某橋墩樁基偏位受力分析及糾偏施工技術(shù)

李迪雄

岳陽市公路橋梁基建總公司

某橋墩樁基偏位受力分析及糾偏施工技術(shù)

李迪雄

岳陽市公路橋梁基建總公司

本文結(jié)合多年來的工作經(jīng)驗，對橋墩樁基施工情況進行了闡述，并對橋墩樁基偏位的受力情況進行了研究，然后，提出了相應(yīng)的解決措施。通過研究表明，經(jīng)過一定時間的糾正，兩樁基可以恢復(fù)到原來的位置，通過檢測，是可以滿足設(shè)計要求的。基于此，文章對某某橋墩樁基偏位受力分析及糾偏施工技術(shù)進行了詳細的探究。

橋墩樁基；偏位；受力；糾偏

前言

目前，我國跨江、海公路和鐵路橋梁大都采取的是直徑比較大的獨立樁基，因此，對于橋墩樁基偏位具有非常嚴格的要求。在樁基進行施工的過程中，由于受到多方面的原因，導(dǎo)致樁基常常會出現(xiàn)偏斜的問題，比如施工不當(dāng)或沒有科學(xué)的對當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況進行研究等等。因此，就要對產(chǎn)生偏斜的橋墩樁基科學(xué)進行糾偏施工，下面，結(jié)合某工程實例，對某橋墩的樁基偏位受力情況進行了分析，并進行了糾偏施工。

1 工程概況

某橋梁全長是730.5米，整個橋梁處于平坡上，兩條線的距離是4米。橋梁河床面比較平整，且起伏不大。橋臺采取的是雙線鋼筋混凝土耳墻方式，橋墩運用單線鋼筋混凝土圓端板墩。

2 某橋墩的樁基產(chǎn)生偏位的原因及受力

2.1 原因

由于受到人為原因的影響，使橋梁河床面產(chǎn)生了嚴重的下切現(xiàn)象，這是由于當(dāng)?shù)乩习傩赵跇蛏舷掠瓮谏啊⑷⊥了拢舷掠味汲霈F(xiàn)了一個沿水流。幾年前，對橋梁上游水庫清淤加固的時候，由于挖砂導(dǎo)致局部砂坑引起3和4號橋墩出現(xiàn)了傾斜的現(xiàn)象。而5號橋墩也產(chǎn)生了小程度的傾斜。

2.2 橋墩樁基偏位受力研究

通過abaqus軟件，建立了橋梁的三維有限元的一個模型，再對橋墩樁基的偏位進行了受力的分析。利用模型在進行計算的時候，橋墩采取的是梁單元，彈性模量值是30MPa，泊松比是0.2。載荷時，要對橋梁自重及橋梁上正常情況下列車的活動載荷綜合進行考慮。本文總共建立了以下三個模型，便于更好地進行對比研究。

(1)載荷作用受力的分析，每一個橋墩基樁都沒有出現(xiàn)偏位。

(2)載荷作用受力的分析，3號、4號、5號橋墩，上行線產(chǎn)生偏位的受力分析。

(3)載荷作用受力分析，3號、4號、5號橋墩下行線產(chǎn)生偏位的抗下受力情況。

由上面所述可以知道，該橋梁橋墩的樁基出現(xiàn)偏位的是在3號、4號和5號墩，因此，這3個墩臨近梁板影響比較大，其他上梁板的影響可以忽略。通過模擬計算法分析得出，梁板最大正軸力是148kN，最大的負軸力中148kN。梁板最大正彎矩是654kN·m，最大負彎矩是437.1kN·m。

如果按橋梁上行線測量模型進行計算的時候，可以得出梁板最大正軸力是154，最大負軸力是152。梁板最大正彎矩是721kN·m，最大負彎矩是493.5kN·m。與無橋墩樁基偏位進行比較，軸力最大增加3.7%，彎矩增加12.8%。如果按橋梁下行線測量模型進行計算的話，梁板最大正軸力是155.2kN，最大負軸力是153kN。最大正彎矩是730.6kN·m，而最大負彎矩是518.6kN·m。與無橋墩樁基偏位進行比較，軸力最大增加4.3%，彎矩最大增加了18.6%。通過使用模型進行計算可知，三種情況進行對比的情況下，橋梁墩臺偏位增加了梁板軸力和彎矩，最大增幅達到4.2%和18.6%。這就對橋梁正常運行產(chǎn)生了一定的風(fēng)險，某些應(yīng)力的集中部位也極易產(chǎn)生一定的損壞，因此，要對橋墩樁基偏位進行糾正。

2.3 墩柱偏位及開裂現(xiàn)場檢測結(jié)果

在進行監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)墩柱產(chǎn)生比較嚴重的偏移，為了查明偏移對橋墩結(jié)構(gòu)承載力的影響，對墩柱傾斜現(xiàn)狀進行分析，墩柱及系梁開裂做了現(xiàn)場檢測，并通過數(shù)值法對墩柱承載能力的影響進行了評定。

從外觀進行檢查，采取肉眼觀察及設(shè)備測量結(jié)合的方式。傾斜測量及現(xiàn)狀地形進行檢測，采取全站儀法。通過檢測，發(fā)現(xiàn)第3-5號產(chǎn)生了一定程度的傾斜，且病害比較集中。

(1)墩柱偏位：橋墩具有一定程度的傾斜，受橋側(cè)堆土影響，右幅橋墩傾斜度比較大。

(2)混凝土開裂：墩柱開裂病害主要發(fā)生在墩柱上，都存在環(huán)向開裂情況。裂縫大部分已閉合，僅在右側(cè)發(fā)現(xiàn)1條未閉合的裂縫。墩柱裂縫分布在底系梁頂面右側(cè)位置及中系梁左側(cè)處受力較大的位置，都是受力裂縫。系梁開裂發(fā)生在底系梁及其中系梁，而且裂縫開裂的比較多。

2.4 數(shù)值分析

根據(jù)檢測情況研究，結(jié)合施工圖地質(zhì)情況，對墩頂發(fā)生傾斜量時，墩身截面強度及裂縫進行驗算。樁土間相互作用采取土彈簧剛度模擬，荷載考慮結(jié)構(gòu)自重、上部結(jié)構(gòu)荷載、水平位移和土對樁的作用。蓋梁和墩柱采取C30混凝土，樁基則采取C30水下混凝土；主筋采用Ⅱ級鋼筋。荷載：①結(jié)構(gòu)的重力：混凝土容重按照25kN/m3進行計算，程序自動計入；②上部結(jié)構(gòu)恒載：上部結(jié)構(gòu)小箱梁自重及橋面鋪裝、防撞護欄、中央分隔帶等，分別按照小箱梁作用于蓋梁上；③水平位移：考慮到偏移量的作用；④土對樁作用通過運用土彈簧來模擬，在使用土彈簧剛度進行模擬的時候，各樁土層的情況按原橋施工圖進行計算，各土層的參數(shù)要按照規(guī)范進行取值。

(1)渣土引起水平偏位下承載力的驗算。荷載組合：本次對現(xiàn)階段墩頂傾斜量作用進行分析，通過對墩身截面強度及其裂縫寬度進行計算，僅考慮了水平位移，而沒有對活載效應(yīng)進行考慮。計算使用以下荷載組合：墩身截面強度驗算荷載組合：1.2恒載+1.4水平位移墩身裂縫寬度計算荷載組合：1.0恒載+1.0水平位移，對右幅墩頂傾斜量時，墩身截面強度驗算，墩身截面裂縫寬度進行驗算。根據(jù)計算得出，右幅墩傾斜值在土壓力存在情況下，墩頂會產(chǎn)生一定的傾斜量，墩柱截面強度及裂縫寬度均不滿足相關(guān)規(guī)范，墩柱抗壓承載能力安全系數(shù)是0.46和0.55，同時，墩身的裂縫寬度驗算超出了要求，此結(jié)構(gòu)處在一個危險的狀態(tài)。

(2)墩柱設(shè)計和傾斜承載力的驗算。在墩頂設(shè)計和傾斜狀態(tài)下，對于墩身截面抗壓強度進行驗算。按照其計算結(jié)果分析，在卸除土壓力的狀態(tài)下，右幅墩在傾斜狀態(tài)下，所產(chǎn)生抗壓承載力安全系數(shù)比設(shè)計狀態(tài)下有了明顯的下降，軸力的安全系數(shù)也出現(xiàn)了下降，彎矩安全系數(shù)也下降了，雖然墩身截面抗壓承載力滿足了相關(guān)要求，但在棄土推力的作用下，已產(chǎn)生了很多的病害，為了成橋以后的安全運營，建議對橋墩采取加固處理的方法。

3 糾偏施工分析

若糾偏以后樁基處于順直微彎的狀態(tài)，而且并沒產(chǎn)生斷樁，那么，糾偏對樁基使用不會產(chǎn)生不良的影響。若把偏位樁基拆除了重新進行建設(shè)，不但難度大、工期長，而且成本非常高，因此，拆除返工方案并不可取。根據(jù)橋墩樁基偏位受力情況分析可以知道，想要糾正樁基的位置，要在樁基偏移的一方，人為的施加一些外力，來減少樁身壓力差，一直到樁基恢復(fù)到原位為止。可以采取卸載止推、強力牽拉等的方法對于偏位綜合進行糾正。本工程采取了以下幾個糾偏的方案。

第一，對1-9號局部河床做好加固工作，對于樁基的承臺進行托換。由1-6號橋墩受到挖砂的影響非常大，河床面出現(xiàn)了下切的現(xiàn)象，因此，為了安全，可以采取鉆孔樁基礎(chǔ)對1-9號橋墩進行托換。第二，為了可以有效避免砂坑范圍的不斷擴大而對其他橋墩安全性能帶來的影響，本方案對7號和8號橋墩采取旋噴樁方式，進行地基的加固，并通過混凝土墻對橋墩增設(shè)了保護。第三，砂坑距離0號臺還存在著一定的安全距離，因此，為了有效防止砂坑擴張，采取了對砂坑四周地基進行加固的方式，運用旋噴樁，增設(shè)了混凝土墻，進而實現(xiàn)了對橋墩的保護。

4 結(jié)束語

綜上所述，文章通過使用abaqus軟件，對于某橋墩的樁基偏位受力情況進行了分析，通過研究，橋梁墩臺偏位增加了梁板的軸力和彎矩，并增大了損壞的幾率。通過對結(jié)果的計算，選取合適的糾偏方案。此方案是比較成功的，而糾偏加固的完成，到目前為止，此橋沒有產(chǎn)生任何異常的現(xiàn)象。

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[3]何海.某連續(xù)彎梁橋的偏位成因及處理[J].城市道橋與防洪，2008(9)：68-70.