某主线桥桥墩偏位病害与影响分析

某主线桥桥墩偏位病害与影响分析

孙飞

辽宁省市政工程设计研究院有限责任公司辽宁沈阳110006

摘要：某主线桥桥墩发生了严重偏位、桥梁支座发生明显移位、脱空、挡块出现崩裂等病害，本文针对以上病害进行了现场检测，并结合数值模拟检算，对桥墩偏位的影响、偏位原因进行了深入分析，具有一定工程实际处理和参考价值。

关键词：偏位；检测；数值模拟；分析。

Abstract：Abridgepierofamainlinebridgesufferedfromseriousmisalignment，obviousdisplacementofthebridgesupport，voidremovalandcrackingofthestopper.thispapercarriedouton-siteinspectionoftheabovediseases，combinedwithnumericalsimulationandcalculation，carriedoutanin-depthanalysisoftheinfluenceofthepiermisalignmentandthecausesofthemisalignment，whichhascertainpracticalengineeringtreatmentandreferencevalue.

Keywords：Offset；Testing；Numericalsimulation；Analysis.

1项目概况

桥墩及桩基是支撑桥梁上部结构及桥上动静载，保证桥梁正常使用的重要构件。一旦桥墩、桩基出现超限偏位，会极大削弱墩柱及桩基承载力和稳定性，降低桥梁使用寿命。

某主线桥左幅全桥共11联，孔径布置为（6×30）＋（2×30）＋（6×30）＋（2×26.25＋17.5）＋（6×30）＋（29.13＋29＋2×30）＋（4×30）＋4×（6×30），桥梁全长1641.13m。右幅全桥共11联，孔径布置为（5×30）＋3×（6×30）＋（29＋4×30）＋（3×30）＋（2×30）＋（6×30）＋3×（5×30），桥梁全长1632m。标准段桥宽12m。

左线50#~53#墩、右线49~52#墩位于斜坡底部宽缓地带居民区内，架空最大高度为30.00m。横向地形坡角5~30°，纵向地形坡角一般小于10°。右线53#墩位于斜坡中部，架空高度为11.30~14.70m。横向地形坡角为5~35°，纵向地形坡角15°左右。左线54#墩位于斜坡中部，架空高度为14.90m。横、纵向地形坡角为10°左右。地表均被第四系土层所覆盖，厚2.50~8.50m，下伏基岩为泥岩、砂岩，以砂岩为主，强风化底界面随地形起伏而起伏。

右线第11联为5跨预制T梁，墩台为49#墩～54#台范围；左线第11联为6跨预制T梁，墩台为49#墩～55#台范围。第11联桥墩均为双柱墩，墩柱上接盖梁，墩柱下为桩。

全桥架设完成后，施工单位在日常巡查中发现主线桥第11联右线地面斜坡上出现大量弃土，同时发现桥梁挡块出现崩裂、桥墩发生了严重偏位、桥梁支座发生明显移位、脱空等病害。

2病害情况

（1）、桩基和桩基系梁：左幅51#～52#墩、右幅50#～51#墩桩基及桩基系梁分别出现大量较规则的环向裂缝和Π形裂缝：左幅桩环形裂缝最长4.2m，最宽1.10mm；左幅桩基系梁出现多条Π形裂缝，裂缝最宽0.80mm，最长3.5m。右幅桩环形裂缝最长4.4m，最宽0.60mm；右幅桩基系梁Π形裂缝最宽0.80mm，最长3.6m。由于桥位处土体滑移，造成地面明显开裂，由于桩柱的阻挡，导致桥位处桩和土存在较大空隙。

（2）、主梁及墩身：左幅51#～52#墩墩柱底均出现环形裂缝，裂缝最宽0.35mm，最长3.07m；右幅49#墩～51#墩均出现环形裂缝，裂缝最宽0.22mm，最长3.3m；左幅51#和52#墩墩柱系梁左侧呈现U形裂缝，右侧呈现Π形裂缝，裂缝最宽0.40mm，最长3.79m；右幅50#墩和51#墩墩柱系梁左侧呈现U形裂缝，右侧呈现Π形裂缝，裂缝最宽0.20mm，最长2.65m；左幅51#～52#墩和右幅50#～51#墩右侧盖梁防震挡块与T梁马蹄接触、挤压破坏。

（3）、支座：第11联支座病害主要为支座移位、脱空和剪切变形等；左幅51#墩～52#墩和右幅50#墩～51#墩支座移位、脱空、剪切变形特别严重，部分支座临近脱落；右幅48#墩支座有移位、脱空、剪切变形等病害。

（4）、第11联桥面系：右幅左侧护栏相对偏位12.0cm，右侧护栏相对偏位14.5cm。右幅49#墩处伸缩缝横向错位、损坏。

支座变形护栏变位

桩基与周围土缝隙桥位周边土开裂

图1桥梁病害现场照片

（5）、墩底整体偏位：左幅墩底整体偏位纵桥向最大为215mm，横桥向最大为561mm（左52-2#墩柱）；右幅墩底整体偏位纵桥向最大为416mm，横桥向最大为773mm（右51-2#墩柱）[1]。墩底整体偏位结果见表1，墩底整体偏位见图3～图4。

表1左、右幅第11联和右幅第10联最后一跨墩底整体偏位检测结果

表2桥墩墩底整体偏位结果表

（6）、墩身倾斜度：左幅50#～53#墩墩身倾斜度纵向最大60.6mm，横桥向最大为51.5mm；右幅49#～51#墩倾斜度纵向最大109.0mm，横桥向最大为82.0mm。左幅49#、54#墩和右幅48#、52#墩以及53#墩倾斜度曲线呈锯齿状，表明施工误差对倾斜度曲线的影响很大。

3数值检算及影响分析

3.1数值检算

由于主线桥建成后，在第11联线路右侧斜坡地带开始大量堆载弃土（约70768m3），并引起多处地表开裂。综合主梁与桥墩相对偏位较大、盖梁防震挡块被主梁挤坏、支座纵横向均发生多处较大滑移以及各种试算分析成果，可推定桥墩（基础）偏位主要原因为：线路右侧堆载大量弃土，导致大量弃土与原地基土一起沿着土层与基层分界线发生滑移，土体对桩基产生水平推力，最终引起桩基、墩柱等产生偏位。因此，在水平荷载作用下可通过分析桥梁桩基达到屈服时桩顶的最大横向偏位来判断实际桥梁桩基是否断桩（不再考虑桩基承载力作用）。

由于左幅49#、54#墩和右幅48#、53#墩桩基完全埋于岩石中，表面几乎没有土体覆盖，因此没有土体对其产生推力也不会发生偏位，且实测数据显示桩顶基本没有偏位。因此，其余桩基钢筋屈服时最大横向偏位理论分析结果见表2。

表3桩基钢筋屈服时桩顶横向计算偏位表

经过分析并结合现场实测数据，可得到左幅50#～53#墩和右幅49#～52#墩桩基系梁及墩柱系梁受力均不满足规范要求；左幅49#、54#墩和右幅48#、53#墩桩基系梁及墩柱系梁受力均满足规范要求[1][2]。桩基、墩柱和盖梁计算结果见表3～表4。

表4左幅第11联桥墩计算结果表

表5右幅第11联及第10联最后一跨桥墩计算结果表

3.2影响分析

通过数值检算，桥墩偏位病害与影响分析如下：

（1）、左幅50#～52#墩和右幅49#～51#墩，损伤严重：桩顶实测横向偏位52～772mm。桩顶实测偏位远大于桩基钢筋屈服时的桩顶横向计算偏位（18.0～27.6mm），桩基钢筋已经屈服，已超过规范设计值330MPa[2]，混凝土表面裂缝宽度已超过规范限值0.2mm要求；地面以上桩基和桩基系梁发现多条宽度超过规范限值0.2mm要求的裂缝。墩柱、墩柱系梁和桩基系梁的钢筋拉应力最大值基本都已超过规范设计值330MPa，混凝土表面裂缝宽度基本都已超过规范限值0.2mm[2]要求；且现场发现有超过规范限值0.2mm要求的裂缝。盖梁结构受力满足规范要求；通过外观检测，未发现受力裂缝，但左幅51#～52#墩和右幅50#～51#墩的防震挡块由于受到T梁马蹄挤压，已发生破坏。

（2）、左幅53#墩和右幅52#墩，桩基和桩基系梁钢筋可能屈服：桩顶实测横向偏位23～24mm。桩顶实测偏位稍大于桩基钢筋屈服时的桩顶横向计算偏位（21.2～21.9mm），桩基和桩基系梁钢筋已经屈服，已超过规范设计值330MPa，混凝土表面裂缝宽度已超过规范限值0.2mm要求；地面以上桩基和桩基系梁均未发现裂缝。墩柱、墩柱系梁和盖梁的结构受力满足规范要求；现场未发现裂缝。建议左幅53#墩和右幅52#墩桩基及桩基系梁应及时进行加固处治[4]。

（3）、左幅49#墩、54#墩和右幅48#墩、53#墩，未见损伤：桩顶实测横向偏位0～7mm。桩基完全埋于岩石中，表面几乎没有土体覆盖，因此没有土体对其产生推力，其结构受力满足规范要求，墩柱、系梁和盖梁的结构受力亦满足规范要求。

4结论与建议

通过现场桩柱偏位和盖梁的损坏情况，以及地表裂缝等变形特征，结合桥墩偏位影响分析，判定病害原因为：由于桩基周边弃土对原状土的作用，导致原状土体产生滑移，从而导致桩基断桩、桩基系梁开裂、盖梁挡块挤压破碎、支座严重脱空移位、T梁移位等病害。

桩基断桩及桥墩偏位处理不仅施工难度大、费用高，而且还影响整个桥梁的使用寿命[3]。为避免出现类似情况，要加强桥位周边的弃土、地基开挖等可能产生桥墩偏位的相关作业监管，杜绝类似事故再次发生。本文结合实际情况提出以下处治建议，具有一定工程实际处理和参考价值：

（1）、建议采取“清方减载+截排水+变形监测+紧急疏散警戒”的应急处治方案，并根据监测结果及时动态调整，及时对桥梁进行全面检测和加固。

（2）、建议对左线50#～52#墩和右线49#～51#墩的墩柱、系梁和桩基均应立即进行加固处治；建议对左线51#～52#墩和右线50#～51#墩盖梁防震挡块应立即进行加固处治；建议对左线53#墩和右线52#墩桩基及桩基系梁应及时进行加固处治[3]。

（3）、建议下部结构加固完成后需要对左、右线第11联桥墩处T梁复位和支座更换。

（4）、建议对右线第10联最后一跨T梁进行复位，并对右线48#墩处支座进行更换。

（5）、建议针对目前桩基、桥墩及主梁偏位、地基不稳定等因素建立监测系统，开展监测工作并制定专项应急预案。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准.JTGD60-2015，公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2015：5-18.

[2]中华人民共和国行业标准.JTGD62-2004，公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2012：8-40.

[3]中华人民共和国行业推荐性标准.JTG/TH21-2011，公路桥梁技术状况评定标准[S].北京：人民交通出版社，2011：6-75.

[4]中华人民共和国行业标准.JTGF80/1-2017，公路工程质量检验评定标准[S].北京：人民交通出版社，2017：12-26.

作者简介：

孙飞，1981-，男，安徽青阳人，汉族，高级工程师，硕士，主要从事路桥设计、桥梁检测与试验等工作。