某服役桥梁桥台病害分析与监测

2015-10-21凌平

建筑工程技术与设计 2015年8期

凌平

【摘要】通过某服役桥梁桥台病害情况，结合前期桥台填土沉降监测结果，对桥台病害产生的原因进行了分析，对桥台前后填土位移和有关病害的发展进行了监测。

关键词：桥台，位移，裂缝，监测

0 引言

作为桥梁的重要组成部分，桥台起着支撑桥跨结构和衔接桥跨与路基的作用，它不仅要承受桥跨传来的荷载及自重，而且还要承受台背填土的土压力及填土上车辆荷载产生的附加土压力，桥台应具有足够的强度、刚度和稳定性，对桥台地基的承载力、沉降量、地基与基础之间的摩阻力等都有一定的设计要求，以避免在荷载作用下桥台发生过大的水平位移、转动或沉降而影响桥跨的正常使用。但是对于修建在软土地基上的桥台，或台后填土较高时，桥头填土将在上覆路堤荷载作用下侧向变形和固结，对桥台稳定产生不利的影响，容易使桥台在修建和使用过程中产生各种病害，对桥梁结构产生不利影响的同时，台后沉降导致的“桥头跳车”也影响行车的舒适性和安全性[1-2]。本文依托工程实际，分析了某桥台病害产生的原因，对桥台前后填土位移和有关病害的发展进行了监测，以期为有关运营期桥台工作形状的现场监测提供参考。

1 工程概况

本桥为5跨20m空心梁板桥，中间孔为通航孔，桥面连续，全桥长105.04m，桥宽12m，桥梁纵坡1%。桥墩采用桩柱接盖梁形式，墩身直径1.3m，桩基直径1.5m，桩基均嵌入弱风化钙质泥岩不小于5m，由于桥墩较高，每个桥墩设置两道系梁；桥台台身采用肋式台，由四根直径1.2m的桩基接承台上接两片肋式台构成，两个桥台桩基嵌入弱风化钙质泥岩不小于1.0m。设计荷载为公路-II级，河流常水位98.0～100.0m，最高通航水位108.0m。本桥桥型布置图如图1所示

图1 桥梁布置示意图

本桥跨越VII级航道，通航孔净空要求为14m宽×3.5m高，由于桥面距湖底高达近28m，桥台两侧放坡约40m长度，为了减少工程造价，本桥采用5×20m跨径，台身采用抗推性较好的肋式台身。桩基考虑到台前路坡较高，水平土压力大，墩身高度较大，同时考虑桥梁使用过程中的水平制动力和水流力的作用，设计时采用桥墩直径150cm的大直径钻孔灌注桩，每个桥台采用4根直径120cm的钻孔灌注群桩承台基础，增加桥台整体抗推刚度。本桥两侧桥台台后为高填土路基，因此要求待回填土分层碾压密实至高程103m，土体稳定密实后方可进行墩台桩基的施工。

2 桥台病害及原因分析

2.1桥台病害

本桥通车运营一年后桥台出现了如下病害：

① 桥台开裂

根据现场检测，0号台台帽有1条斜裂缝，5号桥台两侧耳墙及台面共有10条裂缝，裂缝最宽5mm，裂缝示意图如图2、图3所示。

图2 0#台台面裂缝图

图3 5#台台面裂缝图

② 伸缩缝挤压变形。

该桥两桥台处各设有一条伸缩缝，伸缩缝缝宽设计值为40mm，通车后两侧伸缩缝出现不同程度的挤压现象，5号台在本次监测工作开展前测得伸缩缝宽度最小值为7mm。

2.2病害原因分析

根据本桥台后路基沉降前期观测资料，台后路基施工完成到本桥开通运营前路基沉降量达到60mm，前期沉降增长较快，后期趋缓，在开通运营一年过程中路基沉降量为3mm，台后路基沉降趋于稳定。由于桥台与路基连接处存在较大的刚度差异，本桥的台后填土地基向河床倾斜，桥台后路基填土层较高，桥台承受两部分土压力的作用，一是填土地基在台后高填土层与活载作用下，产生沉降与水平位移，对桥台桩基产生附加水平力；另外高填土路基在在自重及活載作用下，逐渐压缩并且侧向变形，对桥台产生土压力。台后地基与填土路基的附加水平力使得桥台向桥跨方向移动，导致桥台开裂以及伸缩缝挤压变形。

3监测方案

根据桥台病害特点及原因，结合前期观测的台后路基沉降已趋于稳定，对本桥桥台后土体的水平位移与沉降进行监测，并对伸缩缝和典型裂缝的变化进行监测。

3.1土体水平位移监测

（1）监测仪器

采用测斜仪对土体水平位移进行定期监测，测量的结果整理成各种曲线，反映土体的水平位移情况。测斜仪由以下四大部分组成：

1）探头：装有重力式测斜传感器。

2）测读仪：测读仪是二次仪表，需和测头配套使用。

3）电缆：连接探头和测读仪的电缆起向探头供给电源和给测读仪传递监测信号的作用，同时也起到收放探头和测量探头所在测点与孔口距离。

4）测斜管：测斜管一般由塑料管或铝合金管制成。常用直径为50～75mm，长度每节2～4m。管口接头有固定式和伸缩式两种，测斜管内有两对相互垂直的纵向导槽。测量时，测头导轮在导槽内可上下自由滑动。

（2）测点布置

土体水平位移监测点布置在5#桥台台后离伸缩缝2m处和台前护坡位置，具体布置见图4。

图4 水平位移测点布置示意图

（3）测试仪器安装

测斜管采用钻孔法安装，步骤如下：

1）钻孔：钻孔深度需大于所测新旧填土层且保证测斜管至少能进入基岩内1m，孔径比所选的测斜管大5～10cm。在土质较差地层钻孔时应用泥浆护壁。

2）接管：钻孔作业的同时，在地表将测斜管用专用束节连接好，并对接缝处进行密封处理。

3）下管：钻孔结束后马上将测斜管沉人孔中，然后在管内充满清水，以克服浮力。下管时一定要对好槽口，测斜管进入基岩内深度至少要求1m。

4）封孔：测斜管沉放到位后，在测斜管与钻孔空隙内填人细砂或水泥和膨润土拌和的灰浆，其配合比取决于土层的物理力学性能和地质情况。刚埋设完几天内，孔内充填物会固结下沉因此要及时补充保持其高出孔口。

5）保护：测斜管管口一般高出圈梁面20cm左右，周围砌设保护井，以免遭受损坏。

（4）数据测试

测斜管埋设完毕开始正式测试工作，第一周每天测试一次，以后每隔一天测一次。每次监测时，将探头导轮对准与所测位移方向一致的槽口，缓缓放至管底。待探头与管内温度基本一致、显示仪读数稳定后开始监测。一般以管口作为确定测点位置的基准点，每次测试时管口基准点必须是同一位置，按探头电缆上的刻度分划，均速提升。每隔500mm读数一次，并做记录。待探头提升至管口处。旋转180°后，再按上述方法测量测，以消除测斜仪自身的误差。

3.2裂缝监测

对两个桥台共计10条裂缝的位置、缝宽进行监测，观测裂缝长度与宽度的变化。

3.3伸缩缝监测

对0#台、5#台伸缩缝宽度进行监测，0#台沿伸缩缝选取3个测点、5#台沿伸缩缝选取4个测点。

4监测结果与分析

4.1土体水平位移监测结果

从2009年8月19日～2010年3月7日，历时共200天，对5#桥台的台前护坡和台后路基共4个测斜管位移变化情况进行监测，图5～图8为各测斜管监测过程中，纵桥向和横桥向最大位移测点随时间的变化曲线（纵桥向位移正值表示向1#墩偏移，横桥向位移正值表示向下游侧偏移）。从图中可以看出，各测斜管最大位移测点的位移变化受气温、河流水位等因素的影响，存在一定的波动性，但4个测斜管监测的不同方向土体水平位移具有较一致的规律性，纵桥向土体位移均向1#墩方向移动，横桥向土体位移均向下游侧偏移。不同测斜管最大位移测点的总体趋势是观测的前60天左右，纵、横向位移增加较快，在观测的60～120天左右时间段内位移变化值趋缓，在120天左右至观测结束，纵横向位移变化不大，部分测点位移值减小。因此，可以说明该桥5#桥台位置土体水平位移情况趋于稳定。

图5 5#臺前护坡左、右两侧测斜管纵桥向最大位移变化曲线图

图6 5#台前护坡左、右两侧测斜管横桥向最大位移变化曲线图

图7 5#台后路基左、右两侧测斜管纵桥向最大位移变化曲线图

图8 5#台后路基左、右两侧测斜管横桥向最大位移变化曲线图

4.2裂缝监测结果

裂缝监测共历时199天，分别对0#桥台台帽1条裂缝，5#桥台左侧耳墙4条裂缝、5#桥台台帽4条裂缝、5#桥台右侧耳墙2条裂缝进行了监测。整个监测过程中各裂缝长度无变化，裂缝宽度在整个监测期间，各裂缝宽度变化范围在-0.08mm～0.04mm之间，考虑温度影响，可认为裂缝宽度无明显变化。

4.3伸缩缝监测结果

伸缩缝监测共历时199天，0#台伸缩缝两侧及中部3个位置的宽度进行监测，与初始测试值比较，0#台伸缩缝的平均缝宽变化值为-1.4mm。5#台伸缩缝两侧及中部4个位置宽度进行监测，与初始测试值比较，5#台伸缩缝的平均缝宽变化值为0.55mm。从监测结果对比分析，两桥台伸缩缝缝宽无明显变化。

5 结语

（1）通过对5号桥台前后土体的水平位移进行了监测，各测斜管监测的不同方向土体水平位移具有较一致的规律性，纵桥向土体位移均向1#墩方向移动，横桥向土体位移均向下游侧偏移。监测结果表明该桥桥台位置的土体水平位移情况趋于稳定；

（2）桥台裂缝监测结果表明，在监测时段内裂缝长度无变化，裂缝宽度变化不明显；

（3）0#台伸缩缝缝宽在监测过程中，各测点平均缝宽变化值为-1.4mm；而5#伸缩缝缝宽在监测过程中所增大，各测点平均缝宽变化值为0.55mm。两条伸缩缝在监测过程中缝宽无明显变化。