某橋墩樁基偏位受力分析及糾偏施工研究

柯代川

摘 要：文章主要對橋墩樁基的現(xiàn)場施工情況，運用有限元分析軟件abaqus著重分析了橋墩樁基偏位的受力情況，并在此基礎上提出了合理的糾偏施工措施。可以使用卸載止推、反相堆載、挖坑卸荷、強力牽拉等方法對樁基偏位進行綜合的糾正。事實證明，經(jīng)過一段時間的緩慢糾正，兩樁基能大致上恢復到原位，經(jīng)檢測完全能滿足設計的要求。

關鍵詞：橋墩樁基；偏位；受力分析；糾偏

當前我國的跨江、跨海公路和鐵路的橋梁大部分都是采用直徑較大的獨立樁基，因而對橋墩樁基的偏位要求很嚴格。在樁基的實際施工過程中，由于各方面的原因導致樁基偏斜的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，比如施工處理不當或者沒有科學地考慮當?shù)氐牡刭|(zhì)情況等等。因而必須對發(fā)生偏斜的橋墩樁基進行科學的糾偏施工，文章結合工程實例，對某橋墩樁基偏位進行了受力分析，并就此實施了糾偏施工。

1 工程概況

郜河特大橋位于朔黃鐵路神池南至肅寧北段線路上，為了跨越郜河而特意建造。其中心里程為K288+041.41，孔跨布置為22-23米。橋梁全長為731.5米，使用的是預應力混凝土梁。整個橋梁處在平坡道和直線上，雙線之間的距離為4米。橋梁處的河床面比較平整，起伏較小，河床面高程在101.4米到103.3米。橋梁的橋臺采用的是雙線鋼筋混凝土耳墻式，橋墩使用的是單線鋼筋混凝土圓端形板式墩。

2 橋墩樁基偏位成因及受力分析

2.1 橋墩樁基偏位成因

一些人為因素導致橋梁在建成后的河床面嚴重下切，這是由于當?shù)氐睦习傩战?jīng)常在橋的上下游挖砂、取土。上游出現(xiàn)一個沿水流方向長約200米，沿橋身方面約170米，深度約為9.5米的砂坑。下游出現(xiàn)了一個沿水流方向長約300米，沿橋身方面約260米，深度約為8.5米的砂坑。前幾年在對橋梁的上游水庫進行清淤加固處理時，因挖砂產(chǎn)生的局部砂坑引起了3號和4號橋墩的傾斜。5號橋墩也出現(xiàn)小程度的傾斜。3號、4號、5號墩偏位的示意圖和統(tǒng)計見圖1和表1。

圖1 橋梁上行線橋墩的偏位示意圖

表1 上、下行線橋墩偏位情況統(tǒng)計表

2.2 橋墩樁基偏位受力分析

首先使用abaqus軟件建立一個橋梁的三維有限元模型，然后對橋墩樁基偏位進行受力分析，模型如圖2所示。利用模型進行計算時，橋墩采用梁單元，彈性模量取為30MPa，泊松比取為0.2。載荷需要考慮橋梁的自重以及橋梁上正常情況下的列車活動載荷。文章一共建立了以下三個情況的模型，以便更好地對比分析。

2.2.1 分析橋梁在載荷的作用下，各橋墩基樁沒有發(fā)生偏位時的受力狀況。

2.2.2 分析橋梁在載荷作用下，3號、4號、5號橋墩在上行線偏位情況下的受力狀況。

2.2.3 分析橋梁在載荷作用下，3號、4號、5號橋墩在下行線偏位性抗下的受力狀況。

由前文可知，該橋梁的橋墩樁基偏位主要發(fā)生在3號、4號、5號墩，所以該3個墩的臨近梁板的影響很大，其他墩臺上的梁板影響可以忽略不計。文章中主要針對3號、4號和5號墩臨近梁板進行對比分析。圖3和圖4分別是橋梁墩樁基無偏位時，梁板的軸力圖和彎矩圖。

圖3 橋梁墩樁基無偏位時梁板的軸力圖

圖4 橋梁墩樁基無偏位時梁板的彎矩圖

通過模擬計算可得出梁板的最大正軸力為148.9kN，最大的負軸力為148.5kN。梁板中的最大正彎矩為654.8kN·m，最大負彎矩為437.1kN·m。

當按照橋梁上行線測量進行模型計算時，梁板的軸力圖和彎矩圖如圖5和圖6所示。計算得出梁板的最大正軸力為154.kN，最大負軸力為152.3kN。梁板的最大正彎矩為721.7kN·m，最大負彎矩為493.5kN·m。相比無橋墩樁基偏位，軸力最大增加了3.7%，彎矩最大增加了12.9%。

圖5 橋梁墩樁基上行線偏位梁板軸力圖

圖6 橋梁墩樁基上行線偏位梁板彎矩圖

當按照橋梁下行線測量進行模型計算時，梁板的軸力圖和彎矩圖如圖7和圖8所示。計算得出梁板的最大正軸力為155.3kN，最大負軸力為153kN。梁板的最大正彎矩為730.7kN·m，最大負彎矩為518.8kN·m。相比無橋墩樁基偏位，軸力最大增加了4.3%，彎矩最大增加了18.7%。

圖7橋梁墩樁基下行線偏位梁板軸力圖

圖8橋梁墩樁基下行線偏位梁板彎矩圖

通過模型計算，對比三種情況，橋梁墩臺的偏位大大增加了梁板的軸力和彎矩，最大增加幅度分別達到了4.3%和18.7%。這就增加了橋梁正常運行的風險，某些應力集中的部位很容易出現(xiàn)損壞，因此必須及時地對橋墩樁基偏位進行糾正。

3 糾偏施工的研究

如果糾偏后的樁基處于順直微彎的狀態(tài)，且沒有產(chǎn)生斷樁的現(xiàn)象，那么糾偏對樁基以后的使用不會產(chǎn)生不良的影響。如果將偏位樁基拆除重建，不僅難度大，工程周期長，而且成本很高，因而拆除返工的方案不經(jīng)濟。根據(jù)橋墩樁基偏位的受力分析可知，要想糾正樁基的位置，需要在樁基偏移的一方人為地施加外力來減小樁身的壓力差，直到樁基恢復原位為止。可以使用卸載止推、反相堆載、挖坑卸荷、強力牽拉等方法對樁基偏位進行綜合的糾正。本工程中決定采用以下糾偏方案。

首先，對1-9號的局部河床進行加固，對橋墩樁基承臺進行托換。由于1-6號橋墩受上下游挖砂的影響大，河床面已經(jīng)下切到了93.5的高程，為了安全起見，應該采用鉆孔樁基礎對1-9號的橋墩樁基承臺進行托換。其次，為了避免砂坑的范圍進一步擴大而影響其他橋墩基礎的安全使用性能，本方案中對7號和8號橋墩之間的迎水側采取了旋噴樁加固地基，并增設一個混凝土墻對橋墩進行保護。最后，由于目前砂坑距離0號臺還有一定的安全距離，為了防止砂坑向0號臺處擴張，本方案中對砂坑的四周進行地基加固，采用的主要是旋噴樁方法，并增設混凝土墻對橋墩進行保護。糾偏過程中的防護示意圖如圖9所示。

4 結束語

文章通過有限元分析軟件abaqus計算了郜河特大橋的橋墩樁基偏位的受力情況，結果表明橋梁墩臺的偏位大大增加了梁板的軸力和彎矩，最大增加幅度分別達到了4.3%和18.7%，大大地增加了橋梁損壞的幾率。針對計算結果，確定適當?shù)募m偏方案。事實證明，該方案是成功的。糾偏加固完成至今，郜河特大橋沒有發(fā)生任何的異常情況。

參考文獻

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