某桥墩桩基偏位受力分析及纠偏施工研究

柯代川

摘 要：文章主要对桥墩桩基的现场施工情况，运用有限元分析软件abaqus着重分析了桥墩桩基偏位的受力情况，并在此基础上提出了合理的纠偏施工措施。可以使用卸载止推、反相堆载、挖坑卸荷、强力牵拉等方法对桩基偏位进行综合的纠正。事实证明，经过一段时间的缓慢纠正，两桩基能大致上恢复到原位，经检测完全能满足设计的要求。

关键词：桥墩桩基；偏位；受力分析；纠偏

当前我国的跨江、跨海公路和铁路的桥梁大部分都是采用直径较大的独立桩基，因而对桥墩桩基的偏位要求很严格。在桩基的实际施工过程中，由于各方面的原因导致桩基偏斜的现象经常发生，比如施工处理不当或者没有科学地考虑当地的地质情况等等。因而必须对发生偏斜的桥墩桩基进行科学的纠偏施工，文章结合工程实例，对某桥墩桩基偏位进行了受力分析，并就此实施了纠偏施工。

1 工程概况

郜河特大桥位于朔黄铁路神池南至肃宁北段线路上，为了跨越郜河而特意建造。其中心里程为K288+041.41，孔跨布置为22-23米。桥梁全长为731.5米，使用的是预应力混凝土梁。整个桥梁处在平坡道和直线上，双线之间的距离为4米。桥梁处的河床面比较平整，起伏较小，河床面高程在101.4米到103.3米。桥梁的桥台采用的是双线钢筋混凝土耳墙式，桥墩使用的是单线钢筋混凝土圆端形板式墩。

2 桥墩桩基偏位成因及受力分析

2.1 桥墩桩基偏位成因

一些人为因素导致桥梁在建成后的河床面严重下切，这是由于当地的老百姓经常在桥的上下游挖砂、取土。上游出现一个沿水流方向长约200米，沿桥身方面约170米，深度约为9.5米的砂坑。下游出现了一个沿水流方向长约300米，沿桥身方面约260米，深度约为8.5米的砂坑。前几年在对桥梁的上游水库进行清淤加固处理时，因挖砂产生的局部砂坑引起了3号和4号桥墩的倾斜。5号桥墩也出现小程度的倾斜。3号、4号、5号墩偏位的示意图和统计见图1和表1。

图1 桥梁上行线桥墩的偏位示意图

表1 上、下行线桥墩偏位情况统计表

2.2 桥墩桩基偏位受力分析

首先使用abaqus软件建立一个桥梁的三维有限元模型，然后对桥墩桩基偏位进行受力分析，模型如图2所示。利用模型进行计算时，桥墩采用梁单元，弹性模量取为30MPa，泊松比取为0.2。载荷需要考虑桥梁的自重以及桥梁上正常情况下的列车活动载荷。文章一共建立了以下三个情况的模型，以便更好地对比分析。

2.2.1 分析桥梁在载荷的作用下，各桥墩基桩没有发生偏位时的受力状况。

2.2.2 分析桥梁在载荷作用下，3号、4号、5号桥墩在上行线偏位情况下的受力状况。

2.2.3 分析桥梁在载荷作用下，3号、4号、5号桥墩在下行线偏位性抗下的受力状况。

由前文可知，该桥梁的桥墩桩基偏位主要发生在3号、4号、5号墩，所以该3个墩的临近梁板的影响很大，其他墩台上的梁板影响可以忽略不计。文章中主要针对3号、4号和5号墩临近梁板进行对比分析。图3和图4分别是桥梁墩桩基无偏位时，梁板的轴力图和弯矩图。

图3 桥梁墩桩基无偏位时梁板的轴力图

图4 桥梁墩桩基无偏位时梁板的弯矩图

通过模拟计算可得出梁板的最大正轴力为148.9kN，最大的负轴力为148.5kN。梁板中的最大正弯矩为654.8kN·m，最大负弯矩为437.1kN·m。

当按照桥梁上行线测量进行模型计算时，梁板的轴力图和弯矩图如图5和图6所示。计算得出梁板的最大正轴力为154.kN，最大负轴力为152.3kN。梁板的最大正弯矩为721.7kN·m，最大负弯矩为493.5kN·m。相比无桥墩桩基偏位，轴力最大增加了3.7%，弯矩最大增加了12.9%。

图5 桥梁墩桩基上行线偏位梁板轴力图

图6 桥梁墩桩基上行线偏位梁板弯矩图

当按照桥梁下行线测量进行模型计算时，梁板的轴力图和弯矩图如图7和图8所示。计算得出梁板的最大正轴力为155.3kN，最大负轴力为153kN。梁板的最大正弯矩为730.7kN·m，最大负弯矩为518.8kN·m。相比无桥墩桩基偏位，轴力最大增加了4.3%，弯矩最大增加了18.7%。

图7桥梁墩桩基下行线偏位梁板轴力图

图8桥梁墩桩基下行线偏位梁板弯矩图

通过模型计算，对比三种情况，桥梁墩台的偏位大大增加了梁板的轴力和弯矩，最大增加幅度分别达到了4.3%和18.7%。这就增加了桥梁正常运行的风险，某些应力集中的部位很容易出现损坏，因此必须及时地对桥墩桩基偏位进行纠正。

3 纠偏施工的研究

如果纠偏后的桩基处于顺直微弯的状态，且没有产生断桩的现象，那么纠偏对桩基以后的使用不会产生不良的影响。如果将偏位桩基拆除重建，不仅难度大，工程周期长，而且成本很高，因而拆除返工的方案不经济。根据桥墩桩基偏位的受力分析可知，要想纠正桩基的位置，需要在桩基偏移的一方人为地施加外力来减小桩身的压力差，直到桩基恢复原位为止。可以使用卸载止推、反相堆载、挖坑卸荷、强力牵拉等方法对桩基偏位进行综合的纠正。本工程中决定采用以下纠偏方案。

首先，对1-9号的局部河床进行加固，对桥墩桩基承台进行托换。由于1-6号桥墩受上下游挖砂的影响大，河床面已经下切到了93.5的高程，为了安全起见，应该采用钻孔桩基础对1-9号的桥墩桩基承台进行托换。其次，为了避免砂坑的范围进一步扩大而影响其他桥墩基础的安全使用性能，本方案中对7号和8号桥墩之间的迎水侧采取了旋喷桩加固地基，并增设一个混凝土墙对桥墩进行保护。最后，由于目前砂坑距离0号台还有一定的安全距离，为了防止砂坑向0号台处扩张，本方案中对砂坑的四周进行地基加固，采用的主要是旋喷桩方法，并增设混凝土墙对桥墩进行保护。纠偏过程中的防护示意图如图9所示。

4 结束语

文章通过有限元分析软件abaqus计算了郜河特大桥的桥墩桩基偏位的受力情况，结果表明桥梁墩台的偏位大大增加了梁板的轴力和弯矩，最大增加幅度分别达到了4.3%和18.7%，大大地增加了桥梁损坏的几率。针对计算结果，确定适当的纠偏方案。事实证明，该方案是成功的。纠偏加固完成至今，郜河特大桥没有发生任何的异常情况。

参考文献

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