發現裂縫寬度變化幅度值在-0.03～0.02 mm之間，長度均未變化，考慮測量時的橋面運營交通狀況以及溫度等因素影響，所以認為裂縫未發生明顯變化。

3.4 墩身垂直度與沉降監測結果

在墩身適當位置布設長期觀測點，在一定周期內按觀測頻率采用全站儀進行監測。通過對6墩～10墩墩身垂直度檢測，墩身垂直度均在0.3%以內，其中8、6墩身垂直度變化幅度較大，最大的變化在8-1墩柱，約0.1%的變化量。根據6個月的沉降監測結果分析發現，6墩、8墩各墩柱的累計沉降值約為1 mm，9～1墩柱、9～2墩柱、9～3墩柱和10～1墩柱的累計沉降值約為2 mm，屬于測量誤差范圍內，可以認為觀測周期內墩身未見明顯沉降。

3.5 蓋梁頂位移與伸縮縫開口寬度監測結果

在各個蓋梁正面、側面布設觀測點，按照監測頻率采用全站儀進行觀測位移變化。根據對蓋梁頂位移6個月共9次的監測結果分析發現，6墩、8墩均往主線路基內側偏移，第九期與第七期的監測數據差值約7 mm，有傾斜趨勢。

在過渡墩頂伸縮縫處安裝觀測輔助工具，在觀測周期內采用鋼直尺測量刻度變化。根據對伸縮縫開口寬度6個月共6次的監測結果分析發現，在監測周期內伸縮縫梁端開口值變化幅度最大約8 mm，由于是在通車狀態下進行測量并且觀測溫度不同，所以認為該變化量屬于正常范圍內。

3.6 地表位移與沉降監測結果

在匝道橋第3聯各個橋墩兩側橋位周邊，選取適當位置在橋下主線左改渠擋墻頂、左坡腳、左路肩、中央隔離帶左路肩、中央隔離帶右路肩、右路肩、右坡腳等處埋設了7排共36個地表觀測點，根據對監測結果分析發現，地表位移最大值為10 mm左右，位移方向無明顯規律，同一測點不同期次的位移方向差別較大，個別點方向完全相反，說明路基無明顯位移。

采用地表位移觀測點，并適當加密布設沉降觀測點，采用精密水準儀按觀測頻率進行監測。根據對監測數據分析發現，路基累計沉降量最大值為12 mm，路基沉降主要發生在跨線橋大樁號側，此段路基下面與施工便道位置相對應(便道為后期施工，地基預壓時間短，由于壓實困難，可能造成壓實度不足)，其它路段沉降量較小，據此推算本段路基沉降已經收斂。

3.7 橋梁受力狀況分析

采用有限元分析軟件MIDAS以上部結構采用設計縱坡、平曲線，墩柱對上部結構的支撐符合設計支座滑動方向，地基對樁基礎的約束按照“m”法計算水平方向抗力為關鍵點構建計算模型，其中第3聯上、下部結構采用空間梁單元模擬，共計339個單元﹑334個節點，有限元模型見圖2。

圖2 A匝道橋第3聯有限元模型

為模擬梁體移動的現狀，分析移位原因，結合現場檢測、監測資料，計算分析按5種工況進行模擬，工況詳見表1。

表1 主要計算工況

通過有限元計算對各個工況分析結果可知，上部結構箱梁整體向下游側滑動，滑動形態與實際現狀基本一致。

4 調查分析及處治建議

綜合外觀檢查、監測分析、受力分析可得出以下幾點結果，(1)匝道橋位于山前河谷洪積斜地，軟土層厚度橫向變化劇烈，下為基巖，軟土穩定性差；(2)恒載作用下上部結構基本穩定，但是也發現，保持8～2、8～3樁頂向下1～3 m范圍內土體穩定，對維持整體穩定比較關鍵；(3)填土路基向外側滑移，帶動8墩樁基頂部向路基外側移動，以及隨后上部結構啟動滑移，幾種情況聯合造成目前整體移位現狀。根據分析結果，建議首先對偏位的橋墩進行糾偏，同時保證糾偏后的橋墩處于穩定狀態，可以通過減少作用在橋墩上的作用力及增加橋墩抗力兩種途徑解決，可采用增加橋墩的水平抗推剛度，使其能夠承擔現有的靜土壓力，然后對樁基作用方向的土體進行固化，減少作用在橋墩上的土壓力，作為輔助手段及安全貯備的方案。

5 結束語

軟土區域由于土體構造的不穩定性，位于其上的橋梁結構易出現位移等問題，隨著時間的發展，極大地威脅運營安全。針對此類問題，希望對相似橋梁病害加強重視，早發現、早處治。以本工程為例，希望為運營管養單位針對軟土區域橋梁日常巡檢關注要點提供參考，為以后其他橋梁出現相類似問題后續檢測與監測提供寶貴經驗。