橋下渣土對橋梁變位病害的分析及處理建議

馬占海

(河北承德承秦高速公路管理處　承德　067000)

橋下渣土對橋梁變位病害的分析及處理建議

馬占海

(河北承德承秦高速公路管理處承德067000)

摘要主梁橫向錯位是橋梁上部結構的主要病害之一，其產生原因復雜。結合某實橋的病害實例，通過有限元分析，指出該橋部分橋墩周圍的渣土等建筑垃圾給橋墩施加了設計中不曾考慮的水平作用，是造成該橋主梁橫向錯位的主要原因。結合該橋的實際情況，提出了相應的處理措施。

關鍵詞橋下渣土堆積靜止土壓力主梁變位處理措施

據2014年7月8日的國際在線報道[1]，在鄭州市西南繞城高速K11+370須水河支線橋下，一根直徑約1.2m的混凝土柱被橋西堆積如山的建筑垃圾“沖垮”。立柱根部被切斷，向內移位約1m，立柱頂部粉碎性劈裂，造成主梁橫向錯位甚至傾覆，見圖 1和圖2。

圖1　建筑垃圾所撞壞的橋墩

圖2　西側堆積如山的建筑垃圾

一般在橋墩的設計中，不考慮其承受水平作用。因此，當橫向作用較大時往往會發生主梁橫向錯位等病害[2]。主梁一般是橋梁的主要承重結構，如果其發生病害，不但影響美觀，還會影響使用壽命，甚至還會威脅到人們的生命財產安全[3-4]。

目前，對于主梁橫向錯位的研究較少，多以斜交橋為主，對于正交橋的主梁橫向錯位的研究還處于空白狀態[5-6]。因此，本文針對某高速公路橋梁，對于橋墩遭受橫向力造成主梁錯位現象進行了分析研究，以期引起類似工程的重視。

1　概況

某高速公路橋設計荷載等級為公路-I級；橋面凈寬11.25m；全橋共3聯11跨，跨徑布置為4×30m+3×30m+4×30m；上部結構采用預應力混凝土(后張)T梁，先簡支后連續；下部結構采用柱式墩，包括雙柱及單柱形式，墩臺采用樁基礎，墩臺徑向布置。?、○11號橋臺處采用80型異型鋼伸縮裝置，④、⑦號橋墩處采用160型異型鋼伸縮裝置。

該橋在使用過程中發現有以下病害：①，?號橋臺處的伸縮縫變寬，由原設計的8cm增加到12cm，見圖3；②，④號橋墩處兩側主梁(分屬第一聯和第二聯)出現橫向錯位，偏差為5cm，見圖4；③，④號橋墩處的伸縮縫出現擠壓現象，由原設計的16cm減小到約9cm，已失去伸縮性能；④，?號橋臺，①，②，③，④號橋墩的防震擋塊與主梁之間間距大小不一，有的已經將擋塊擠碎；⑤由于梁體錯位，主梁支座部分出現輕微的橫向剪切變形，見圖5。

圖3伸縮縫變寬，橡膠條被撕裂圖4主梁橫向錯位圖5支座剪切變形

綜合上述病害，可以判定該橋的主梁發生了如圖6所示的平面位移。

圖6　該橋第一聯和第二聯的梁體變位示意圖

2　主梁橫向錯位的成因分析

針對上述病害，管理部門開展了現場調查和分析研究。調查表明，該橋?號臺，①，②，③，④號墩周圍均被不同高度的渣土包圍，特別是③、④號墩處的渣土最高約為24m，見圖7。這些渣土將對橋墩產生橫向和縱向的水平推力。

圖7　橋墩周圍渣土

為驗證渣土水平推力對該橋的作用，本文用MIDASCIVIL建立橋梁的有限元模型。設渣土容重γ=17kN/m3，靜止土壓力系數K0=0.5，則任意深度Z處的土壓力為p0=γK0Z。根據該橋的現場實際情況，利用靜止土壓力模擬①號墩承受的埋土高度22m、②號墩的埋土高度22m、③號墩的埋土高度24m和④號墩的埋土高度24m。橋墩周圍渣土對橋墩的水平作用見圖8。

圖8　橋墩周圍渣土對橋墩的水平作用

分析結果如下。土壓力對橋梁產生最大5.18cm縱向水平位移和最大2.21cm橫向水平位移，分別見圖9和圖10。另外，實地考察發現第一聯的各個支座未發生明顯的扭轉和剪切變形，即梁體與墩頂的相對位移不大。

圖9　土壓力造成的橋梁縱向位移

圖10　土壓力造成的橋梁橫向位移

綜上所述可以判定，橋墩周圍的渣土是造成該橋主梁移位的主要原因，即渣土對橋墩施加了橫橋向和縱橋向的水平土壓力，造成了墩頂和主梁的同步偏位。

3　病害處理措施

針對建筑垃圾所造成圖3～圖5所示的橋梁病害，該橋采取了以下處理措施。

(1) 將該橋臺、橋墩與其周圍的渣土分離，消除其水平作用使橋墩恢復到其設計的受力狀態。

(2) 待橋墩恢復到設計的受力狀態后，再將渣土較為均勻地堆放在橋墩周圍。注意堆放過程中，盡量避免橋墩在水平方向上的不均勻受力。

(3) 在兩側抗震擋塊與梁體之間設置緩沖裝置，利用GJZF4350×550×57型四氟滑板式橡膠支座進行橫向限位。具體操作是將支座預埋鋼板預埋入擋塊內，鋼板外露1.5cm，橡膠支座采用粘貼方式固定于鋼板上，支座上設置四氟滑板，并在T梁對應位置粘貼不銹鋼板，保證了梁體與支座之間的平順滑動。

4　結語

本文就橋梁渣土堆積所造成的橋梁病害進行了有限元分析，并給出了處理建議，主要是去除渣土對橋墩的額外水平作用，恢復其設計狀態，避免其造成橋墩的剪切破壞及主梁的橫向錯位。在設計時也應考慮橋墩受到橫向水平外力的作用，明確給出橋墩所能承受的最大水平外荷載。

處理1年后，經實地考察，該橋上部結構的橫向變位沒有增加，局部還有所減小，這就證明了本文所提出病害原因分析的正確性和處理措施的有效性，為以后類似橋梁病害的處理提供了有益的參考。

參考文獻

[1]國際在線[EB/OL].(2014-07-08).http://gb.cri.cn/42071/2014/07/08/3245s4607341.htm.

[2]胡漢舟,葉梅新.橋梁事故及經驗教訓[J].橋梁建設,2002(3):71-75.

[3]肖玉輝,沈立宏.混凝土橋梁病害成因分析及對策研究[J].中外公路,2004, 24(1):39-42.

[4]孫明山.橋梁檢查及病害原因分析[J].湖南交通科技,2001,27(4):61-62,65.

[5]劉建民.公路混凝土橋梁損傷評估技術研究[D].鄭州: 鄭州大學,2003.

[6]楊建宋.斜交板橋橫橋向位移原因分析及處治措施[J].福建建筑,2009(10):107-109.

收稿日期：2015-01-23

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.014