回填土對橋梁墩臺的受力影響分析

吳秀娟 鐘健良（廣東省公路工程質(zhì)量監(jiān)測中心，廣東 廣州 510000）

在這寸土寸金的社會里，可用作處理棄土的地方越來越少，特別是在城市里，為了施工方便而直接進行橋下回填的情況越來越多。但是沒有經(jīng)過處理的回填土，由于內(nèi)部不平衡的土壓力作用，容易對墩臺基礎(chǔ)產(chǎn)生各種不利影響。下面以東莞的金鳳凰大橋為例，詳情如下：

1 橋梁概況

金鳳凰大橋是一座位于東莞市S255線上的曲線橋，中心樁號為K55＋143，橋梁全長為428m，共14跨，跨徑組合為6×30m+4×30m+4×30m，橋面寬34m。該橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁，每跨設(shè)有5片箱梁，墩頂設(shè)端橫隔板；下部結(jié)構(gòu)為雙柱式橋墩，輕型橋臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)計荷載等級為公路I級。

2 主要病害

由于該橋成橋后下部加填了高度超過10m的填土，導(dǎo)致多個橋墩出現(xiàn)傾斜、系梁開裂病害。后來把填土清理后發(fā)現(xiàn)橋墩立柱及系梁存在很多橫向裂縫、側(cè)面豎向裂縫及環(huán)向裂縫等。具體如下

2.1 橋面系

橋面鋪裝層局部網(wǎng)裂，橋臺搭板存在網(wǎng)裂、混凝土破損；伸縮縫擠壓；防撞護欄混凝土脹裂剝落并露筋銹蝕，6#墩頂、10#墩頂處護欄存在錯位現(xiàn)象等。

2.2 上部結(jié)構(gòu)

該橋上部結(jié)構(gòu)為6×30m+4×30m+4×30m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小梁。主梁狀況較好，梁體無明顯裂縫。箱梁翼板存在局部破損、露筋現(xiàn)象，其中右幅第6跨1#梁和2#梁之間翼板混凝土、第6跨和第7跨1#梁右側(cè)翼板混凝土在近6#墩頂處嚴(yán)重破損。全橋大部分橫隔板存在豎向開裂的現(xiàn)象，主要集中在2#~5#梁之間橫隔板上，而處于非機動車道下的1#~2#梁之間的橫隔板和處于超車道的5#~6#梁之間的橫隔板開裂較少，橫隔板兩側(cè)對應(yīng)開裂，多數(shù)裂縫豎向貫通，裂縫上寬下窄，多數(shù)裂縫寬度介于0.10mm~0.18mm之間，最寬達(dá)到0.30mm（右幅2#墩頂橫隔板），這可能是由于運營中偏載和扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的垂直剪力造成的。

該橋為曲線橋，部分梁體與支座之間存在相對位移：左幅第2跨、第3跨、第4跨梁體在2#、3#墩頂處左移10cm，導(dǎo)致2#、3#墩頂左側(cè)蓋梁擋塊開裂，其中2#墩頂左側(cè)蓋梁擋塊裂縫寬度達(dá)到5cm。左右兩幅第6跨梁體在6#墩頂處均存在偏移，偏移量分別為右移6cm、右移5cm，這可能是由于溫度效應(yīng)、車輛在曲線彎橋上行駛產(chǎn)生的離心力以及蓋梁橫坡的共同作用所引起的。

2.3 支座

該橋采用四氟板式橡膠支座，全橋部分支座被遮蓋，未被遮蓋支座存在較嚴(yán)重的縱向剪切、老化、開裂，梁體和支座之間存在相對位移等病害。右幅第6跨梁體在6#墩頂處右移6cm；左幅第2跨、第3跨、第4跨梁體在2#、3#墩頂處左移10cm，導(dǎo)致2#、3#墩頂左側(cè)蓋梁開裂，其中2#墩頂左側(cè)蓋梁裂縫寬度達(dá)到5cm；第6跨梁體在6#墩頂處左移5cm。

2.4 下部結(jié)構(gòu)

該橋下部結(jié)構(gòu)為雙柱式橋墩，輕型橋臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。下部結(jié)構(gòu)存在蓋梁破損、蓋梁露筋并銹蝕、開裂、橋墩立柱開裂、以及系梁開裂等病害。

立柱：左幅6-2#、7-2#橋墩立柱頂部有環(huán)向裂縫（取6-2#立柱畫裂縫展開圖，見圖1），蓋梁底面與橋墩立柱結(jié)合面右側(cè)開裂，最寬達(dá)到0.2mm，為受拉裂縫，2-1#、3-2#、7-2#立柱系梁附近存在環(huán)向開裂，裂縫最寬為0.2mm。

圖1 左幅6#墩立柱裂縫展開圖

系梁：該橋2~11#墩系梁開裂情況嚴(yán)重：系梁右側(cè)近1#立柱側(cè)裂縫主要為頂面貫通裂縫，并向兩側(cè)面延伸，裂縫上寬下窄，寬度介于1mm~5mm之間。系梁中部和左側(cè)近2#立柱處裂縫主要為底面貫通裂縫，并向兩側(cè)面延伸，裂縫下寬上窄，寬度介于0.1mm~0.5mm之間。大部分裂縫寬度遠(yuǎn)超過規(guī)范限值。取右幅4#墩系梁畫裂縫展開圖，見圖2。

圖2 右幅4#墩系梁裂縫展開圖

3 病害分析

3.1 梁體與支座移位分析

該橋左幅第2、3、4跨在2#、3#墩頂處梁體左移10cm，導(dǎo)致2#、3#墩頂蓋梁左側(cè)擋塊嚴(yán)重開裂，其可能的原因是：該橋為曲線橋，車輛通行時產(chǎn)生較大的離心力和沖擊力，導(dǎo)致平面轉(zhuǎn)動力矩較大，而該橋橋墩較高，墩身剛度較弱，對梁體的約束較小，所以導(dǎo)致曲線梁梁體在平面內(nèi)發(fā)生較大偏移。

左右兩幅第6跨梁體在6#墩頂處均存在偏移，偏移量分別為右移6cm、右移5cm，這可能是由于溫度效應(yīng)、車輛在曲線彎橋上行駛產(chǎn)生的離心力以及蓋梁橫坡的共同作用所引起的。

3.2 下部結(jié)構(gòu)系梁與立柱開裂分析

本次對橋墩立柱垂直度進行測量發(fā)現(xiàn)，橋墩立柱除右幅8#、10#、11#墩立柱左傾外，其余橋墩均朝右傾斜；除右幅10#墩立柱外，其余橋墩在縱橋向朝大里程方向傾斜。

a.之前在橋下高填土的作用下，橋墩受到向右的土壓力，且橋墩左右兩側(cè)填土高度不一致，左高右低，填土對橋墩產(chǎn)生側(cè)向推力，橋墩受水平推力作用產(chǎn)生附加內(nèi)力；

b.由于土體自身固結(jié)沉降作用，在與墩柱接觸面上產(chǎn)生相對的向下位移，從而導(dǎo)致墩柱受到向下的負(fù)摩擦力作用；

c.橋墩最下面的系梁左右兩側(cè)立柱水平位移不一致，變形不協(xié)調(diào)。由于不均勻沉降而產(chǎn)生的負(fù)摩擦力以及不同步的土側(cè)壓力使墩柱偏位及承受彎曲，導(dǎo)致橋墩立柱環(huán)向開裂、系梁開裂等。如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 橋下填土示意圖

圖4 橋墩受水平推力作用的受力及彎矩圖

圖5 橋墩受填土不均勻沉降作用的受力及彎矩圖

4 結(jié)語

綜上所述，在橋梁運營過程中，橋梁一直受到不同的荷載作用，加上沒有經(jīng)過處理的回填土內(nèi)部不平衡的土壓力作用，而產(chǎn)生的負(fù)摩擦力以及不同步的土側(cè)壓力使墩柱偏位及承受彎曲，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)橋墩立柱環(huán)向開裂、系梁開裂等一系列影響結(jié)構(gòu)安全的情況。所以隨著社會的進步，在大搞基礎(chǔ)建設(shè)的同時應(yīng)加強對回填土的處治管理措施。