王敏鑒,錢(qián) 力,易清鵬

（四川公路工程咨詢(xún)監(jiān)理有限公司,四川 成都 610041）

0 引言

五橋互通主線橋共11 聯(lián)，全橋主體結(jié)構(gòu)完成施工后，橋梁右側(cè)出現(xiàn)大量棄方，第11 聯(lián)橋墩發(fā)生了嚴(yán)重偏位和開(kāi)裂。該文從橋梁病害成因分析、結(jié)構(gòu)驗(yàn)算、橋墩修復(fù)等方面介紹了該橋的維修設(shè)計(jì)過(guò)程。

1 工程概況

該橋左幅第11 聯(lián)為6×30 m 先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T 梁；右幅第11 聯(lián)為5×30 m 先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T 梁。橋墩采用圓柱墩，最大橋高25 m（圖1）。橋墩樁基采用嵌巖樁，樁端嵌入中風(fēng)化砂巖約3 倍樁徑。

圖1 第11 聯(lián)立面及平面

該橋場(chǎng)地地質(zhì)情況自上而下依次為素填土、強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂巖，覆蓋層厚度為5~8 m。

2 橋梁病害情況

該橋第 11 聯(lián)主體結(jié)構(gòu)完成施工并澆筑橋面現(xiàn)澆層后，右側(cè)出現(xiàn)大量棄方，隨即發(fā)現(xiàn)橋墩發(fā)生了嚴(yán)重的橫向偏位和開(kāi)裂，具體情況如下：

2.1 橋面系病害

該橋左幅橋護(hù)欄及伸縮縫未發(fā)現(xiàn)明顯病害；右幅橋護(hù)欄發(fā)生橫向相對(duì)錯(cuò)位12~15 cm，右幅49#墩處伸縮縫橫向錯(cuò)位、損壞。

2.2 支座病害

該橋第11 聯(lián)支座主要病害為支座移位、脫空和剪切變形，特別是左幅橋51 號(hào)墩~52 號(hào)墩和右幅橋50 號(hào)墩~51 號(hào)墩支座出現(xiàn)翹曲變形。

2.3 上部結(jié)構(gòu)病害

該橋第11 聯(lián)右幅橋發(fā)生明顯橫向移位，未發(fā)現(xiàn)梁體開(kāi)裂、明顯破損等其他病害。

2.4 下部結(jié)構(gòu)病害

該橋左幅橋51 號(hào)墩~52 號(hào)墩底及樁頂均出現(xiàn)環(huán)形裂縫，裂縫最大寬度為0.35 mm；右幅橋49 號(hào)墩~51 號(hào)墩底及樁頂出現(xiàn)環(huán)形裂縫，裂縫最大寬度為0.22 mm。樁頂系梁出現(xiàn)多條π 形裂縫，裂縫最大寬度為0.80 mm。

根據(jù)檢測(cè)資料，該橋第 11 聯(lián)橋墩發(fā)生嚴(yán)重橫向偏位， 部分橋墩樁頂偏位大幅超過(guò)規(guī)范限值，樁頂最大偏位達(dá) 770 mm （表1）。檢測(cè)報(bào)告所列樁頂偏位為實(shí)測(cè)樁頂坐標(biāo)與施工驗(yàn)收資料的差值。

表1 第11 聯(lián)樁頂偏位

橋墩橫向偏位帶動(dòng)蓋梁擋塊與梁體發(fā)生擠壓，擋塊處發(fā)生嚴(yán)重破損，擋塊出現(xiàn)斷裂，甚至完全掉落。左幅橋51 號(hào)墩~52 號(hào)墩及右幅橋50 號(hào)墩~51 號(hào)墩蓋梁擋塊破壞嚴(yán)重。

3 病害原因分析

該橋第11 聯(lián)處原地貌為溝谷地帶，線路位于左低右高的斜坡面上。橋梁主體結(jié)構(gòu)建成后，橋址附近其他工程在右側(cè)大量堆載棄方約70 000 m3，加之雨水侵蝕，使得棄土與原覆蓋層一起沿著土石分界線滑動(dòng)，引起多處地表開(kāi)裂，滑動(dòng)的土體對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的水平推力，導(dǎo)致橋墩發(fā)生偏位，樁基與周?chē)馏w脫空[1]。下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)發(fā)生相對(duì)位移，進(jìn)而引起支座剪切變形、翹曲，擋塊斷裂，護(hù)欄錯(cuò)位，伸縮縫損壞等病害。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)棄方堆載與橋梁病害發(fā)生的時(shí)間關(guān)系、橋墩偏位方向和擋塊、支座的損壞情況，以及地表裂縫變形特征，可以判定橋梁墩柱偏位、開(kāi)裂等病害為橋區(qū)右側(cè)棄方堆載誘發(fā)坡體變形所致，是典型的下部結(jié)構(gòu)受外力作用產(chǎn)生的病害[2]。

依據(jù)相關(guān)規(guī)范、原橋設(shè)計(jì)圖紙、檢測(cè)資料，對(duì)五橋互通主線橋第11 聯(lián)左幅及右幅橋建立有限元模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算（圖2）。

圖2 左幅第11 聯(lián)計(jì)算模型

計(jì)算模型對(duì)樁基的受力狀態(tài)作了一定的簡(jiǎn)化，假設(shè)巖面以上土體對(duì)樁基產(chǎn)生橫向水平推力，水平荷載作用范圍為地表至土石分界線，樁基在側(cè)面所受的荷載為均布荷載。樁基從巖層頂面至樁底采用土彈簧進(jìn)行約束。由于樁基所受的水平荷載大小無(wú)法預(yù)估，因此荷載大小通過(guò)反復(fù)試算確定，直到計(jì)算樁頂位移與檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)基本吻合為止。

在試算過(guò)程中，出現(xiàn)樁基鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，樁頂位移未達(dá)到實(shí)測(cè)偏位的情況，樁基已處于破壞狀態(tài)，此時(shí)繼續(xù)加大荷載，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果失真。讀取此時(shí)的樁頂偏位，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可判定樁基鋼筋實(shí)際受力狀態(tài)是否已經(jīng)屈服。

計(jì)算過(guò)程中如果樁頂系梁鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，對(duì)模型進(jìn)行修正，釋放系梁兩端轉(zhuǎn)動(dòng)約束，使計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際狀態(tài)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果左幅橋50 號(hào)~52 號(hào)橋墩、右幅橋49號(hào)~51號(hào)橋墩樁基鋼筋屈服時(shí)樁頂位移遠(yuǎn)小于實(shí)測(cè)偏位，樁基已處于破壞狀態(tài)。以左幅為例，樁基鋼筋屈服時(shí)樁頂位移與實(shí)測(cè)偏位的關(guān)系見(jiàn)圖3。這些橋墩編號(hào)與出現(xiàn)墩底及樁頂裂縫、支座破壞、擋塊開(kāi)裂的橋墩編號(hào)基本吻合。樁基鋼筋屈服部位發(fā)生在地面以下至土石分界線范圍內(nèi)，從外觀無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算結(jié)果對(duì)樁基受力狀態(tài)的判定起到了有力的支撐作用。

圖3 左幅11 聯(lián)橋墩樁頂偏位

其余橋墩樁頂位移達(dá)到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，鋼筋應(yīng)力、裂縫寬度處于規(guī)范限值以?xún)?nèi)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果及檢測(cè)資料綜合分析，左50 號(hào)/右49號(hào)、左51 號(hào)/右50 號(hào)、左52 號(hào)/右51 號(hào)這3 排橋墩樁基破壞嚴(yán)重，擬對(duì)這3 排橋墩及樁基礎(chǔ)拆除重建。對(duì)其余橋墩擋塊、支座、伸縮縫等病害進(jìn)行修復(fù)處治，對(duì)梁體移位進(jìn)行復(fù)位處理。

4 橋梁病害處治

該橋發(fā)生病害后，立即對(duì)橋梁右上方棄土進(jìn)行了清除，并設(shè)置了抗滑樁。根據(jù)監(jiān)測(cè)分析，土體變形趨于收斂，有利于橋梁修復(fù)工作的開(kāi)展。

經(jīng)過(guò)多方案比較，該橋采用永臨結(jié)合的方式，內(nèi)側(cè)臨時(shí)支架樁基同時(shí)作為新建橋墩永久樁基礎(chǔ)。首先采用臨時(shí)支架對(duì)上部結(jié)構(gòu)實(shí)施整聯(lián)同步頂升復(fù)位，再拆除原有蓋梁及墩柱，在永臨結(jié)合樁基上澆筑新的承臺(tái)替換原有樁基礎(chǔ)，再重建墩柱及蓋梁，實(shí)現(xiàn)下部結(jié)構(gòu)替換[3]。橋墩處治示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 橋墩處治示意圖

內(nèi)側(cè)永臨結(jié)合樁基直徑1.6 m，設(shè)置在原樁基兩側(cè)，保證最小間距要求；外側(cè)臨時(shí)樁基直徑1.2 m；鋼管柱直徑0.8 m，下端灌注混凝土。承臺(tái)混凝土澆筑時(shí)將內(nèi)排鋼管柱下端包裹在內(nèi)。重建橋墩施工完成重新落梁后，切除承臺(tái)以上鋼管柱，并恢復(fù)承臺(tái)頂面鋼筋。承臺(tái)平面見(jiàn)圖5。

圖5 新建承臺(tái)基礎(chǔ)平面

5 結(jié)語(yǔ)

橋下堆載容易引起地表變形，引起墩臺(tái)及基礎(chǔ)偏位，破壞橋梁整體結(jié)構(gòu)，影響橋梁正常使用。

該橋?qū)ο虏拷Y(jié)構(gòu)的修復(fù)方案經(jīng)過(guò)多方案比較，采用永臨結(jié)合的方式，較好地解決了墩位處有限平面內(nèi)永久樁基及臨時(shí)樁基的布置問(wèn)題，經(jīng)實(shí)踐表明處治效果良好。