滑坡损毁在建桥梁临时加固利用研究

冉隆飞， 李志杰， 张文学， 陈 浩

( 1.中国铁建第十二工程局集团，海南 海口 570000; 2.北京工业大学建筑工程学院，北京 100124)

由于我国西南山区地势陡峭，在施工过程中修建临时便道难度大、费用高，即便修建了施工临时便道也很难满足运梁需求，因此施工时多采用已修建好的公路作为运梁通道。如果已架设的桥梁因地质灾害发生损毁不仅自身经济损失巨大，而且如果采取直接拆除重建方案将直接影响后续架梁工作，进而影响整个过程的建设工期。如何对因滑坡损毁桥梁进行承载力评估，并提出合理的临时加固方案，确保损毁桥梁能够满足后续架梁通行，是处理滑坡损毁桥梁时必须考虑的问题。

1 工程概况

张家那大桥坐落于四川东北部大巴山区，大桥一侧桥址处位于陈家河左岸山麓斜坡上，斜坡坡度较陡、坡角在20～35°，大桥为双向四车道双幅桥。右幅大桥上部结构采用7×25 m预应力混凝土简支T形梁，左幅大桥上部结构采用8×25 m预应力混凝土简支T形梁；下部结构桥墩采用直径140 cm圆柱式墩、直径150 cm的挖(钻)孔灌注桩基础。大桥右幅立面布置如图1所示，整体俯视图如图2所示。

图1 右幅立面布置(单位：cm)

图2 张家那大桥平面布置(单位：cm)

2 滑坡损毁桥梁病害分析

2.1 灾害描述

2019年10月份受连续强降雨影响，山体滑坡导致大桥左幅2号～6号墩向左(下坡方向)横向移动3～62 cm，其中4号墩4-1#桩基折断，4-2#墩柱顶部折断，左幅桥面下沉变形严重；右幅2号～5号墩柱整体向左移动3 ～55 cm，其中3号墩盖梁与T梁之间发生明显错位变形。现场灾害状况如图3和图4所示。通过对现场调查情况和观测数据分析可知，该桥滑坡灾害特点如下：

图3 桥墩破坏 图4 桥面破坏

(1)滑坡体仍处于不稳定状态，随时有整体下滑的危险，因此应在正式处置废弃桥跨结构前予以处置，降低进一步滑动的危险。

(2)左线4号桥墩已经剪断，完全失去承载力，左线第4和第5跨T梁不仅严重下沉，且发生扭曲变形，开裂明显。

(3)左线2号桥墩和6号桥墩在滑坡灾害发生后一周内变形仍不收敛，且2号墩存在向3号墩滑移的趋势，6号墩有向5号墩滑移的趋势，应尽早加以处置。

(4)虽然右线4号墩也发生了较大横向变形、挡块脱落和部分支座脱空，但具备一定的承载能力，为确保滑坡体两侧施工需求，应对右线加以利用。

2.2 灾害成因分析

该滑坡的诱发是由自身和环境共同作用而成。

(1)本桥位区地层岩性自上而下分别是：黄褐色碎石和灰褐色～黄褐色、稍湿、可塑～硬塑的粉质黏土；青灰色风化砂岩；红褐色～青灰色风化泥质砂岩局部夹有砂质泥岩薄层，岩质较软。坡面岩体结构松散，地势陡峭，且坡脚前缘存在临空面，为滑坡的产生提供了地质地形条件。

(2)连日降水的催发作用：强降雨持续多日，并且施工破坏了坡面原有植被，表层排水受限，导致地表水下渗和淤堵。一方面降低了岩(土)体的抗剪强度，另一方面加重了滑坡体的重度。当上部岩土体随雨水的增加其自重达到某一程度时，而抗剪强度受雨水的作用减小到不能抵御滑坡体下滑推力时，此时滑动力大于抗滑力，上部岩土体在自重作用下将沿着软弱界面产生蠕变进而形成滑坡[1]。

(3)抗滑桩布置不合理：抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱，其产生支挡滑体的滑动力，起稳定边坡的作用，适用于浅层和中厚层的滑坡。本桥位抗滑桩深度满足要求，但抗滑桩距桥墩的距离为13 m，在设计时只考虑了整体滑坡，未考虑局部滑坡，导致本桥位发生了上层覆盖土局部滑坡。考虑局部滑坡，抗滑桩设计位置应距桥墩不超过6 m。

利用简化毕肖普条分法对滑坡区进行稳定计算分析。根据桥区地质情况，对上部覆盖土进行计算，稳定性计算结果如下：主滑剖面天然状态下K=1.18，处于欠稳定状态；暴雨作用下主滑剖面K=0.79，处于不稳定状态。与实际情况相符合。

2.3 滑坡灾害对桥梁墩基影响分析

桥梁受滑坡影响的典型断面如图5所示，滑坡对该桥梁的影响主要体现在以下两点：

图5 梁桥墩台受滑坡影响的典型断面

(1)冲击。滑坡发生后，滑体重量大，速度快，给桥梁极大的冲击。冲击作用下本桥左幅4号墩4-2#墩柱顶剪断，左幅第4和5跨T梁向外侧移，桥面变形严重，左幅5号墩横向位移最大为5-1#(24.3 cm)、5-2#(26 cm)；右幅3号墩柱横向位移最大为3-1#(47.3 cm)、3-2#(55 cm)，盖梁整体侧移导致防落梁挡块挤裂。桥址周围地面沿横向、纵向大面积开裂。

(2)堆载。滑坡稳定后，在桩基周围形成较厚的堆积层，造成桩基单侧堆载，使桩基产生了不均匀沉降，滑坡一周后观测右幅3-2#沉降为-40 cm、左幅5-1号墩沉降-18.6 cm。桩身挠曲以及桩的水平方向位移过大，造成上部结构发生偏移，最大偏移落差为20 cm，致使桥梁不能正常通车。

3 临时加固方案设计

张家那大桥位于巴万公路的K165+860位置，线路地形起伏较大，修建运梁通道难度极大。滑坡事故发生前张家那大桥刚刚完成架梁和桥面防水混凝土铺装施工，其前方的张家山1号、2号大桥和李家河大桥的预制梁需要从张家那大桥运送。如果将这次滑坡损毁的张家那大桥左右幅同时拆除重建，将严重影响前方桥梁的架设工作，进而影响整个项目的工期。因此及时对滑坡损毁较轻的右幅桥进行临时加固，以确保架梁道路畅通具有非常重要的意义。

通过对滑坡施工现场地质情况、桥梁损毁情况、变形移位情况的综合评估，提出首先对损毁较轻的右幅桥梁进行临时加固，确保满足前方架梁需求，然后对桥墩已经折断的左幅桥梁实施拆除重建。右幅桥具体加固方案如图6所示。

图6 桥墩加固断面布置(单位：cm)

(1)利用右侧原有未被破坏的抗滑桩：将抗滑桩周围土体开挖至顶面以下1.5 m位置，对表面混凝土凿除至露出钢筋。在抗滑桩周围设置100 cm×50 cm的C30混凝土圈梁，布置HRB400∅32 mm的受拉钢筋和∅16@20 mm的箍筋。通过圈梁将右幅2号、3号桥墩和对应位置的抗滑桩刚性连接成整体。

(2)采用DN142钢抱箍将2-1#墩顶和3-1#墩顶锁住，然后采用4束钢绞线锚索将2-1#和3-1#墩顶锚固在对应的抗滑桩上，使之与钢筋混凝土圈梁形成三角形受力结构。

(3)在2-2#和3-2#墩柱周围打入4根∅630 mm壁厚10 mm的钢管支墩，其距墩柱间距为横桥向0.8 m、顺桥向1.2 m，两钢支墩的间距要满足最小桩间距要求；钢管支墩打入深度23 m，其顶上设置双拼I40工字钢横梁将盖梁托起。

(4)为加强左右2#墩柱之间的联系，防止墩柱不均匀沉降，采用双拼I40工字钢沿2-1#(3-1#)墩柱底部与2-2#(3-2#)墩顶盖梁底部进行斜撑加固。

4 加固后承载力验算

根据该桥的原设计文件和加固方案，利用Midas软件进行建模计算，按照破坏情况，对2#～5#墩之间3跨桥梁进行建模计算。按照实际工程，4号桥墩两侧桥梁之间有D160型伸缩缝，1、2跨桥梁为连续梁。根据桩基承载力勘查资料，保守的采纳3-2#桩完全失去承载力，2-2#、4-2#桩承载力为0.5倍设计承载力初值。

分别对如下主要工况的强度、刚度和稳定性进行验算：①原始桥梁在自重作用下；②原始桥梁在自重+汽车荷载作用下；③桥梁加固后自重作用下；④桥梁加固后自重+汽车荷载作用下，并与未加固情况做对比。未加固模型如图7所示，墩底固结，主梁各T梁通过横向连接形成整体；加固模型如图8所示，墩底固结，主梁各T梁通过横向连接形成整体，钢管桩与地面固结，因抗滑桩刚度大看成与地面一体，3-2#墩破坏失去承载力按悬空布置。两个模型的布载情况均为自重二期和汽车荷载，每个集中力为(运梁车自重+T梁自重)/2，即735 kN。强度验算结果见表1。

图7 桥墩未加固模型 图8 桥墩加固模型

表1 不同工况下各构件的强度验算结果 MPa

(1)未加固桥梁在自重作用下系梁的实际拉应力和压应力均大于允许值，增大了近3倍；变形为横桥向23 mm，竖向25 mm，系梁遭到开裂破坏，与现场实际损坏情况一致。桩基础的极限承载力为6 111.26 kN，原始桥梁所需承载力为8 728 kN，不满足要求。与原桥因桩基承载力不足，桥梁产生不均匀沉降、桩基断裂结论一致。

(2)未加固桥梁在运梁荷载作用下：系梁的实际拉压应力均大于允许值，系梁与桥墩结合处产生裂缝，但较自重作用下的压应力有一定的减小；桩基极限承载力6 111.26kN，小于桥梁所需承载力9 354 kN；桥梁发生不均匀沉降，最大相对位移为30.5 mm，因此未加固桥梁不满足运梁车通行要求。

(3)桥梁采用抗滑桩+锚索+混凝土圈梁+钢支墩+斜撑的加固方案后：自重作用下以及自重+运梁车共同作用下，锚索、钢支墩和I40钢均符合要求，系梁和圈梁的压应力符合要求，拉应力可与其内部钢筋共同承担，亦满足要求；加固后桩基最大承载力为5 751 kN，小于极限承载力6 111.26 kN，桥墩最大弯矩为3 695 kN·m，小于极限弯矩5 310.69 kN·m；桥墩最大轴力为8 728.3 kN，小于极限轴力18 651 kN，因此满足承载力要求，运梁车可以通行。桥梁加固后现场运梁情况如图9所示。

桥梁加固后与未加固桥梁对比可知：盖梁应力有小幅度降低，系梁应力减小了78%～89%，相对位移由30.5 mm减小到4.5 mm、减少近67%，桩基内力亦减小2 977 kN，因此该加固方案效果显著，可以采纳。

5 结论

(1)张家那大桥位于滑裂带上，本次滑坡灾害是由不利的地形地势条件、长时间降雨的催发和设置不合理抗滑桩共同作用造成，滑坡的冲击和偏载作用导致张家那大桥部分墩柱顶剪断，部分T梁向外侧移，桥面变形。未加固桥梁在自重作用下和自重+运梁车共同作用下，系梁和桩基础遭到破坏，系梁应力和桩基承载力不满足要求，桥梁位移过大，无法允许运梁车通行。

图9 桥梁加固后运梁现场

(2)建立空间桥梁分析模型，在对灾害损伤程度进行初步分析的基础上，制定抗滑桩+锚索+混凝土圈梁+钢支墩+斜撑的加固方案。加固后桥梁在自重作用下和自重+运梁车共同作用下各构件强度、刚度和稳定性均满足要求。与未加固桥梁相比，其内力和位移响应得到大幅度的减小，加固效果显著，可以满足运梁车的正常通行，确保了整条线路建设运梁通道的畅通。