周家沖大橋病害分析及處理

錢 盈

（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院 武漢 430051）

1 工程概況

周家沖大橋?yàn)槟掣咚俟坊ネㄖ骶€橋，分左右2幅，跨徑均采用4×30m＋4×30m連續(xù)箱梁，見圖1。上部結(jié)構(gòu)為等寬箱梁，單箱單室箱型截面，箱梁頂板寬12m，底板寬6.3m，橋面板靠中心線側(cè)懸臂3.1m，線路外側(cè)懸臂2.6m，梁高1.7m，頂板厚度25cm，底部厚度25cm，腹板厚度45cm。箱梁繞橋梁中心線剛性旋轉(zhuǎn)形成橋面橫披。為保證支座均勻受力，在梁底設(shè)置混凝土契形墊塊調(diào)平，使同一墩臺號處的支座頂面處于同一水平面上。

圖1 橋型立面圖（單位：m）

下部結(jié)構(gòu)橋墩均采用板式橋墩，承臺采用矩形實(shí)體鋼筋混凝土承臺，厚度分為2m和2.5m 2種，樁基礎(chǔ)采用直徑1.5m或1.8m的挖孔灌注樁基礎(chǔ)，地質(zhì)為微風(fēng)化片巖。

主梁施工采用滿布膺架逐節(jié)段施工，于2004年年底開工建設(shè)，至2008年建成。

2 橋梁病害檢測

2010年6月，發(fā)現(xiàn)周家沖橋右幅4號橋墩伸縮縫處，橋面發(fā)生豎向和平面的錯(cuò)位；2010年7月，發(fā)現(xiàn)周家沖橋右幅4號橋墩墩頂縱向偏位。

經(jīng)現(xiàn)場查勘，右幅橋4號墩支座發(fā)生破壞，具體病害為：支座上下鋼板發(fā)生錯(cuò)位，橫橋向錯(cuò)位10cm；支座內(nèi)的滑板和球冠鋼襯板部分位移到支座上下鋼板以外；支座滑板發(fā)生嚴(yán)重變形；伸縮縫處梁體發(fā)生豎向錯(cuò)位2cm。

根據(jù)上述病害，初步判定該病害是由于4號橋墩在堆土（成橋后施工棄土）土壓力作用下產(chǎn)生了較大的變形所致［1－2］。在此基礎(chǔ)上，對該橋墩根部堆土進(jìn)行清運(yùn)，并對橋墩埋置部分進(jìn)行了開挖，開挖完成后養(yǎng)護(hù)人員認(rèn)真進(jìn)行了檢查，并在該橋墩根部（承臺頂面以上）2m內(nèi)發(fā)現(xiàn)了多條裂縫。檢測結(jié)果如下：

（1）右幅4號墩墩頂伸縮縫檢查。根據(jù)量測，右幅橋4號墩墩頂伸縮縫產(chǎn)生了較大的豎向錯(cuò)臺，具體為小樁號側(cè)高于大樁號側(cè)2cm。

（2）右幅4號墩墩頂支座檢查。墩頂支座上下鋼板發(fā)生錯(cuò)位，順橋向錯(cuò)位10cm，支座內(nèi)的滑板和球冠鋼襯板部分移位到支座上下鋼板以外，支座滑板發(fā)生嚴(yán)重變形。

（3）右幅4號墩偏位檢查?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)該橋墩向小樁號側(cè)有明顯傾斜。橋墩傾斜偏位檢測采用垂線法測量，主要對順橋向偏位進(jìn)行了檢測，實(shí)測時(shí)垂長14m，傾斜偏位13cm，傾斜度為0.93%。根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80／1－2004）第8.6.2條，墩身傾斜度允許偏差為0.3%，且最大傾斜偏位量不得大于20mm。右幅4號墩傾斜度及傾斜偏位量均達(dá)到規(guī)定允許值的300%及650%，說明該墩變形傾斜嚴(yán)重，并造成支座錯(cuò)位10cm，橋面錯(cuò)臺2cm，嚴(yán)重影響正常行車。根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》［3］表3.5.2－3橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)，該墩傾斜變形可評為5類，處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

（4）右幅4號墩根部裂縫檢測。清運(yùn)完成橋墩處堆土后，在橋墩根部共發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫8條，總長2 259cm，最大裂縫寬0.34mm，長487cm。由于橋墩根部長期埋置在地下水位以下，裂縫內(nèi)均長期被泥水填充，目前大部分裂縫已經(jīng)被泥漿膠結(jié)，裂縫深度無法測量，各裂縫具體情況見表1，裂縫分布見圖2和圖3。根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》表3.5.2－4有筋墩身裂縫允許最大限寬為0.25mm，由表可知，墩身6號裂縫超限。由于上述裂縫均為結(jié)構(gòu)性裂縫，且最大裂縫寬度超過限值，根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》表3.5.2－3橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)，該墩裂縫可評為5類，處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

表1 右幅4號墩裂縫檢測統(tǒng)計(jì)表

圖2 右幅4號墩外側(cè)裂縫分布示意圖

圖3 右幅4號墩大樁號側(cè)裂縫分布示意圖

由于橋墩為方形截面，裂縫深度可根據(jù)開裂范圍進(jìn)行推定，以最大的6號裂縫為例，根據(jù)橋墩外側(cè)側(cè)面裂縫及大樁號側(cè)面裂縫組成的三角形面積即可推定橋墩混凝土受拉開裂區(qū)（見圖4）。經(jīng)計(jì)算，6號裂縫開裂區(qū)面積為墩身截面面積的39%（根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》表3.5.2－4墩身裂縫不允許貫通墩身截面的一半），其他裂縫混凝土開裂區(qū)均小于6號裂縫。

圖4 右幅4號墩6號裂縫開裂區(qū)示意圖

檢測結(jié)論：

（1）周家沖大橋右幅4號墩完工后在較大高度的堆土（互通施工棄土）作用下，產(chǎn)生了較大的變形，同時(shí)在過大的土壓力作用下，橋墩根部產(chǎn)生開裂。

（2）現(xiàn)場共發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫8條，總長2 259 cm，最大裂縫寬0.34mm，長487cm。最大裂縫寬度超限（限值0.2mm）。

（3）由于橋墩傾斜偏位過大，傾斜度為0.93%，傾斜度超限（限值0.3%），并造成墩頂支座嚴(yán)重錯(cuò)位受損，伸縮縫明顯錯(cuò)臺，嚴(yán)重影響正常行車。

（4）根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》表3.5.2－3橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)，該墩可評為5類，處于危險(xiǎn)狀態(tài)，必須馬上進(jìn)行維修加固。

（5）由于該橋處在高速公路運(yùn)營路段，交通流量較大，為避免梁體在重車作用下橋墩再次破壞，建議在維修加固前封閉交通（目前已封閉）。

（6）由于堆土清運(yùn)不徹底，建議采取有效措施防止開挖后無防護(hù)的高邊坡松土再次坍塌對橋墩產(chǎn)生沖擊破壞。

（7）制定適當(dāng)?shù)奶幹梅桨福皶r(shí)進(jìn)行加固處理。

3 病害處理

根據(jù)橋梁病害情況，對橋墩橫向受力進(jìn)行模擬分析，計(jì)算結(jié)果表明：墩身在高15m單側(cè)最不利土壓力作用下，墩身底部5m范圍內(nèi)截面承載能力不滿足要求，截面裂縫寬度超出規(guī)范要求，墩頂水平位移42.9mm［4］（由于墩身開裂后，截面消弱，在荷載作用下會發(fā)生二次效應(yīng)，因此實(shí)際偏位大于理論計(jì)算值），截面鋼筋應(yīng)力超過鋼筋屈服應(yīng)力。與現(xiàn)場測量結(jié)果較為吻合，需對橋墩進(jìn)行維修處理，具體措施如下：

（1）橋下堆載處理。周家沖橋橋高約20m，橋下堆載填土高約15m，土壓力嚴(yán)重威脅周家沖橋的安全。由于橋下堆載是橋墩偏位的主要原因，為消除堆土荷載，同時(shí)提供施工操作空間，具體措施包括：①遵循平衡卸載原則，均衡清除橋下堆載；②卸載后填土邊坡設(shè)置2階邊坡，坡率為1∶1和1∶1.25，中間設(shè)3m 平臺；③在坡腳設(shè)置擋土墻，擋土墻距承臺不小于3m；④坡面采用槳砌拱形骨架防護(hù)。

（2）墩身維修處理。根據(jù)檢測報(bào)告和計(jì)算結(jié)論，鑒于橋墩破壞情況，具體措施包括：①搭設(shè)支架頂升梁體；②鑿除破壞區(qū)域混凝土至原墩柱主筋外露；③首先讓墩身自身彈性回位，觀測殘余變形，如殘余變形不滿足規(guī)范要求需強(qiáng)力糾偏，但嚴(yán)防強(qiáng)力糾偏過程中出現(xiàn)新的受力裂縫；④灌漿封閉原墩身裂縫；⑤植入加強(qiáng)主筋和聯(lián)系鋼筋，澆筑加強(qiáng)墩身，高3.5m；⑥落梁和支架拆除后，澆筑支架基礎(chǔ)和原承臺接縫，形成整體承臺基礎(chǔ)。

（3）附屬構(gòu)件處理。根據(jù)檢測報(bào)告，橋梁右幅4號墩處支座和伸縮縫均已破壞，具體措施包括：①墩身修復(fù)完成后，根據(jù)實(shí)際情況更換橋梁支座［5］；②落梁工作完成后，根據(jù)伸縮縫損壞情況更換伸縮縫。

（4）主要施工步驟［6－7］。拆除兩聯(lián)橋梁橋面聯(lián)系→清除橋下填土，完善邊坡防護(hù)等→澆筑支架基礎(chǔ)，并預(yù)留好與原有基礎(chǔ)的接縫鋼筋和支架預(yù)埋件→搭設(shè)頂升梁體的支架，頂升梁體，嚴(yán)格控制頂升位移量→鑿除混凝土保護(hù)層至原墩身主筋，墩身回位，必要時(shí)強(qiáng)力糾偏→墩身回位完成后，封閉墩身裂縫→植筋并澆筑加強(qiáng)墩身→更換原橋梁支座→落梁并拆除支架→修復(fù)橋面伸縮縫等聯(lián)系裝置→澆筑支架承臺與原承臺間的接縫→對承臺進(jìn)行填土，防止地表水在承臺附近聚集，做好相關(guān)防護(hù)工作。

4 結(jié)論與建議

（1）橋梁的建設(shè)應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)文件執(zhí)行，不僅結(jié)構(gòu)尺寸、鋼筋布置等橋梁自身要素必須按設(shè)計(jì)文件執(zhí)行，而且周邊環(huán)境要素同樣應(yīng)按設(shè)計(jì)文件執(zhí)行。

（2）山區(qū)高速公路橋梁的設(shè)計(jì)工作，應(yīng)充分考慮橋下堆載或橋墩附近環(huán)境對橋墩存在的潛在威脅，充分考慮外在荷載對橋梁結(jié)構(gòu)的影響。

（3）對于已建設(shè)完畢的橋墩，不得在橋墩附近堆載，以免對橋墩造成不平衡受力，導(dǎo)致橋墩破壞。

（4）對位于斜坡地段的橋墩，應(yīng)加強(qiáng)考慮不平衡土壓力對樁基和橋墩的剪切作用，確保結(jié)構(gòu)安全。

（5）加強(qiáng)橋梁運(yùn)營階段的養(yǎng)護(hù)工作，發(fā)現(xiàn)橋梁病害后，應(yīng)分析產(chǎn)生病害的根本原因，從源頭上對橋梁進(jìn)行維修。

［1］馮忠居，張永清.預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)加固處理滑坡上橋墩偏移［J］.西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，21（3）：39－41.

［2］尹 里.東江鐵路大橋橋墩偏移整治工程施工監(jiān)控［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2012，31（13）：65－66.

［3］JTG H11－2004公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］JTG D62－2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］楊 波.高速公路特大橋支座更換施工技術(shù)［J］.技術(shù)研發(fā)，2012，19（7）：90－91.

［6］李少芳，王 東，韓永平.漢施公路某橋質(zhì)量危害分析及加固處理技術(shù)［J］.交通工程建設(shè)，2004（1）：13－19.

［7］JTG JTG／T F50－2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2011.