李迪雄

岳陽市公路橋梁基建總公司

某橋墩樁基偏位受力分析及糾偏施工技術(shù)

李迪雄

岳陽市公路橋梁基建總公司

本文結(jié)合多年來的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)橋墩樁基施工情況進(jìn)行了闡述，并對(duì)橋墩樁基偏位的受力情況進(jìn)行了研究，然后，提出了相應(yīng)的解決措施。通過研究表明，經(jīng)過一定時(shí)間的糾正，兩樁基可以恢復(fù)到原來的位置，通過檢測，是可以滿足設(shè)計(jì)要求的?；诖耍恼聦?duì)某某橋墩樁基偏位受力分析及糾偏施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的探究。

橋墩樁基；偏位；受力；糾偏

前言

目前，我國跨江、海公路和鐵路橋梁大都采取的是直徑比較大的獨(dú)立樁基，因此，對(duì)于橋墩樁基偏位具有非常嚴(yán)格的要求。在樁基進(jìn)行施工的過程中，由于受到多方面的原因，導(dǎo)致樁基常常會(huì)出現(xiàn)偏斜的問題，比如施工不當(dāng)或沒有科學(xué)的對(duì)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況進(jìn)行研究等等。因此，就要對(duì)產(chǎn)生偏斜的橋墩樁基科學(xué)進(jìn)行糾偏施工，下面，結(jié)合某工程實(shí)例，對(duì)某橋墩的樁基偏位受力情況進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了糾偏施工。

1 工程概況

某橋梁全長是730.5米，整個(gè)橋梁處于平坡上，兩條線的距離是4米。橋梁河床面比較平整，且起伏不大。橋臺(tái)采取的是雙線鋼筋混凝土耳墻方式，橋墩運(yùn)用單線鋼筋混凝土圓端板墩。

2 某橋墩的樁基產(chǎn)生偏位的原因及受力

2.1 原因

由于受到人為原因的影響，使橋梁河床面產(chǎn)生了嚴(yán)重的下切現(xiàn)象，這是由于當(dāng)?shù)乩习傩赵跇蛏舷掠瓮谏?、取土所致，上下游都出現(xiàn)了一個(gè)沿水流。幾年前，對(duì)橋梁上游水庫清淤加固的時(shí)候，由于挖砂導(dǎo)致局部砂坑引起3和4號(hào)橋墩出現(xiàn)了傾斜的現(xiàn)象。而5號(hào)橋墩也產(chǎn)生了小程度的傾斜。

2.2 橋墩樁基偏位受力研究

通過abaqus軟件，建立了橋梁的三維有限元的一個(gè)模型，再對(duì)橋墩樁基的偏位進(jìn)行了受力的分析。利用模型在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，橋墩采取的是梁單元，彈性模量值是30MPa，泊松比是0.2。載荷時(shí)，要對(duì)橋梁自重及橋梁上正常情況下列車的活動(dòng)載荷綜合進(jìn)行考慮。本文總共建立了以下三個(gè)模型，便于更好地進(jìn)行對(duì)比研究。

(1)載荷作用受力的分析，每一個(gè)橋墩基樁都沒有出現(xiàn)偏位。

(2)載荷作用受力的分析，3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)橋墩，上行線產(chǎn)生偏位的受力分析。

(3)載荷作用受力分析，3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)橋墩下行線產(chǎn)生偏位的抗下受力情況。

由上面所述可以知道，該橋梁橋墩的樁基出現(xiàn)偏位的是在3號(hào)、4號(hào)和5號(hào)墩，因此，這3個(gè)墩臨近梁板影響比較大，其他上梁板的影響可以忽略。通過模擬計(jì)算法分析得出，梁板最大正軸力是148kN，最大的負(fù)軸力中148kN。梁板最大正彎矩是654kN·m，最大負(fù)彎矩是437.1kN·m。

如果按橋梁上行線測量模型進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，可以得出梁板最大正軸力是154，最大負(fù)軸力是152。梁板最大正彎矩是721kN·m，最大負(fù)彎矩是493.5kN·m。與無橋墩樁基偏位進(jìn)行比較，軸力最大增加3.7%，彎矩增加12.8%。如果按橋梁下行線測量模型進(jìn)行計(jì)算的話，梁板最大正軸力是155.2kN，最大負(fù)軸力是153kN。最大正彎矩是730.6kN·m，而最大負(fù)彎矩是518.6kN·m。與無橋墩樁基偏位進(jìn)行比較，軸力最大增加4.3%，彎矩最大增加了18.6%。通過使用模型進(jìn)行計(jì)算可知，三種情況進(jìn)行對(duì)比的情況下，橋梁墩臺(tái)偏位增加了梁板軸力和彎矩，最大增幅達(dá)到4.2%和18.6%。這就對(duì)橋梁正常運(yùn)行產(chǎn)生了一定的風(fēng)險(xiǎn)，某些應(yīng)力的集中部位也極易產(chǎn)生一定的損壞，因此，要對(duì)橋墩樁基偏位進(jìn)行糾正。

2.3 墩柱偏位及開裂現(xiàn)場檢測結(jié)果

在進(jìn)行監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)墩柱產(chǎn)生比較嚴(yán)重的偏移，為了查明偏移對(duì)橋墩結(jié)構(gòu)承載力的影響，對(duì)墩柱傾斜現(xiàn)狀進(jìn)行分析，墩柱及系梁開裂做了現(xiàn)場檢測，并通過數(shù)值法對(duì)墩柱承載能力的影響進(jìn)行了評(píng)定。

從外觀進(jìn)行檢查，采取肉眼觀察及設(shè)備測量結(jié)合的方式。傾斜測量及現(xiàn)狀地形進(jìn)行檢測，采取全站儀法。通過檢測，發(fā)現(xiàn)第3-5號(hào)產(chǎn)生了一定程度的傾斜，且病害比較集中。

(1)墩柱偏位：橋墩具有一定程度的傾斜，受橋側(cè)堆土影響，右幅橋墩傾斜度比較大。

(2)混凝土開裂：墩柱開裂病害主要發(fā)生在墩柱上，都存在環(huán)向開裂情況。裂縫大部分已閉合，僅在右側(cè)發(fā)現(xiàn)1條未閉合的裂縫。墩柱裂縫分布在底系梁頂面右側(cè)位置及中系梁左側(cè)處受力較大的位置，都是受力裂縫。系梁開裂發(fā)生在底系梁及其中系梁，而且裂縫開裂的比較多。

2.4 數(shù)值分析

根據(jù)檢測情況研究，結(jié)合施工圖地質(zhì)情況，對(duì)墩頂發(fā)生傾斜量時(shí)，墩身截面強(qiáng)度及裂縫進(jìn)行驗(yàn)算。樁土間相互作用采取土彈簧剛度模擬，荷載考慮結(jié)構(gòu)自重、上部結(jié)構(gòu)荷載、水平位移和土對(duì)樁的作用。蓋梁和墩柱采取C30混凝土，樁基則采取C30水下混凝土；主筋采用Ⅱ級(jí)鋼筋。荷載：①結(jié)構(gòu)的重力：混凝土容重按照25kN/m3進(jìn)行計(jì)算，程序自動(dòng)計(jì)入；②上部結(jié)構(gòu)恒載：上部結(jié)構(gòu)小箱梁自重及橋面鋪裝、防撞護(hù)欄、中央分隔帶等，分別按照小箱梁作用于蓋梁上；③水平位移：考慮到偏移量的作用；④土對(duì)樁作用通過運(yùn)用土彈簧來模擬，在使用土彈簧剛度進(jìn)行模擬的時(shí)候，各樁土層的情況按原橋施工圖進(jìn)行計(jì)算，各土層的參數(shù)要按照規(guī)范進(jìn)行取值。

(1)渣土引起水平偏位下承載力的驗(yàn)算。荷載組合：本次對(duì)現(xiàn)階段墩頂傾斜量作用進(jìn)行分析，通過對(duì)墩身截面強(qiáng)度及其裂縫寬度進(jìn)行計(jì)算，僅考慮了水平位移，而沒有對(duì)活載效應(yīng)進(jìn)行考慮。計(jì)算使用以下荷載組合：墩身截面強(qiáng)度驗(yàn)算荷載組合：1.2恒載+1.4水平位移墩身裂縫寬度計(jì)算荷載組合：1.0恒載+1.0水平位移，對(duì)右幅墩頂傾斜量時(shí)，墩身截面強(qiáng)度驗(yàn)算，墩身截面裂縫寬度進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)計(jì)算得出，右幅墩傾斜值在土壓力存在情況下，墩頂會(huì)產(chǎn)生一定的傾斜量，墩柱截面強(qiáng)度及裂縫寬度均不滿足相關(guān)規(guī)范，墩柱抗壓承載能力安全系數(shù)是0.46和0.55，同時(shí)，墩身的裂縫寬度驗(yàn)算超出了要求，此結(jié)構(gòu)處在一個(gè)危險(xiǎn)的狀態(tài)。

(2)墩柱設(shè)計(jì)和傾斜承載力的驗(yàn)算。在墩頂設(shè)計(jì)和傾斜狀態(tài)下，對(duì)于墩身截面抗壓強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。按照其計(jì)算結(jié)果分析，在卸除土壓力的狀態(tài)下，右幅墩在傾斜狀態(tài)下，所產(chǎn)生抗壓承載力安全系數(shù)比設(shè)計(jì)狀態(tài)下有了明顯的下降，軸力的安全系數(shù)也出現(xiàn)了下降，彎矩安全系數(shù)也下降了，雖然墩身截面抗壓承載力滿足了相關(guān)要求，但在棄土推力的作用下，已產(chǎn)生了很多的病害，為了成橋以后的安全運(yùn)營，建議對(duì)橋墩采取加固處理的方法。

3 糾偏施工分析

若糾偏以后樁基處于順直微彎的狀態(tài)，而且并沒產(chǎn)生斷樁，那么，糾偏對(duì)樁基使用不會(huì)產(chǎn)生不良的影響。若把偏位樁基拆除了重新進(jìn)行建設(shè)，不但難度大、工期長，而且成本非常高，因此，拆除返工方案并不可取。根據(jù)橋墩樁基偏位受力情況分析可以知道，想要糾正樁基的位置，要在樁基偏移的一方，人為的施加一些外力，來減少樁身壓力差，一直到樁基恢復(fù)到原位為止?？梢圆扇⌒遁d止推、強(qiáng)力牽拉等的方法對(duì)于偏位綜合進(jìn)行糾正。本工程采取了以下幾個(gè)糾偏的方案。

第一，對(duì)1-9號(hào)局部河床做好加固工作，對(duì)于樁基的承臺(tái)進(jìn)行托換。由1-6號(hào)橋墩受到挖砂的影響非常大，河床面出現(xiàn)了下切的現(xiàn)象，因此，為了安全，可以采取鉆孔樁基礎(chǔ)對(duì)1-9號(hào)橋墩進(jìn)行托換。第二，為了可以有效避免砂坑范圍的不斷擴(kuò)大而對(duì)其他橋墩安全性能帶來的影響，本方案對(duì)7號(hào)和8號(hào)橋墩采取旋噴樁方式，進(jìn)行地基的加固，并通過混凝土墻對(duì)橋墩增設(shè)了保護(hù)。第三，砂坑距離0號(hào)臺(tái)還存在著一定的安全距離，因此，為了有效防止砂坑擴(kuò)張，采取了對(duì)砂坑四周地基進(jìn)行加固的方式，運(yùn)用旋噴樁，增設(shè)了混凝土墻，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋墩的保護(hù)。

4 結(jié)束語

綜上所述，文章通過使用abaqus軟件，對(duì)于某橋墩的樁基偏位受力情況進(jìn)行了分析，通過研究，橋梁墩臺(tái)偏位增加了梁板的軸力和彎矩，并增大了損壞的幾率。通過對(duì)結(jié)果的計(jì)算，選取合適的糾偏方案。此方案是比較成功的，而糾偏加固的完成，到目前為止，此橋沒有產(chǎn)生任何異常的現(xiàn)象。

[1]高文軍，許長城.某連續(xù)梁橋橋墩偏位處治和加固[J].公路交通科技，2012，12(91)：81.

[2]姚漢雄.某中橋橋臺(tái)相鄰墩樁基糾偏施工[J].廣東公路交通，2008(1)：48-49.

[3]何海.某連續(xù)彎梁橋的偏位成因及處理[J].城市道橋與防洪，2008(9)：68-70.