堆载引起的桥墩偏位受力分析及修复处治

2023-09-21王敏鉴易清鹏

交通科技与管理 2023年17期

关键词：右幅挡块偏位

王敏鉴,钱力,易清鹏

（四川公路工程咨询监理有限公司,四川成都 610041）

0 引言

五桥互通主线桥共11 联，全桥主体结构完成施工后，桥梁右侧出现大量弃方，第11 联桥墩发生了严重偏位和开裂。该文从桥梁病害成因分析、结构验算、桥墩修复等方面介绍了该桥的维修设计过程。

1 工程概况

该桥左幅第11 联为6×30 m 先简支后结构连续T 梁；右幅第11 联为5×30 m 先简支后结构连续T 梁。桥墩采用圆柱墩，最大桥高25 m（图1）。桥墩桩基采用嵌岩桩，桩端嵌入中风化砂岩约3 倍桩径。

图1 第11 联立面及平面

该桥场地地质情况自上而下依次为素填土、强风化砂岩、中风化砂岩，覆盖层厚度为5~8 m。

2 桥梁病害情况

该桥第 11 联主体结构完成施工并浇筑桥面现浇层后，右侧出现大量弃方，随即发现桥墩发生了严重的横向偏位和开裂，具体情况如下：

2.1 桥面系病害

该桥左幅桥护栏及伸缩缝未发现明显病害；右幅桥护栏发生横向相对错位12~15 cm，右幅49#墩处伸缩缝横向错位、损坏。

2.2 支座病害

该桥第11 联支座主要病害为支座移位、脱空和剪切变形，特别是左幅桥51 号墩~52 号墩和右幅桥50 号墩~51 号墩支座出现翘曲变形。

2.3 上部结构病害

该桥第11 联右幅桥发生明显横向移位，未发现梁体开裂、明显破损等其他病害。

2.4 下部结构病害

该桥左幅桥51 号墩~52 号墩底及桩顶均出现环形裂缝，裂缝最大宽度为0.35 mm；右幅桥49 号墩~51 号墩底及桩顶出现环形裂缝，裂缝最大宽度为0.22 mm。桩顶系梁出现多条π 形裂缝，裂缝最大宽度为0.80 mm。

根据检测资料，该桥第 11 联桥墩发生严重横向偏位，部分桥墩桩顶偏位大幅超过规范限值，桩顶最大偏位达 770 mm （表1）。检测报告所列桩顶偏位为实测桩顶坐标与施工验收资料的差值。

表1 第11 联桩顶偏位

桥墩横向偏位带动盖梁挡块与梁体发生挤压，挡块处发生严重破损，挡块出现断裂，甚至完全掉落。左幅桥51 号墩~52 号墩及右幅桥50 号墩~51 号墩盖梁挡块破坏严重。

3 病害原因分析

该桥第11 联处原地貌为沟谷地带，线路位于左低右高的斜坡面上。桥梁主体结构建成后，桥址附近其他工程在右侧大量堆载弃方约70 000 m3，加之雨水侵蚀，使得弃土与原覆盖层一起沿着土石分界线滑动，引起多处地表开裂，滑动的土体对桥梁下部结构产生很大的水平推力，导致桥墩发生偏位，桩基与周围土体脱空[1]。下部结构与上部结构发生相对位移，进而引起支座剪切变形、翘曲，挡块断裂，护栏错位，伸缩缝损坏等病害。

通过现场弃方堆载与桥梁病害发生的时间关系、桥墩偏位方向和挡块、支座的损坏情况，以及地表裂缝变形特征，可以判定桥梁墩柱偏位、开裂等病害为桥区右侧弃方堆载诱发坡体变形所致，是典型的下部结构受外力作用产生的病害[2]。

依据相关规范、原桥设计图纸、检测资料，对五桥互通主线桥第11 联左幅及右幅桥建立有限元模型，进行结构分析计算（图2）。

图2 左幅第11 联计算模型

计算模型对桩基的受力状态作了一定的简化，假设岩面以上土体对桩基产生横向水平推力，水平荷载作用范围为地表至土石分界线，桩基在侧面所受的荷载为均布荷载。桩基从岩层顶面至桩底采用土弹簧进行约束。由于桩基所受的水平荷载大小无法预估，因此荷载大小通过反复试算确定，直到计算桩顶位移与检测报告数据基本吻合为止。

在试算过程中，出现桩基钢筋应力达到屈服强度时，桩顶位移未达到实测偏位的情况，桩基已处于破坏状态，此时继续加大荷载，会导致计算结果失真。读取此时的桩顶偏位，与实测数据进行对比，可判定桩基钢筋实际受力状态是否已经屈服。

计算过程中如果桩顶系梁钢筋达到屈服强度，对模型进行修正，释放系梁两端转动约束，使计算结果更接近实际状态。

根据计算结果左幅桥50 号~52 号桥墩、右幅桥49号~51号桥墩桩基钢筋屈服时桩顶位移远小于实测偏位，桩基已处于破坏状态。以左幅为例，桩基钢筋屈服时桩顶位移与实测偏位的关系见图3。这些桥墩编号与出现墩底及桩顶裂缝、支座破坏、挡块开裂的桥墩编号基本吻合。桩基钢筋屈服部位发生在地面以下至土石分界线范围内，从外观无法进行检测，计算结果对桩基受力状态的判定起到了有力的支撑作用。