軟基地區(qū)河道開挖造成支座偏移和橋墩開裂的分析及處理

馬向前

摘要 軟土地區(qū)的工程項目事故頻發(fā)，尤其對于臨近河道的橋梁墩臺，在施工期間，若開挖順序處理不當(dāng)?shù)葧鹋R空面的形成，易造成工程事故的發(fā)生，比如管樁被切斷或者灌注樁發(fā)生偏移。筆者根據(jù)已建橋梁在河道清淤和開挖條件下橋墩發(fā)生裂縫和支座偏移、橋臺伸縮縫縱向位移受限，通過受力和可能產(chǎn)生的原因分析，對橋墩加固和支座復(fù)位的方案進行介紹。

關(guān)鍵詞 支座偏位;橋墩裂縫;復(fù)位;加固

中圖分類號 U445.71 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0129-03

0 引言

軟土一般具有抗剪強度低、透水性低、高壓縮性、對結(jié)構(gòu)破壞敏感、流變性等特點。在軟土地區(qū)修筑橋梁及道路人工構(gòu)造物必須進行較詳細的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘測工作，同時保證設(shè)計和施工能緊密結(jié)合實際情況，采取有針對性的措施。軟土地基的強度不足、變形過大和穩(wěn)定性較差，均有可能造成橋梁、道路人工構(gòu)造物、基礎(chǔ)過大沉降、不均勻沉降、位移、傾斜、開裂、失穩(wěn)或嚴重損壞，該文結(jié)合工程實際案例，對其分析和加固方案介紹。

1 工程概況

連云港某公路里程約15 km，道路等級為一級公路城鎮(zhèn)段，設(shè)計時速為80 km/h，道路寬度為28 m，采用雙向六車道;橋梁部分汽車荷載等級為公路一級，同時荷載兼顧城市-A 級標準; 該道路跨越一條主要河道，橋跨布置為： 20+30+30+30+20 m 現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，下部采用柱式墩，扁擔(dān)臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)采用單箱五室，斜腹板斷面，箱梁中心線處梁高 2.0 m，頂板寬 28 m，底板寬 22 m，兩側(cè)懸臂均為長 3.0 m，頂板懸臂端部厚 0.2 m，根部厚 0.5 m，頂板厚 0.25～0.5 m，底板厚 0.25～0.45 m，腹板厚 0.50～0.75 m，橋面橫坡由頂?shù)装鍣M坡調(diào)整，中腹板等高鉛垂。端橫隔梁厚 1.6 m，中橫隔梁厚 2.2 m。 該橋下部結(jié)構(gòu)中，1～4#橋墩，采用柱式φ1.5 m，下接φ1.8 m 基樁;橋臺采用坐式橋臺，雙排樁，Φ1.2 m 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。全橋基礎(chǔ)均按照摩擦樁設(shè)計，橋臺處設(shè)置 D120 型鋼組合伸縮縫。

場地地質(zhì)情況：①素填土：主要由粘性土和砂性土等組成，局部夾少量碎石。場區(qū)普遍分布，平均厚度2.30 m。②黏土：灰褐色，軟—可塑，土質(zhì)均勻，切面光滑，干強度及韌性高，平均1.50 m。③淤泥：青灰色，飽和，流塑，土質(zhì)均勻、細膩，手摸有滑膩感，含有機質(zhì)，具腥臭味，切面光滑，干強度及韌性高，無搖震反應(yīng)。場區(qū)普遍分布，平均15.92 m。 ④?1粉細砂夾粉質(zhì)黏土：灰褐色，松散，顆粒較均勻 0.50～7.10 m，平均2.67 m。⑤含砂粉質(zhì)粘土：黃灰色，軟—可塑，土質(zhì)不均勻，稍有光澤，平均22.20 m。⑥粉細砂：灰黃色，中密—密實，顆粒均勻，分選性好，級配差，平均26.96 m。⑦含砂粉質(zhì)粘土：黃褐色，軟—可塑，粉砂薄層，干強度中等，韌性中等，平均29.21 m。

2 施工與運營過程

該工程采用現(xiàn)澆支架施工，于2018年10月份施工完成，自2019年1月份開放交通，該地區(qū)橋梁一般2～3個月外觀檢查，開始2～3個月平常巡檢時，發(fā)現(xiàn)活動支座略有滑移，滑移距離約為5 cm，橋墩部分未發(fā)現(xiàn)裂縫。隨著該區(qū)域5月份汛期的到來，對河道進行了清淤，并采用河道開挖加寬方式，加大過水?dāng)嗝?。?月份巡查時，發(fā)現(xiàn)固定橋墩有明顯的裂紋，同時各個支座有明顯偏位。因此委托第三方檢測機構(gòu)對全橋技術(shù)狀況進行檢測和評定，并對全橋立柱進行了垂直度檢測，確定了立柱的傾斜度，上部梁體及下部 1～4#墩柱進行了水平位移檢測，結(jié)果顯示：2個月內(nèi)，墩柱及第一聯(lián)梁體均未發(fā)生較大水平位移，情況基本穩(wěn)定，具體檢測數(shù)據(jù)見表1和表2。

通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：2個月內(nèi)，第一聯(lián)梁體未發(fā)生較大水平位移，情況基本穩(wěn)定。

2019年7月份對墩柱傾斜度（見表3）和支座位移量（圖1）進行檢測的結(jié)果。

3 原因分析

（1）3#固定墩支座處的支座布置，縱、橫向單向支座位置相反，導(dǎo)致橫向和縱向變形受到約束，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致支座偏移量較大，以及固定橋墩出現(xiàn)明顯開裂。

（2）墩柱發(fā)生朝向河道中心的不同程度偏移，主要由于現(xiàn)場場地淤泥層較厚（16 m左右），樁柱在架梁前由于場地復(fù)合樁施工時的擠土作用，可能發(fā)生了不同程度的偏移。

（3）橋梁建成后的河道開挖，導(dǎo)致橋墩周邊土體產(chǎn)生大面積卸載，形成不平衡土壓力，導(dǎo)致墩柱發(fā)生偏移。

（4）5#橋臺伸縮縫堵塞導(dǎo)致橋梁縱向位移受限，使得0#墩伸縮縫變形超限。

（5）河道水位受季節(jié)影響變化較大，橋墩距離河道較近，秋冬季節(jié)時，水位較低，臨空面較高，對橋墩受力不利[1]。

4 處理方案

根據(jù)上述分析，主要對橋墩支座進行了更換或復(fù)位，并對 2-3#立柱、系梁裂縫進行了加固修復(fù);上部結(jié)構(gòu)結(jié)合現(xiàn)場實測梁端縫寬情況，對橋面伸縮縫進行了更換。進行如下：

4.1 下部結(jié)構(gòu)裂縫加固修復(fù)

對 2-3#墩的墩柱裂縫進行加固修復(fù)，采用增大截面法加固墩柱。首先對墩柱及系梁裂縫進行封閉、壓漿修復(fù)，然后將樁頂以上 1.5 m 范圍內(nèi)墩柱截面增大至與樁基同直徑，即增大為 1.8 m。具體步驟如下：首先對原墩柱截面鑿毛處理， 然后鑿除樁頂系梁范圍外的外圈混凝土，露出原樁基受力主筋，焊接接長樁基主筋，伸入墩柱內(nèi);樁頂系梁范圍內(nèi)則植入主筋并深入墩柱內(nèi)，植入深度不小于 1 m;而后澆筑 C40自密實免振搗微膨脹混凝土以增大墩柱截面[2]。

4.2 原橋墩進行支座復(fù)位或更換

在原橋墩立柱上設(shè)置鋼抱箍作為頂升施工平臺，進行橋梁頂升、更換（復(fù)位）支座。安裝鋼抱箍前，在鋼抱箍和立柱間墊橡膠層，以確保鋼抱箍和立柱混凝土接觸緊密，且提高兩者間摩擦系數(shù)。鋼抱箍分2片安裝在立柱上，用 10.9 級高強螺栓 M30 將 2 片鋼抱箍聯(lián)成一個整體。

以鋼抱箍平臺作為頂升反力基礎(chǔ)，以上部梁體中橫梁作為頂升受力點，實現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)的頂升和支座更換。采用單排同步頂升方法進行支座更換，先進行一個墩的頂升和支座更換，再進行下一個墩的頂升和支座更換。頂升作業(yè)前，應(yīng)按 1.5 倍安全系數(shù)對鋼抱箍進行承載力試驗，試驗通過后，方可進行頂升作業(yè)。

頂升應(yīng)采用同步頂升設(shè)備進行施工，應(yīng)在位移同步監(jiān)控的情況下進行，各頂升點同步位移差不得超過±1 mm。

單排同步頂升時，應(yīng)對頂升橋墩及其相鄰兩個橋墩處對應(yīng)的上下部位移進行檢測，上下部位移測點布置（如圖2）。

支座復(fù)位以新安裝支座保證與上部箱梁相對位置不變?yōu)樵瓌t。首先鑿除原有墊石及墩頂部分混凝土，露出柱頂鋼筋，焊接新墊石并預(yù)埋墊石頂鋼板，然后將支座下鋼板與預(yù)埋墊石鋼板圍焊，采用高強環(huán)氧自流平混凝土重新澆筑新墊石。

4.3 原橋 0#橋臺、5#臺頂伸縮縫均進行更換

拆除原 0#臺及 5#臺處的伸縮縫，測量 0#臺處梁端距橋臺背墻間隙以及 5#臺處梁端間隙，根據(jù)施工期間溫度，按設(shè)計要求選擇合適縫寬，若實測縫寬不滿足設(shè)計要求，則對橋臺背墻（0#臺、5#臺）進行適當(dāng)切割，以保證上部箱梁溫度變形需求，然后選擇合適規(guī)格伸縮縫進行安裝。 橋臺背墻切割后應(yīng)保證最外側(cè)鋼筋保護層厚度不小于 25 mm，即背墻最大切割量為3 cm，若此切割量仍不滿足上部結(jié)構(gòu)變形需求，則采用鑿除背墻混凝土，重新澆筑背墻方案[3]。

4.4 5#臺兩側(cè)場地平

4#墩位于河堤位置，河堤寬 5.0 m，堤頂標高 2.37 m，5#臺兩側(cè)地面標高 2.94～3.13 m，平均按 3.03 m 計，1～4#墩中間為底寬 64.2 m，頂寬 100.1 m，深 3.6 m，邊坡坡率 1∶5 的河道斷面。在橋梁正投影范圍內(nèi)采用樁長 10～15 m、樁間距 1.5 m 的水泥土攪拌樁進行地基處理。結(jié)合此狀況進行驗算后。建議將 5#臺兩側(cè)場地整平，場地整平后高差 0.66 m，標高按 2.37 m 控制?？v向范圍為河道堤頂至 5#臺后 10 m。橫向?qū)挾?8 m，詳見圖3。

5 處理效果

對橋梁處理和加固定期跟蹤和檢測，發(fā)現(xiàn)各個支座變形均在正常使用范圍內(nèi)，橋墩裂縫未再繼續(xù)發(fā)展（見表4）。

6 結(jié)束語

在沿海一帶軟基普遍存在，對路橋建設(shè)極為不利，易造成路基滑移、橋頭跳車和橋梁樁基的移位、支座滑移甚至損壞。在實際施工和設(shè)計中一定要詳細查明地質(zhì)情況，務(wù)必充分重視軟土開挖時的蠕變效應(yīng)以及軟土地基的水平力作用，橋臺盡量采用雙排樁，同時橋墩和橋臺布置盡量遠離河道，避免河道清淤或是開挖加寬對支座以及橋墩、橋臺的不利影響。伸縮縫設(shè)計過程中盡量比常規(guī)的伸縮縫略有增大。

參考文獻

[1]田世清，王俊新，石慶凡.支座安裝缺陷與橋墩偏移病害關(guān)系研究[J].中外公路，2015（6）：179-181.

[2]黃光文，李貴勇.某特大橋下部結(jié)構(gòu)開裂病害分析[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2020（7）：205-209.

[3]劉永歡.橋梁板式橡膠支座更換施工技術(shù)及質(zhì)量控制[J].工程技術(shù)研究，2021（1）：85-86.