土压力作用下桥墩病害分析及加固措施分析

初 奇 李亚雷

(中交第一公路勘察设计研究院，陕西西安 710068)

1 概述

随着我国桥梁建设事业的蓬勃发展，桥梁的结构形式也日趋丰富，其中预制小箱梁由于其具有较大的截面抗扭强度，抗弯强度，并且具有造价低，施工周期短的特点，因此在国内外得到了广泛的应用。但是由于施工不当，超载车辆的影响，加之桥址处坡面防护不到位，导致土地滑移，现有小箱梁也出现了各种典型的病害。

本文以连霍高速某桥梁跨径组合5×40 m预应力混凝土连续箱梁双柱墩的实际工程为例，针对上述情况进行研究。分析病害产生原因，并根据结构计算结果制定合理加固方案。

2 加固前桥梁概况

该桥为整体式路基，桥面全宽为24.5 m。上部结构形式为5×40 m装配式预应力混凝土组合箱梁。下部结构形式桥墩为双圆柱式墩，灌注桩基础，其中2号墩墩高25.72 m，为本桥最大墩高，2号、3号墩采用墩梁固结，桥梁在桥下土体滑移的作用下，该桥目前存在的主要病害为:左、右幅2号墩墩身存在“S”形变形，最大纵向变位约23 cm;墩身出现大量环向裂缝，桩基出现环向裂缝，系梁出现反对称斜向裂缝及竖向裂缝;2号墩处箱梁横隔板横向开裂;部分支座产生轻微剪切变形;右幅桥伸缩缝存在张开或顶死现象。桥梁检测结果，该桥技术状况等级评定为五类桥。

根据检测报告可知下部结构的病害如下:

墩身开裂:左、右幅2号墩墩顶小桩号侧出现环向裂缝，长度介于在2.0 m～3.1 m(半圆周)之间，裂缝宽度介于0.05 mm ～0.2 mm之间;左、右幅2号墩墩底大桩号侧出现环向裂缝，裂缝长度介于2.4 m～3.1 m(半圆周)之间，裂缝宽度介于0.05 mm～3.0 mm 之间。

桥墩倾斜变位:因无受损前观测资料，桥墩竖直度按JTG F80/1-2004公路工程质量检验评定标准中8.6.1条的规定“0.3%H且不大于20 mm”来进行对比。左、右幅2号墩墩柱柱顶最大纵桥向偏位为23.8 cm，最大横桥向偏位为10.5 cm(如图1，图2所示)。

图1 2号墩1号墩柱底部环向裂缝

图2 2号墩1号墩柱顶部环向裂缝

3 下部结构主要病害成因分析

3.1 边坡土体滑移

本桥横跨V形沟，桥梁建成后，为恢复当地的耕地，在桥梁的第一、第二跨的桥下及两侧进行了填土，填土最大高度约10 m，纵桥向宽度约50 m，横桥向宽度约150 m。受2013年7月22日定西地震的影响，土体发生松动，震后连续降雨，处于V形沟边坡上的强风化泥岩在雨水的浸润下，发生软化，在强风化与弱风化泥岩交界面或强风化与填土交界面均易形成滑动面，导致土体向沟底滑移。

3.2 桥梁下部结构变位

在与路线前进方向呈30°～40°斜向的滑移体土压力作用下，墩身横桥向发生向路线前进方向左侧的变形，由于土压力的横桥向分力相对较小，桥墩本身横桥向刚度相对较大，故横桥向变位亦较小;由于滑移体土压力的纵桥向分力相对较大，墩身纵桥向刚度相对较小，故墩身下部与土压力作用位置较近处产生较大的向大桩号方向的变形，墩身上部受梁体约束，产生向小桩号方向较小的变形，形成桥墩纵桥向“S”形的变形(见图3)。

图3 左幅桥2号墩受滑坡作用后变形示意图

3.3 墩身、系梁、基桩裂缝

滑移体土压力作用于软弱地层上，引起土体侧向位移，对埋置于土体的系梁和桩基产生水平推力，使桩基出现侧向变形。受损区域的桥跨不跨越通航水域和等级被交路，横向水平力可只考虑风荷载作用，经计算，横向风荷载远小于纵向水平力，墩身、桩基配筋是以纵向水平力控制。而滑移体土压力引起的水平力荷载远大于原桥设计纵向水平荷载，造成桩基、墩柱承载力不足，发生变位、开裂。

受横桥向地形、土层分界面走势及横坡影响，两侧柱高均不相同，在滑移体土压力的作用下，2号墩的两根柱的纵向、横向偏位数值均不相同，连接两柱的系梁受到扭矩作用，呈现反对称的斜向开裂。

4 加固措施

根据计算结果及病害的原因分析，制定了以下加固处治措施:

桥墩墩身及基桩开裂影响其刚度和承载能力，墩柱倾斜变位影响下部结构稳定性，须进行必要的加固处理。考虑到基桩和墩柱受损严重，通过增设桩基及承台，形成群桩基础并保证荷载向新桩的传递;通过对墩身外包30 cm混凝土加厚层及增设柱中横系梁的方法提高桥墩整体的刚度和强度及稳定性(见图4)。

依据已颁布实施的《公路桥梁加固设计规范》及《公路桥梁加固施工规范》，对桥梁从恢复桥梁使用功能、提高结构安全性和耐久性等方面进行设计，对主体结构加固及常规病害的处理方法，均采用目前较为常用的方法，加固用材料及技术性能指标依据规范的规定选用，施工工艺较为成熟，有完善的施工指导原则和施工验收标准，在国内有大量的成功加固实例，故采用的加固技术是可行的。

图4 左、右幅2号桥墩加固示意图（1：120）

5 加固完成后结构验算

5.1 加固前荷载工况

工况一:恒载+土压力+汽车荷载。

工况二:恒载+土压力+汽车荷载+汽车制动力。

工况三:恒载+土压力+汽车荷载+温度荷载。

工况四:恒载+土压力+汽车荷载+汽车制动力+温度荷载。

表1 加固前、后桥墩承载力、裂缝宽度一览表

5.2 加固后荷载工况

工况一:恒载(包括桥墩加固新增恒载)+0.6倍土压力(因部分土体卸载)+汽车荷载。

工况二:恒载(包括桥墩加固新增恒载)+0.6倍土压力(因部分土体卸载)+汽车荷载+汽车制动力。

工况三:恒载(包括桥墩加固新增恒载)+0.6倍土压力(因部分土体卸载)+汽车荷载+温度荷载。

工况四:恒载(包括桥墩加固新增恒载)+0.6倍土压力(因部分土体卸载)+汽车荷载+汽车制动力+温度荷载。

计算结论:

从表1可以看出，加固前桥墩墩柱、桩基承载力、最大计算裂缝宽度均不满足规范要求，加固后桥墩墩身、桩基(原墩身主筋计算未考虑，作为安全储备)承载力、最大计算裂缝宽度均满足规范要求。计算中考虑了施工期间的各个工况新增荷载对于老桥桩基及墩身的影响，桩基及墩身承载力均满足规范要求。

6 结语

1)此类由于土体滑移对结构造成影响，应首先考虑清除该工点土体。但如果存在连续降雨和施工开挖扰动等不利因素，边坡土体存在进一步滑移的可能性，存在较大安全隐患，建议在本桥加固处治施工前，尽快对边坡进行必要的防护和加固处理，确保桥梁结构安全和运营安全。桥墩加固完成后，应及时将承台埋置在地表以下，保证承台四周土压力符合设计要求。

2)在桥梁加固施工过程和施工完成后，应加强部分病害较为严重的上、下部主要承重构件，如部分开裂较为严重的墩身、箱梁横隔板等，以及支座状态的监测和定期检查，若在施工过程中由于扰动导致病害较快发展或修补、加固处理后病害重新出现，须采取进一步措施进行处理。

3)桥梁病害发展是一个动态的过程，若在加固施工过程中发现新的病害，应及时处理。

4)新增桩基开挖施工中，若检测发现老桥桩基开裂较为严重，则应优先修补老桥桩基裂缝。

［1］范立础.桥梁工程［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［2］JTG B01-2003，公路工程技术标准［S］.

［3］JTG/T 50-2011，公路桥涵施工技术规范［S］.

［4］JTG/T H21-2011，公路桥梁技术状况标准［S］.