徐　燕，安鳴曉

（1.無錫市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇 無錫 214031；2.無錫路橋集團股份有限公司，江蘇 無錫 214101）

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匝道橋側(cè)移病害成因分析及處治

徐燕1，安鳴曉2

（1.無錫市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇 無錫 214031；2.無錫路橋集團股份有限公司，江蘇 無錫 214101）

摘要：針對某匝道連續(xù)彎梁橋側(cè)移病害，文章對其產(chǎn)生的原因進行分析，并采取有針對性的糾偏與加固措施，建議對于軟土地段的高架橋應(yīng)避免在墩臺單側(cè)堆土。

關(guān)鍵詞：連續(xù)彎梁橋；側(cè)移病害；成因分析；處治措施

匝道連續(xù)彎梁橋在經(jīng)過多年運營后，由于外力、溫度和行車等的橫向效應(yīng)，易出現(xiàn)徑向位移和墩身傾斜，進而誘發(fā)橋梁的側(cè)移病害［1-3］。本文針對無錫市某R匝道連續(xù)彎梁橋側(cè)移病害，分析其產(chǎn)生的原因以及加固、糾偏方法。

1　工程概況

某特大高架橋工程R匝道橋全長660 m，其上第2聯(lián)4#~7#墩位于半徑R=700的緩和曲線上，7#~9#墩位于半徑R=700圓曲線上，設(shè)1.3%超高，處在3.035%縱坡上。下部結(jié)構(gòu)為花瓶式獨柱墩，承臺基礎(chǔ)下為4根樁徑120 cm的鉆孔灌注樁；上部結(jié)構(gòu)為5×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)的組合箱梁。橋面寬（0.5+10.5+0.5）m，橋面伸縮縫采用FM120仿毛勒伸縮縫，4#墩、9#墩處為四氟滑板支座，5#墩、6#墩、7#墩、8#墩處為板式橡膠支座。橋梁設(shè)計荷載：公路-I級；設(shè)計車速：80 km/h。橋位土質(zhì)表層為雜填土，下層為淤泥質(zhì)亞黏土及亞黏土。

R匝道連續(xù)彎梁橋通車6年后第2聯(lián)（4#~9#墩）橋梁突然發(fā)生側(cè)移。上部梁體整體呈順時針平轉(zhuǎn)，9#墩處梁體向北側(cè)移123.6 mm，4#墩處梁體向南側(cè)移50.1 mm，5#~8#墩處梁體均有一定的橫向移位，4#~9#墩均出現(xiàn)不同程度的移位，8#墩的墩頂橫向移位最大達159.2 mm，具體數(shù)據(jù)見表1［4］。

表1　橋梁移位變化表（向南為“-”，向北為“+”） mm

經(jīng)實測，聯(lián)端最大位移發(fā)生在9#墩，最大錯位達138 mm；橋面高程與設(shè)計值接近；下部結(jié)構(gòu)蓋梁防撞擋塊鋼筋脹裂暴露，擋塊內(nèi)側(cè)開裂，9#墩北側(cè)擋塊曾發(fā)生過擠壓而嚴重開裂，最大縫寬11 cm，擋塊功能喪失。9#墩處伸縮縫發(fā)生嚴重的剪切變形，橡膠條破損，多個支座存在剪切變形、橡膠開裂、脫空和滑移（見圖1）。剪切變形最大發(fā)生在8#墩處，達35 mm，最大滑移出現(xiàn)在9#墩處，滑移量達112 mm。

經(jīng)技術(shù)評定，R匝道橋第二聯(lián)（4#~9#墩）等級為4類，須停止使用。

圖1　支座剪切變形、梁體與支座相對滑移示意（單位：mm）

2　橋梁側(cè)移成因分析

2.1地質(zhì)原因

8#橋墩兩側(cè)表層地質(zhì)差異明顯，北側(cè)處于不規(guī)則的河溝中；南側(cè)地質(zhì)條件較差：表層0.3 m雜填土下為3.8 m淤泥質(zhì)亞黏土、6.6 m亞砂土及8.9 m亞黏土。

2.2南側(cè)堆土影響

8#墩柱南側(cè)堆放大量棄土和石塊，堆土最高達7.3 m；北側(cè)有一條河溝，河溝已被鉆孔灌注樁施工時產(chǎn)生的泥漿填滿?，F(xiàn)場跟蹤觀測數(shù)據(jù)顯示，8#墩柱南側(cè)部分堆土開始卸載和駁運后，梁體橫向偏移有變小趨勢，偏移值減小1.2 cm。8#墩位附近土層特性見表2。

表2　墩柱南側(cè)土層性能

（1）堆土穩(wěn)定性分析

采用瑞典條分法按堆土高度7 m對8#墩柱南側(cè)土體的穩(wěn)定性進行計算。假設(shè)圓弧滑動面位于淤泥質(zhì)亞粘土內(nèi)，沿老河溝由南向北。經(jīng)檢算8#墩柱南側(cè)堆土穩(wěn)定系數(shù)為0.48~0.85，小于1，出現(xiàn)整體滑動的可能性很大。

（2）承臺側(cè)向土壓力計算

滑動體對墩柱將產(chǎn)生橫向推動作用，由于8#墩南側(cè)存在老河溝，堆土對承臺產(chǎn)生的主動土壓力為：

作用在承臺的水平向土壓力為：

式中：B為承臺寬，取5.4 m；H為承臺高，取2 m；h0為堆土高，取7 m；γ1、γ2為土層密度，分別取17.5 kN/m3和17 kN/m3；K為主動土壓力系數(shù)，取0.88；δ取2.4°。

計算可得E=1 297.3 kN，EX=1 296.2 kN。

堆土對承臺下南側(cè)的2根樁身產(chǎn)生水平向土壓力，直徑1.20 m的樁身計算寬度為1.828 m；計算高度（暫計算淤泥質(zhì)亞粘土部分，實際影響深度大于）為1.8 m；則2根樁身頂部水平向土壓力為：E1X=2×1.828× （1/2×17.5×1.82+17×1.8×9）×0.88×cos2.4=976 kN。

該橋第2聯(lián)總荷載為36 250 kN，每墩垂直荷載為7 250 kN；8#墩處為板式橡膠支座， 摩阻系數(shù)0.3計算，則支座摩阻力E2X=7 250×0.3=2 175 kN。由此可見，堆土作用在8#墩承臺和樁基頂部上的水平向土壓力的合力EX+E1X已大于支座摩阻力E2X，水平向土壓力促使匝道橋墩身向北傾斜。

7#墩南側(cè)同樣有大量堆土，但堆土離墩柱有一段距離，堆土高度由北向南3~7 m遞增。同理計算可得，堆土作用在7#墩承臺和樁基頂部上的水平向土壓力的合力小于支座摩阻力。

2.3車輛行駛的影響

橋面正常行駛的車輛產(chǎn)生的離心力也會使彎斜坡的橋梁體發(fā)生一定的橫向位移，若施工中支座放置不理想、變形，梁體則不會恢復(fù)到原來的設(shè)計狀態(tài)。檢查該區(qū)域相鄰的其它L、G匝道彎橋（橋下墩柱兩側(cè)堆土高度基本相同）、R匝道橋第3聯(lián)橋（位于半徑R=700 m的圓曲線上、橋下無堆土），均沒發(fā)現(xiàn)梁體明顯位移，故認為車輛產(chǎn)生的離心力對本次R匝道橋梁體位移有影響，但影響因素較小。

綜上所述，橋位地質(zhì)差，匝道橋8#墩柱南側(cè)大量堆土石塊造成軟土滑移產(chǎn)生的土壓力導(dǎo)致樁頂向北偏移、樁身斷裂、橋梁墩柱傾斜，進而傳遞到橋梁上部結(jié)構(gòu)，由此誘發(fā)R匝道橋第2聯(lián)梁體向北偏移，帶動其它墩身向北傾斜，引發(fā)整聯(lián)橋的支座、伸縮縫及其他附屬設(shè)施出現(xiàn)變形破壞。

3　橋梁病害處治

鑒于R匝道橋第2聯(lián)的橋梁下部橋墩出現(xiàn)橫向變位，上部梁體總體順時針平轉(zhuǎn)，橋面系狀況較好的現(xiàn)狀，在樁身應(yīng)力計算分析的基礎(chǔ)上，對8#、7#墩樁身進行鉆孔檢測。經(jīng)檢測7#墩樁身未見斷裂現(xiàn)象；8#樁身骨料及樁與承臺底部連接處有斷裂現(xiàn)象，孔深12.6 m處有寬度0.5~3 mm的裂縫且已滲水，樁身混凝土多處出現(xiàn)澆筑縫，須對其進行基礎(chǔ)加固、橋面糾偏措施。

不同的堆土高度和距離對墩柱產(chǎn)生的側(cè)移影響不同，進而導(dǎo)致墩柱本身和使橋梁內(nèi)部產(chǎn)生殘余內(nèi)力，因此必須先清運南側(cè)堆土。同時由于8#墩柱產(chǎn)生了水平變位及轉(zhuǎn)角，在上部結(jié)構(gòu)頂升糾偏前，需對蓋梁、墩柱進行應(yīng)力驗算。采用橋梁有限元計算程序橋梁博士V3.0，按上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)偏心20 cm計算橫向彎矩，結(jié)果顯示橋墩蓋梁、墩柱承載能力極限狀態(tài)承載力及正常使用階段應(yīng)力滿足規(guī)范要求，不需加固。

3.1橋面位移的糾偏

檢測數(shù)據(jù)顯示橋面標高（見表1）雖有變化，但數(shù)量很??；實測梁體變位最大位移值是在墩頂最小位移的9#墩處，達123.6 mm，而不在墩頂位移最大的8#墩處，伸縮縫的錯位情況、9#墩北側(cè)擋塊破裂狀況及梁體變位與墩頂位移不一致，說明橋面系剛度很大。對集中頂推法和分散頂推法進行比較，綜合考慮設(shè)備、糾偏時間、操作和經(jīng)濟因素，結(jié)合橋面系剛度很大的實際情況，采用反力架集中頂推的方法對橋面系進行糾偏。

在梁體有偏移的墩頂之上，設(shè)計反力架（見圖2），利用墩頂蓋梁作為反力座，將千斤頂集中力施以梁體北側(cè)的一個側(cè)面上，利用千斤頂?shù)捻斖屏κ箻蛎媪后w和蓋梁發(fā)生相對位移，達到糾偏的目的。因橋面系中沒有影響橋面橫向剛度的裂縫，本次糾偏只設(shè)7#墩和8#墩2個反力架，另設(shè)1個能靈活移動的輔助反力架在離堆土位置較遠的5#墩上，也可根據(jù)橋面位移的情況和規(guī)律，另行選點輔助頂推。

糾偏前首先將兩端伸縮縫垃圾徹底清除干凈，開始頂升橋面，并在全橋原有的橡膠支承的上部墊上δ=3 mm的不銹鋼板和δ=1 mm厚的F4板，充分減少蓋梁和橋面梁體間的摩阻系數(shù)。在墩頂蓋梁的支座墊石外設(shè)置扁千斤頂，將一個墩上的梁體全部頂起，頂升高度不超過1 cm。在一個墩上共設(shè)16臺千斤頂按常規(guī)方法同步頂升，到全墩支座滑板墊好后整體同步下落；然后進入另一墩進行同樣的工作，至全聯(lián)支座都墊好滑板為止。由于梁體的頂升和潤滑作用，全聯(lián)滑板墊好后，發(fā)現(xiàn)兩端伸縮縫的移位情況已經(jīng)回復(fù)到9#墩98.5 mm，4#墩-15.9 mm（見表3）。

糾偏時在每個反力架上設(shè)置2個1 000 kN的水平千斤頂，千斤頂?shù)牡撞烤o貼在反力架橫梁上，頭部對準端橫梁位置的梁體側(cè)面，分5級進行頂推糾偏。糾偏時重點觀測兩端伸縮縫錯位情況，頂推直至伸縮縫接頭齊平為止，然后量取各墩偏移量是否符合規(guī)律。值得說明的是除消除兩端伸縮縫錯位外，還應(yīng)特別關(guān)注8#墩的偏移量，因為8#墩是在有偏移的情況下進行加固（使用加4根Φ120灌注樁和重新澆筑承臺），新舊墩的剛度很大，偏移量接近實際偏移量，同時5#墩因遠離堆土區(qū)，所得偏移量也可認為接近實際偏移量。經(jīng)過5個階段的糾偏后，最后獲得的糾偏量見表3。

圖2　反力架設(shè)計圖（單位：cm）

表3　橋梁偏移量對照表 mm

由于該聯(lián)橋梁的許多橡膠支座、兩端伸縮縫發(fā)生剪切破壞，在糾偏后更換全部該聯(lián)橡膠支座和伸縮縫橡膠條。鑿除全部破損擋塊，調(diào)直鋼筋并重新綁扎，部分植筋后再澆注C30混凝土。

3.28#墩結(jié)構(gòu)加固，增設(shè)鉆孔樁和扁擔(dān)托梁

由于8#墩樁基已斷裂，根據(jù)計算，需在承臺南北兩側(cè)增設(shè)4根鉆孔樁和扁擔(dān)托梁，新增樁與原樁的中心距3 m，樁徑、樁長及配筋同原設(shè)計；扁擔(dān)托梁置于原承臺上方，厚度設(shè)計為3 m，平面尺寸為6.0 m×11.4 m，將8#墩樁包纏在中間，

混凝土強度設(shè)計為C30。為增強新老混凝土之間的粘結(jié)，將8#墩樁原承臺頂3 m高度四面鑿毛、植筋，梅花型布設(shè)水平間隔50 cm、斜向45°的鋼筋。扁擔(dān)托梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，順橋（東西）向布置24根精軋螺紋鋼筋，在墩柱外側(cè)分4層設(shè)置；橫橋（南北）在扁擔(dān)托梁底部20 cm、墩柱兩側(cè)各設(shè)置一層5根精軋螺紋鋼筋，對墩柱施加預(yù)應(yīng)力；預(yù)應(yīng)力索施加在扁擔(dān)托梁上，使梁有一個向上的拱力。8#墩樁結(jié)構(gòu)加固見圖3。

圖3　8#墩柱結(jié)構(gòu)加固示意圖（單位：cm）

4　結(jié)語

該聯(lián)橋梁的加固和糾偏于2012年完工，目前已通車3年多，情況穩(wěn)定，現(xiàn)場觀測4#、9#橋墩相鄰梁體平面位置沒有變化，兩端伸縮縫、橋下支座完好。

軟土地段的高架橋下不能設(shè)為棄土場，尤其不能在墩臺單側(cè)堆土。橋墩兩側(cè)不對稱的堆土和運輸棄土車輛的移動、卸土引起承臺樁基周邊軟土擾動、滑移，易導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)墩身傾斜和徑向位移，若發(fā)生于小半徑單車道的匝道彎橋上，有可能出現(xiàn)嚴重的塌梁和次生災(zāi)害，應(yīng)引起重視。

參考文獻

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Lateral Cause Analysis and Treatment for Ramp Bridge Disease

Xu Yan1， An Mingxiao2
（1. Wuxi City Traffic Engineering Quality Supervision Station， Wuxi 214031， China；2. Wuxi Road & Bridge Group Co.， Ltd.， Wuxi 214101， China）

Abstract:According to the lateral disease of a continuous curved girder bridge， it's causes are analyzed and corresponding correction and reinforcement measures are used. It is suggested that soil should not be stacked by one side of abutment for viaduct in soft soil area.

Key words:continuous curved girder bridge； lateral disease； cause analysis； treatment method

中圖分類號：U445.7+1

文獻標識碼：A

文章編號：1672–9889（2016）03–0051–03

收稿日期：（2015-08-04）

作者簡介：徐燕（1962-），女，江蘇無錫人，高級工程師，主要從事交通工程設(shè)計、建設(shè)和質(zhì)量監(jiān)督工作。