■申曉彤

(福建省交通安全質(zhì)量監(jiān)督局，福州 350001)

1 前言

經(jīng)多年運(yùn)營(yíng)，國(guó)省干線聯(lián)六線某大橋橋臺(tái)處出現(xiàn)混凝土開裂、掉塊、橋梁支座錯(cuò)位、橋臺(tái)土體隆起等工程病害(見圖1～2)。該大橋梁跨越河溝及省道，場(chǎng)區(qū)屬剝蝕微丘及沖海積平原地貌，6號(hào)臺(tái)靠近山側(cè)，坡體殘坡積土，下伏花崗巖及其風(fēng)化層；0號(hào)厚層軟土。兩側(cè)橋臺(tái)及橋墩采用樁基礎(chǔ)，以中風(fēng)化花崗巖為基礎(chǔ)持力層。上部構(gòu)造采用5×25mPC連續(xù)T梁橋，橋梁全長(zhǎng)129m。下部構(gòu)造橋墩采用柱式墩、基礎(chǔ)為樁基；橋臺(tái)為肋臺(tái)配樁基礎(chǔ)。

為了及時(shí)了解和掌握橋臺(tái)動(dòng)態(tài)變形發(fā)展情況，為治理措施提供依據(jù)，對(duì)大橋橋臺(tái)及軟土深層變形進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)工程病害(橋臺(tái)開裂、支座滑移)

圖2 現(xiàn)場(chǎng)工程病害(橋臺(tái)變形懸空)

2 綜合監(jiān)測(cè)方法及設(shè)備

2.1 監(jiān)測(cè)方法

2.1.1 橋臺(tái)及墩柱位移監(jiān)測(cè)

根據(jù)結(jié)構(gòu)物特征設(shè)計(jì)布置48個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別在左右幅6號(hào)橋臺(tái)、左右幅0號(hào)橋臺(tái)及左右幅5號(hào)墩柱、左右幅1號(hào)墩柱上。選擇粘貼反光片的方式進(jìn)行布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)(如圖3)。通過全站儀對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)變化情況進(jìn)行測(cè)量，監(jiān)測(cè)橋臺(tái)及墩柱位移。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

2.1.2 傾角監(jiān)測(cè)

臺(tái)背位置為填方路基，路基填筑施工可能會(huì)對(duì)附近橋臺(tái)產(chǎn)生影響，利用傾角儀測(cè)試法監(jiān)測(cè)可以及時(shí)反饋橋臺(tái)及墩柱受到的影響情況。設(shè)計(jì)布置了18個(gè)傾角監(jiān)測(cè)點(diǎn)，左幅6號(hào)臺(tái)、左右幅5號(hào)墩柱、左右幅0號(hào)臺(tái)、左右幅1號(hào)墩柱分別布置兩個(gè)，右幅6號(hào)臺(tái)布置了4個(gè)，如圖4所示。

(1)傾角儀測(cè)試法主要工作原理

將固定式傾角儀安裝在橋梁結(jié)構(gòu)物上，當(dāng)結(jié)構(gòu)物發(fā)生變形，傾角儀可以測(cè)量出結(jié)構(gòu)物相對(duì)于重力軸線的傾角，使用安裝位置的幾何尺寸，就可以推算出結(jié)構(gòu)物監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移情況。

(2)測(cè)量及安裝方法

固定式傾角儀安裝通過膨脹螺栓直接固定到結(jié)構(gòu)體上，也可以在結(jié)構(gòu)體上先搭建一個(gè)平臺(tái)，使用三角支架和鐵板，傾角儀再固定到平臺(tái)上。現(xiàn)場(chǎng)可通過電腦使用相關(guān)軟件直接進(jìn)行測(cè)試，利用電腦接觸的RS485轉(zhuǎn)換器測(cè)量。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)傾斜計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

2.1.3 深層土體水平位移監(jiān)測(cè)

由于淤泥土抗剪強(qiáng)度低，隨著荷載的施加，淤泥層有可能在荷載作用下發(fā)生剪切破壞而側(cè)向擠出，從而導(dǎo)致地基失穩(wěn)。埋設(shè)測(cè)斜管可監(jiān)測(cè)軟土層在荷載作用下不同深度處的側(cè)向變形情況。

(1)儀器設(shè)備

采用由測(cè)斜探頭、讀數(shù)器和測(cè)斜管組成的測(cè)斜系統(tǒng)進(jìn)行。測(cè)斜管是一種可精確地測(cè)量沿垂直方向土層或圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位移的工程測(cè)量?jī)x器，擬采用目前廣泛應(yīng)用的高精度測(cè)斜管(規(guī)格 70，外徑：φ70，內(nèi)徑：φ59，導(dǎo)槽寬：5.4，導(dǎo)槽深：2，管長(zhǎng)：2m 或 4m，壁厚偏差：≤14%，導(dǎo)管扭角：≤0.2°/m)。

測(cè)斜管的工作原理是根據(jù)擺錘受重力作用為基礎(chǔ)測(cè)定以擺錘為基準(zhǔn)的弧角變化，從而計(jì)算土體在不同高程的水平位移。當(dāng)土體產(chǎn)生位移時(shí)，埋入土體中的測(cè)斜管隨土體同步位移，測(cè)斜管的位移量即為土體的位移量。一般先在土體中埋設(shè)一豎直、互成90°的4個(gè)導(dǎo)槽的PVC測(cè)管，測(cè)管在土體中受力變形，將測(cè)斜儀探頭放入測(cè)斜管導(dǎo)槽內(nèi)，放入測(cè)斜管內(nèi)的活動(dòng)測(cè)頭，每間隔一定距離測(cè)出的量是各個(gè)不同分段點(diǎn)上測(cè)斜管的軸與垂直線的夾角傾角變化 ΔXi， 而該段測(cè)管相應(yīng)的位移增量 ΔSi為：ΔSi＝Li·SinΔXi，式中Li為各段點(diǎn)之間的單位長(zhǎng)度。測(cè)得各分段位移后，可由測(cè)斜管底部或頂部為基準(zhǔn)開始累加，求得任一高程處的實(shí)際位移數(shù)值。

當(dāng)測(cè)斜管埋設(shè)的足夠深時(shí)，管底可以認(rèn)為是位移不動(dòng)點(diǎn)，管口的水平位移值Δn就是各分段位移增量的總和：

在測(cè)斜管兩端都有水平位移的情況下，需要實(shí)測(cè)管口的水平位移Δ0，并向下推算各測(cè)點(diǎn)的水平位移值Δ，即：

測(cè)斜管可以測(cè)單向位移，也可測(cè)雙向位移。

(2)布設(shè)方法

用鉆探成孔法鉆孔至設(shè)計(jì)孔深，要求測(cè)斜管嵌入軟土下相對(duì)穩(wěn)定層不小于2m，以作為嵌固端。在清干凈孔內(nèi)淤泥后，放入測(cè)斜管，管側(cè)用細(xì)砂等材料回填，且充填物的變形模量介于槽管和周圍土層之間，如圖5。

圖5 測(cè)斜管測(cè)量原理及埋設(shè)示意圖

(3)測(cè)量方法

測(cè)量時(shí)，將活動(dòng)式測(cè)頭放入測(cè)斜管，使測(cè)頭上的導(dǎo)向滾輪卡在測(cè)斜管內(nèi)壁的導(dǎo)槽中，沿槽滾動(dòng)，活動(dòng)式測(cè)頭可連續(xù)測(cè)定沿測(cè)斜管整個(gè)深度的水平位移變化。

(4)監(jiān)測(cè)資料的整理、分析

根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制位移-深度曲線。繪制時(shí)以孔底為基準(zhǔn)點(diǎn)，并分析不同土層間的水平相對(duì)位移，計(jì)算土層不同深度的側(cè)向位移及其位移速率，分析其潛在破壞面和穩(wěn)定性。本次監(jiān)測(cè)共設(shè)計(jì)布置22個(gè)測(cè)斜孔。

2.2 監(jiān)測(cè)設(shè)備

監(jiān)測(cè)工作所使用的儀器設(shè)備見下表1：

表1 儀器設(shè)備概況表

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況及數(shù)據(jù)分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況

按處理方案進(jìn)行綜合整治后，于2017年9月6日至2017年9月25日間再進(jìn)行第二階段工后效果監(jiān)測(cè)。

3.2 橋臺(tái)變形處治前監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析

布置在橋臺(tái)及墩柱各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的縱向位移較小，未見明顯發(fā)展。

水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：6#承臺(tái)上各位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移有發(fā)展，最大累計(jì)水平位移量8.1mm(監(jiān)測(cè)點(diǎn)WZ6-4，左幅6#承臺(tái)(蓋梁))；0#承臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示本階段位移有發(fā)展，最大累計(jì)水平位移量5.5mm(監(jiān)測(cè)點(diǎn)WZ0-1，左幅0#承臺(tái)(蓋梁))。通過對(duì)布置在6#、0#橋臺(tái)上的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總體分析，各位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示位移發(fā)展趨勢(shì)是由6#橋臺(tái)向5#橋墩的方向。

(1)測(cè)點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析：由于橋臺(tái)卸載，加上原橋臺(tái)已位移較大(伸縮縫已基本達(dá)位移極限)，目前變形量已較小。但如不及時(shí)處理，結(jié)構(gòu)次應(yīng)力加劇，結(jié)構(gòu)破壞不可預(yù)見。

(2)各傾角監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示：本階段各傾角監(jiān)測(cè)點(diǎn)的傾角數(shù)據(jù)有存在波動(dòng)情況，6#承臺(tái)傾角監(jiān)測(cè)點(diǎn)QZ6-2(左幅 6# 承臺(tái))、QZ6-5(左幅 6# 承臺(tái))、QY6-1(右幅 6# 承臺(tái))、QY6-4(右幅6#承臺(tái))的傾角存在變形發(fā)展，傾向朝向橋梁方向。QZ6-5(左幅6#承臺(tái))的傾角最大，最大傾角為540"。

(3)傾角儀監(jiān)測(cè)結(jié)果分析：該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)僅作為總體變形趨勢(shì)分析。橋梁承臺(tái)傾角有所變形，且左幅較大，說明左幅墩柱及橋臺(tái)仍在受力，變形有所發(fā)展。

由表1可知，相對(duì)原生產(chǎn)菌株，新菌株的種曲孢子數(shù)平均降低14.6%，圓盤制曲成曲孢子數(shù)平均降低46.29%，同時(shí)中性蛋白酶提升38.46%，谷氨酰胺酶提升18.25%，淀粉酶方面表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)，與篩選時(shí)的結(jié)果一致，論證了該菌株在制曲質(zhì)量方面的突出優(yōu)勢(shì)。

(4)深層水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：深層水平位移監(jiān)測(cè)孔 A1、A2、A3(布點(diǎn)位置：右幅 6# 承臺(tái)(臺(tái)背))淺部土體范圍水平位移仍在發(fā)展；深層水平位移監(jiān)測(cè)孔A6(布點(diǎn)位置：右幅6#承臺(tái)橋下)距孔口約7.5m深度范圍位移有發(fā)展；深層水平位移監(jiān)測(cè)孔B15(布點(diǎn)位置：左幅6#承臺(tái)橋下)距孔口約9m深度范圍位移有發(fā)展。

(5)深孔位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析：由于埋置時(shí)間較短，目前主要反映位移發(fā)展的深度位置，位移量較小。各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示6#承臺(tái)仍存在著變形發(fā)展趨勢(shì)，整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及曲線詳見圖7～10。

3.3 橋臺(tái)變形原因分析

根據(jù)深孔位移監(jiān)測(cè)鉆孔顯示，綜合所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)變形情況，初步分析橋臺(tái)變形主要原因：6#臺(tái)靠近山體，從6#臺(tái)往5#墩方向軟土由薄變厚，軟土厚度從2.3m變厚至11.4m，即軟土存在下臥硬層斜面，在高填方荷載作用下，軟土發(fā)生蠕移，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)變形。

圖6 綜合監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3.4 針對(duì)橋臺(tái)變形的綜合處治方案

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況結(jié)合對(duì)監(jiān)測(cè)成果的分析，為保證橋臺(tái)地基及橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全，采取以下措施進(jìn)行處理：

(1)左右幅 6#承臺(tái)周邊與5#墩柱之間采用3排攪拌樁施工，形成帷幕，限制該段深層土體的側(cè)向移動(dòng)。

(2)對(duì)6#承臺(tái)與橋下下穿公路之間緩坡反壓。

(3)臺(tái)背后路基填方采用輕質(zhì)泡沫混凝土填筑，減小路基填土自重對(duì)承臺(tái)的側(cè)向土壓力。

(4)已出現(xiàn)的病害情況，6#承臺(tái)上部蓋梁結(jié)構(gòu)部分重筑，承臺(tái)進(jìn)行計(jì)算并加固補(bǔ)強(qiáng)。

(5)加大監(jiān)測(cè)周期，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工處理情況針對(duì)性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.5 橋臺(tái)變形處治后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

布置在橋臺(tái)及墩柱各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的縱向位移未見明顯發(fā)展，處治后變形已趨穩(wěn)定，如圖7所示。

圖7 右幅6#承臺(tái)縱向位移量-時(shí)間曲線圖

(1)水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：6#承臺(tái)上各位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)本階段的位移發(fā)展程度較小，最大累計(jì)水平位移量為9.1mm；0#承臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示本階段位移未見明顯發(fā)展，最大累計(jì)水平位移量為4.8mm。處治后變形已趨穩(wěn)定(見圖8)。

圖8 右幅6#承臺(tái)水平向位移量-時(shí)間曲線圖

(2)各傾角監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示：本階段各傾角監(jiān)測(cè)點(diǎn)的傾角數(shù)據(jù)有存在波動(dòng)情況，處治后變形已趨穩(wěn)定(見圖9)。

(3)深層水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：深層水平位移監(jiān)測(cè)孔 A1、A2、A3(布點(diǎn)位置：右幅 6# 承臺(tái)(臺(tái)背))本階段由于施工處理原因管口以下3m左右均有破壞，管口數(shù)據(jù)有波動(dòng)，深部土體未見位移發(fā)展；本階段大部分位移監(jiān)測(cè)孔呈土體蠕動(dòng)變形狀態(tài)，處治后變形已趨穩(wěn)定(見圖10)。

圖9 右幅6#承臺(tái)傾角-時(shí)間曲線圖

圖10 深層土體水平位移-深度-時(shí)間曲線綜上所述，處治后基本達(dá)到預(yù)期效果。

4 結(jié)論

(1)通過深孔測(cè)斜鉆孔地層分析，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)變形情況，初步分析橋臺(tái)變形主要原因：6#臺(tái)靠近山體，從6#臺(tái)往5#墩方向軟土由薄變厚，軟土厚度從2.3m變厚至11.4m，即軟土存在下臥硬層斜面，在高填方荷載作用下，軟土發(fā)生蠕移，進(jìn)而引起橋臺(tái)結(jié)構(gòu)變形。。

(2)通過對(duì)綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，確定橋臺(tái)結(jié)構(gòu)變形原因，制定有效的綜合治理方案，并以監(jiān)測(cè)及驗(yàn)證處理效果，實(shí)踐證明是有效可行的，為類似工程提供參考。

(3)橋臺(tái)傾角監(jiān)測(cè)作為一種新監(jiān)測(cè)方案，還存在一定爭(zhēng)議，但因本橋臺(tái)搶險(xiǎn)工程的特殊性，治理后運(yùn)營(yíng)良好，還需結(jié)合橋臺(tái)墩柱結(jié)構(gòu)的變形及受力機(jī)理，對(duì)該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步研究。