白旦旦

（中國(guó)華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司,廣東廣州 510600）

1 概況

在同德圍南北高架橋項(xiàng)目施工的過程中，發(fā)現(xiàn)該橋左幅10#墩發(fā)生差異沉降、蓋梁水平向位移。為了保證廣北立交橋的正常運(yùn)營(yíng)安全及同德圍項(xiàng)目的施工安全，需分別對(duì)整體沉降、差異沉降及蓋梁水平向位移對(duì)既有橋梁上部和下部產(chǎn)生的附加效應(yīng)做進(jìn)一步的詳細(xì)分析，得出數(shù)值方面的可靠數(shù)據(jù)，以便于各方做及時(shí)的預(yù)警及應(yīng)對(duì)措施。由于在橋梁施工過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估存在各種方法，本文對(duì)既有高速公路橋梁進(jìn)行數(shù)值分析，列出各項(xiàng)分析結(jié)果，旨在積累工程經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)與同行交流[2，3]。

2 差異沉降等效應(yīng)對(duì)上部T梁及端橫隔板的影響

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）規(guī)定：結(jié)構(gòu)計(jì)算模型、幾何特性、邊界條件等必須與實(shí)際結(jié)構(gòu)相一致；結(jié)構(gòu)計(jì)算模型必須能反映結(jié)構(gòu)分階段形成的特點(diǎn)，正確反映各重要工況下的結(jié)構(gòu)特性及荷載狀況。

計(jì)算中實(shí)際建模時(shí)，將全橋劃分為3 406個(gè)節(jié)點(diǎn)、3 904個(gè)單元、5個(gè)施工階段及1個(gè)運(yùn)營(yíng)階段（見表 1）。

根據(jù)該項(xiàng)目的實(shí)際情況，將7#～11#軸上下部整體建模，如圖1所示。

表1 施工階段劃分

圖1 整體模型

取離10#墩臨近的9#～10#跨外邊梁跨中截面作為代表性截面進(jìn)行強(qiáng)度及裂縫驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)截面見圖2。

圖2 跨中T梁截面

上部結(jié)構(gòu)為梁格模型，根據(jù)端橫梁劃分單元，其截面見圖3。

圖3 端橫梁截面

根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示T梁截面兩個(gè)極限狀態(tài)均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。由計(jì)算內(nèi)力結(jié)果可以看出10#墩整體沉降、差異沉降及蓋梁橫向水平位移對(duì)上部T梁產(chǎn)生的附加效應(yīng)占總內(nèi)力的不足1%，故認(rèn)為其對(duì)上部T梁的影響可以不計(jì)。與上部T梁為4×16 m的先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系的實(shí)際受力概況一致。

通過計(jì)算結(jié)果顯示差異沉降及蓋梁水平向位移對(duì)端橫梁產(chǎn)生的附加內(nèi)力與活載相當(dāng)，甚至超過，但由于這兩個(gè)效應(yīng)對(duì)端橫梁作用是相反效應(yīng)，結(jié)果顯示截面兩個(gè)極限狀態(tài)均能滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，但過程發(fā)展中，不同的工況組合可能會(huì)出現(xiàn)裂縫超限的情況。

3 差異沉降等效應(yīng)對(duì)下部蓋梁的影響

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在10#墩、2號(hào)墩柱頂出現(xiàn)裂縫，如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)裂縫蓋梁照片

與數(shù)值分析位置吻合，故取10#墩2號(hào)墩柱頂截面作為代表性截面進(jìn)行強(qiáng)度及裂縫驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)截面見圖5。

圖5 模型中蓋梁截面

通過計(jì)算結(jié)果顯示蓋梁截面承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，正常使用極限狀態(tài)裂縫寬度隨著差異沉降及蓋梁水平位移的變化或滿足或不滿足規(guī)范要求。由計(jì)算內(nèi)力結(jié)果可以看出10#墩整體沉降對(duì)蓋梁產(chǎn)生的附加效應(yīng)占總內(nèi)力的不足1%，故認(rèn)為其對(duì)蓋梁的影響可以不計(jì)。經(jīng)不同工況組合的試算，結(jié)果得出差異沉降及蓋梁橫向強(qiáng)制位移對(duì)蓋梁產(chǎn)生的附加效應(yīng)對(duì)總內(nèi)力影響較大，計(jì)算時(shí)必須認(rèn)真根據(jù)實(shí)際工況組合考慮。

4 差異沉降等效應(yīng)對(duì)下部既有樁基（預(yù)制管樁）的影響

取發(fā)生差異沉降最明顯的10#墩Ⅰ、Ⅱ樁基作為分析對(duì)象，如圖6所示。

圖6 模型中10#墩預(yù)制管樁

經(jīng)計(jì)算分析，樁身在蓋梁水平位移作用下，樁身水平向位移將在樁頂以下約9 m位置產(chǎn)生拐點(diǎn)，樁頂以下約11.5 m處水平向位移為0，既有管樁尺寸為Φ550 mm管徑，壁厚t=100 mm，其截面最小回轉(zhuǎn)半徑 i=√（I/A）=0.163，長(zhǎng)細(xì)比 L0/i=2×9/0.163=110.4。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）中第5.3節(jié)規(guī)定，在考慮撓曲二階效應(yīng)產(chǎn)生的影響情況下，通過長(zhǎng)細(xì)比考慮來對(duì)軸心受壓構(gòu)件承載力進(jìn)行折減，經(jīng)查表5.3.1，穩(wěn)定系數(shù)取0.48，既管樁最大軸向抗力為 0.48×2 276=1 092.5（kN）。經(jīng)過試算，在差異沉降8.6mm的情況下，在上部3個(gè)車道正常運(yùn)營(yíng)的情況下，蓋梁水平位移理論最大值為17mm，此時(shí)最大軸力為-1 090.8 kN＜1 092.5 kN，與既有預(yù)制管樁強(qiáng)度限制較為接近。

考慮到既有管樁從施工完成距今已有24 a，本著安全原則適當(dāng)考慮一定的安全儲(chǔ)備，綜合現(xiàn)場(chǎng)各種因素，最后建議蓋梁最大水平向位移不超過15 mm，警戒值取13 mm，達(dá)到警戒值后應(yīng)及時(shí)采取措施來控制位移發(fā)展，建議通過蓋梁卸載和橋墩樁基一定深度范圍注漿加固等措施來控制差異沉降及水平位移的發(fā)展。

5 結(jié)語

（1）在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高速發(fā)展的今天 ，為了加強(qiáng)市政及公路橋梁的施工安全管理，優(yōu)化施工方案組織，提高施工現(xiàn)場(chǎng)安全預(yù)控有效性，提供及時(shí)、科學(xué)的決策依據(jù)，對(duì)施工環(huán)境復(fù)雜、施工工藝復(fù)雜的橋梁工程，過程控制要求采用安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的科學(xué)方法，同時(shí)也提出了更高的要求。

（2）常規(guī)地定性分析的方法易受主觀因素的影響，有可能使結(jié)果產(chǎn)生偏差，容易偏保守。該項(xiàng)目在具體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程就提出要定量分析的要求，該項(xiàng)目在具體的實(shí)施過程中，數(shù)值分析的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際能夠較好吻合，得到了實(shí)踐的考驗(yàn)。

[1]廣鐵深圳土木工程公司.廣環(huán)高速公路跨廣北立交橋竣工圖[Z].深圳：廣鐵深圳土木工程公司,1990.

[2]JTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[3]JTJ 021-89,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].