王敏鉴 钱力 易清鹏

四川公路工程咨询监理有限公司

摘 要： 桥下堆载容易导致桥墩偏位，造成下部结构损坏、梁体移位等病害，应引起工程技术人员的高度重视，避免类似情况的发生。文章以重庆万利高速五桥互通主线桥为背景，介绍了该桥在堆载作用下的病害情况，重点分析了桥梁在堆载作用下引起桥墩偏位的原因及受力状况，结合该桥的设计方案对下部结构的修复作了详细介绍，为类似桥梁病害处治提供参考。

关键词： 堆载;桥墩;偏位;修复;

作者简介： 王敏鉴（1979—）,男,本科,高级工程师,从事桥梁设计及咨询工作。;

0 引言

五桥互通主线桥共11联，全桥主体结构完成施工后，桥梁右侧出现大量弃方，第11联桥墩发生了严重偏位和开裂。该文从桥梁病害成因分析、结构验算、桥墩修复等方面介绍了该桥的维修设计过程。

1 工程概况

该桥左幅第11联为6×30 m先简支后结构连续T梁；右幅第11联为5×30 m先简支后结构连续T梁。桥墩采用圆柱墩，最大桥高25 m（图1）。桥墩桩基采用嵌岩桩，桩端嵌入中风化砂岩约3倍桩径。

该桥场地地质情况自上而下依次为素填土、强风化砂岩、中风化砂岩，覆盖层厚度为5～8 m。

2 桥梁病害情况

该桥第11联主体结构完成施工并浇筑桥面现浇层后，右侧出现大量弃方，随即发现桥墩发生了严重的横向偏位和开裂，具体情况如下：

2.1 桥面系病害

该桥左幅桥护栏及伸缩缝未发现明显病害；右幅桥护栏发生横向相对错位12～15 cm，右幅49#墩处伸缩缝横向错位、损坏。

2.2 支座病害

该桥第11联支座主要病害为支座移位、脱空和剪切变形，特别是左幅桥51号墩～52号墩和右幅桥50号墩～51号墩支座出现翘曲变形。

图1 第11联立面及平面 *载下**原图

2.3 上部结构病害

该桥第11联右幅桥发生明显横向移位，未发现梁体开裂、明显破损等其他病害。

2.4 下部结构病害

该桥左幅桥51号墩～52号墩底及桩顶均出现环形裂缝，裂缝最大宽度为0.35 mm；右幅桥49号墩～51号墩底及桩顶出现环形裂缝，裂缝最大宽度为0.22 mm。桩顶系梁出现多条π形裂缝，裂缝最大宽度为0.80 mm。

根据检测资料，该桥第11联桥墩发生严重横向偏位，部分桥墩桩顶偏位大幅超过规范限值，桩顶最大偏位达770 mm（表1）。检测报告所列桩顶偏位为实测桩顶坐标与施工验收资料的差值。

表1 第11联桩顶偏位 *载下**原图

桥墩横向偏位带动盖梁挡块与梁体发生挤压，挡块处发生严重破损，挡块出现断裂，甚至完全掉落。左幅桥51号墩～52号墩及右幅桥50号墩～51号墩盖梁挡块破坏严重。

3 病害原因分析

该桥第11联处原地貌为沟谷地带，线路位于左低右高的斜坡面上。桥梁主体结构建成后，桥址附近其他工程在右侧大量堆载弃方约70 000 m3，加之雨水侵蚀，使得弃土与原覆盖层一起沿着土石分界线滑动，引起多处地表开裂，滑动的土体对桥梁下部结构产生很大的水平推力，导致桥墩发生偏位，桩基与周围土体脱空[1]。下部结构与上部结构发生相对位移，进而引起支座剪切变形、翘曲，挡块断裂，护栏错位，伸缩缝损坏等病害。

通过现场弃方堆载与桥梁病害发生的时间关系、桥墩偏位方向和挡块、支座的损坏情况，以及地表裂缝变形特征，可以判定桥梁墩柱偏位、开裂等病害为桥区右侧弃方堆载诱发坡体变形所致，是典型的下部结构受外力作用产生的病害[2]。

依据相关规范、原桥设计图纸、检测资料，对五桥互通主线桥第11联左幅及右幅桥建立有限元模型，进行结构分析计算（图2）。

计算模型对桩基的受力状态作了一定的简化，假设岩面以上土体对桩基产生横向水平推力，水平荷载作用范围为地表至土石分界线，桩基在侧面所受的荷载为均布荷载。桩基从岩层顶面至桩底采用土弹簧进行约束。由于桩基所受的水平荷载大小无法预估，因此荷载大小通过反复试算确定，直到计算桩顶位移与检测报告数据基本吻合为止。

图2 左幅第11联计算模型 *载下**原图

在试算过程中，出现桩基钢筋应力达到屈服强度时，桩顶位移未达到实测偏位的情况，桩基已处于破坏状态，此时继续加大荷载，会导致计算结果失真。读取此时的桩顶偏位，与实测数据进行对比，可判定桩基钢筋实际受力状态是否已经屈服。

计算过程中如果桩顶系梁钢筋达到屈服强度，对模型进行修正，释放系梁两端转动约束，使计算结果更接近实际状态。

根据计算结果左幅桥50号～52号桥墩、右幅桥49号～51号桥墩桩基钢筋屈服时桩顶位移远小于实测偏位，桩基已处于破坏状态。以左幅为例，桩基钢筋屈服时桩顶位移与实测偏位的关系见图3。这些桥墩编号与出现墩底及桩顶裂缝、支座破坏、挡块开裂的桥墩编号基本吻合。桩基钢筋屈服部位发生在地面以下至土石分界线范围内，从外观无法进行检测，计算结果对桩基受力状态的判定起到了有力的支撑作用。

图3 左幅11联桥墩桩顶偏位 *载下**原图

其余桥墩桩顶位移达到实测数据时，钢筋应力、裂缝宽度处于规范限值以内。

根据计算结果及检测资料综合分析，左50号/右49号、左51号/右50号、左52号/右51号这3排桥墩桩基破坏严重，拟对这3排桥墩及桩基础拆除重建。对其余桥墩挡块、支座、伸缩缝等病害进行修复处治，对梁体移位进行复位处理。

4 桥梁病害处治

该桥发生病害后，立即对桥梁右上方弃土进行了清除，并设置了抗滑桩。根据监测分析，土体变形趋于收敛，有利于桥梁修复工作的开展。

经过多方案比较，该桥采用永临结合的方式，内侧临时支架桩基同时作为新建桥墩永久桩基础。首先采用临时支架对上部结构实施整联同步顶升复位，再拆除原有盖梁及墩柱，在永临结合桩基上浇筑新的承台替换原有桩基础，再重建墩柱及盖梁，实现下部结构替换[3]。桥墩处治示意图见图4。

内侧永临结合桩基直径1.6 m，设置在原桩基两侧，保证最小间距要求；外侧临时桩基直径1.2 m；钢管柱直径0.8 m，下端灌注混凝土。承台混凝土浇筑时将内排钢管柱下端包裹在内。重建桥墩施工完成重新落梁后，切除承台以上钢管柱，并恢复承台顶面钢筋。承台平面见图5。

图4 桥墩处治示意图 *载下**原图

图5 新建承台基础平面 *载下**原图

5 结语

桥下堆载容易引起地表变形，引起墩台及基础偏位，破坏桥梁整体结构，影响桥梁正常使用。

该桥对下部结构的修复方案经过多方案比较，采用永临结合的方式，较好地解决了墩位处有限平面内永久桩基及临时桩基的布置问题，经实践表明处治效果良好。

参考文献

[1] 谌润水,胡钊芳,帅长斌.公路旧桥加固技术与实例[M].北京：人民交通出版社, 2002.

[2] 张树仁.桥梁病害诊断与加固设计[M].北京：人民交通出版社, 2013.

[3] 刘士林,许宏元,叶见曙,等.公路桥梁加固设计规范:JTG/T J22—2008[S].北京：人民交通出版社, 2008:106.

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