周家沖大橋病害分析及處理

錢 盈

（湖北省交通規劃設計院 武漢 430051）

1 工程概況

周家沖大橋為某高速公路互通主線橋，分左右2幅，跨徑均采用4×30m＋4×30m連續箱梁，見圖1。上部結構為等寬箱梁，單箱單室箱型截面，箱梁頂板寬12m，底板寬6.3m，橋面板靠中心線側懸臂3.1m，線路外側懸臂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形成橋面橫披。為保證支座均勻受力，在梁底設置混凝土契形墊塊調平，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）

下部結構橋墩均采用板式橋墩，承臺采用矩形實體鋼筋混凝土承臺，厚度分為2m和2.5m 2種，樁基礎采用直徑1.5m或1.8m的挖孔灌注樁基礎，地質為微風化片巖。

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

2 橋梁病害檢測

2010年6月，發現周家沖橋右幅4號橋墩伸縮縫處，橋面發生豎向和平面的錯位；2010年7月，發現周家沖橋右幅4號橋墩墩頂縱向偏位。

經現場查勘，右幅橋4號墩支座發生破壞，具體病害為：支座上下鋼板發生錯位，橫橋向錯位10cm；支座內的滑板和球冠鋼襯板部分位移到支座上下鋼板以外；支座滑板發生嚴重變形；伸縮縫處梁體發生豎向錯位2cm。

根據上述病害，初步判定該病害是由于4號橋墩在堆土（成橋后施工棄土）土壓力作用下產生了較大的變形所致［1－2］。在此基礎上，對該橋墩根部堆土進行清運，并對橋墩埋置部分進行了開挖，開挖完成后養護人員認真進行了檢查，并在該橋墩根部（承臺頂面以上）2m內發現了多條裂縫。檢測結果如下：

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

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

（3）右幅4號墩偏位檢查。現場檢查發現該橋墩向小樁號側有明顯傾斜。橋墩傾斜偏位檢測采用垂線法測量，主要對順橋向偏位進行了檢測，實測時垂長14m，傾斜偏位13cm，傾斜度為0.93%。根據《公路工程質量檢驗評定標準》（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到規定允許值的300%及650%，說明該墩變形傾斜嚴重，并造成支座錯位10cm，橋面錯臺2cm，嚴重影響正常行車。根據《公路橋涵養護規范》［3］表3.5.2－3橋梁技術狀況評定標準，該墩傾斜變形可評為5類，處于危險狀態。

（4）右幅4號墩根部裂縫檢測。清運完成橋墩處堆土后，在橋墩根部共發現結構性裂縫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，裂縫內均長期被泥水填充，目前大部分裂縫已經被泥漿膠結，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《公路橋涵養護規范》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構性裂縫，且最大裂縫寬度超過限值，根據《公路橋涵養護規范》表3.5.2－3橋梁技術狀況評定標準，該墩裂縫可評為5類，處于危險狀態。

表1 右幅4號墩裂縫檢測統計表

圖2 右幅4號墩外側裂縫分布示意圖

圖3 右幅4號墩大樁號側裂縫分布示意圖

由于橋墩為方形截面，裂縫深度可根據開裂范圍進行推定，以最大的6號裂縫為例，根據橋墩外側側面裂縫及大樁號側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（見圖4）。經計算，6號裂縫開裂區面積為墩身截面面積的39%（根據《公路橋涵養護規范》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均小于6號裂縫。

圖4 右幅4號墩6號裂縫開裂區示意圖

檢測結論：

（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，產生了較大的變形，同時在過大的土壓力作用下，橋墩根部產生開裂。

（2）現場共發現結構性裂縫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%），并造成墩頂支座嚴重錯位受損，伸縮縫明顯錯臺，嚴重影響正常行車。

（4）根據《公路橋涵養護規范》表3.5.2－3橋梁技術狀況評定標準，該墩可評為5類，處于危險狀態，必須馬上進行維修加固。

（5）由于該橋處在高速公路運營路段，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）由于堆土清運不徹底，建議采取有效措施防止開挖后無防護的高邊坡松土再次坍塌對橋墩產生沖擊破壞。

（7）制定適當的處置方案，及時進行加固處理。

3 病害處理

根據橋梁病害情況，對橋墩橫向受力進行模擬分析，計算結果表明：墩身在高15m單側最不利土壓力作用下，墩身底部5m范圍內截面承載能力不滿足要求，截面裂縫寬度超出規范要求，墩頂水平位移42.9mm［4］（由于墩身開裂后，截面消弱，在荷載作用下會發生二次效應，因此實際偏位大于理論計算值），截面鋼筋應力超過鋼筋屈服應力。與現場測量結果較為吻合，需對橋墩進行維修處理，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卸載后填土邊坡設置2階邊坡，坡率為1∶1和1∶1.25，中間設3m 平臺；③在坡腳設置擋土墻，擋土墻距承臺不小于3m；④坡面采用槳砌拱形骨架防護。

（2）墩身維修處理。根據檢測報告和計算結論，鑒于橋墩破壞情況，具體措施包括：①搭設支架頂升梁體；②鑿除破壞區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范要求需強力糾偏，但嚴防強力糾偏過程中出現新的受力裂縫；④灌漿封閉原墩身裂縫；⑤植入加強主筋和聯系鋼筋，澆筑加強墩身，高3.5m；⑥落梁和支架拆除后，澆筑支架基礎和原承臺接縫，形成整體承臺基礎。

（3）附屬構件處理。根據檢測報告，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墩身修復完成后，根據實際情況更換橋梁支座［5］；②落梁工作完成后，根據伸縮縫損壞情況更換伸縮縫。

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

4 結論與建議

（1）橋梁的建設應嚴格按設計文件執行，不僅結構尺寸、鋼筋布置等橋梁自身要素必須按設計文件執行，而且周邊環境要素同樣應按設計文件執行。

（2）山區高速公路橋梁的設計工作，應充分考慮橋下堆載或橋墩附近環境對橋墩存在的潛在威脅，充分考慮外在荷載對橋梁結構的影響。

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

（4）對位于斜坡地段的橋墩，應加強考慮不平衡土壓力對樁基和橋墩的剪切作用，確保結構安全。

（5）加強橋梁運營階段的養護工作，發現橋梁病害后，應分析產生病害的根本原因，從源頭上對橋梁進行維修。

［1］馮忠居，張永清.預應力錨索技術加固處理滑坡上橋墩偏移［J］.西安公路交通大學學報，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控［J］.企業技術開發，2012，31（13）：65－66.

［3］JTG H11－2004公路橋涵養護規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］JTG D62－2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［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［J］.技術研發，2012，19（7）：90－91.

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

［7］JTG JTG／T F50－2011公路橋涵施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2011.