軟基地區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 軟土地區的工程項目事故頻發，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等會引起臨空面的形成，易造成工程事故的發生，比如管樁被切斷或者灌注樁發生偏移。筆者根據已建橋梁在河道清淤和開挖條件下橋墩發生裂縫和支座偏移、橋臺伸縮縫縱向位移受限，通過受力和可能產生的原因分析，對橋墩加固和支座復位的方案進行介紹。

關鍵詞 支座偏位;橋墩裂縫;復位;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、對結構破壞敏感、流變性等特點。在軟土地區修筑橋梁及道路人工構造物必須進行較詳細的工程地質、水文地質勘測工作，同時保證設計和施工能緊密結合實際情況，采取有針對性的措施。軟土地基的強度不足、變形過大和穩定性較差，均有可能造成橋梁、道路人工構造物、基礎過大沉降、不均勻沉降、位移、傾斜、開裂、失穩或嚴重損壞，該文結合工程實際案例，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段，設計時速為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 現澆預應力混凝土結構，下部采用柱式墩，扁擔臺，鉆孔灌注樁基礎。上部結構采用單箱五室，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，橋面橫坡由頂底板橫坡調整，中腹板等高鉛垂。端橫隔梁厚 1.6 m，中橫隔梁厚 2.2 m。 該橋下部結構中，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。全橋基礎均按照摩擦樁設計，橋臺處設置 D120 型鋼組合伸縮縫。

場地地質情況：①素填土：主要由粘性土和砂性土等組成，局部夾少量碎石。場區普遍分布，平均厚度2.30 m。②黏土：灰褐色，軟—可塑，土質均勻，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，土質均勻、細膩，手摸有滑膩感，含有機質，具腥臭味，切面光滑，干強度及韌性高，無搖震反應。場區普遍分布，平均15.92 m。 ④?1粉細砂夾粉質黏土：灰褐色，松散，顆粒較均勻 0.50～7.10 m，平均2.67 m。⑤含砂粉質粘土：黃灰色，軟—可塑，土質不均勻，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，該地區橋梁一般2～3個月外觀檢查，開始2～3個月平常巡檢時，發現活動支座略有滑移，滑移距離約為5 cm，橋墩部分未發現裂縫。隨著該區域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，加大過水斷面。待7月份巡查時，發現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對全橋技術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，結果顯示：2個月內，墩柱及第一聯梁體均未發生較大水平位移，情況基本穩定，具體檢測數據見表1和表2。

通過監測發現：2個月內，第一聯梁體未發生較大水平位移，情況基本穩定。

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，導致橫向和縱向變形受到約束，產生內應力，導致支座偏移量較大，以及固定橋墩出現明顯開裂。

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

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

（4）5#橋臺伸縮縫堵塞導致橋梁縱向位移受限，使得0#墩伸縮縫變形超限。

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

4 處理方案

根據上述分析，主要對橋墩支座進行了更換或復位，并對 2-3#立柱、系梁裂縫進行了加固修復;上部結構結合現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 下部結構裂縫加固修復

對 2-3#墩的墩柱裂縫進行加固修復，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，然后將樁頂以上 1.5 m 范圍內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;樁頂系梁范圍內則植入主筋并深入墩柱內，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 原橋墩進行支座復位或更換

在原橋墩立柱上設置鋼抱箍作為頂升施工平臺，進行橋梁頂升、更換（復位）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。鋼抱箍分2片安裝在立柱上，用 10.9 級高強螺栓 M30 將 2 片鋼抱箍聯成一個整體。

以鋼抱箍平臺作為頂升反力基礎，以上部梁體中橫梁作為頂升受力點，實現上部結構的頂升和支座更換。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。頂升作業前，應按 1.5 倍安全系數對鋼抱箍進行承載力試驗，試驗通過后，方可進行頂升作業。

頂升應采用同步頂升設備進行施工，應在位移同步監控的情況下進行，各頂升點同步位移差不得超過±1 mm。

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

支座復位以新安裝支座保證與上部箱梁相對位置不變為原則。首先鑿除原有墊石及墩頂部分混凝土，露出柱頂鋼筋，焊接新墊石并預埋墊石頂鋼板，然后將支座下鋼板與預埋墊石鋼板圍焊，采用高強環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，根據施工期間溫度，按設計要求選擇合適縫寬，若實測縫寬不滿足設計要求，則對橋臺背墻（0#臺、5#臺）進行適當切割，以保證上部箱梁溫度變形需求，然后選擇合適規格伸縮縫進行安裝。 橋臺背墻切割后應保證最外側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構變形需求，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。結合此狀況進行驗算后。建議將 5#臺兩側場地整平，場地整平后高差 0.66 m，標高按 2.37 m 控制。縱向范圍為河道堤頂至 5#臺后 10 m。橫向寬度38 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，發現各個支座變形均在正常使用范圍內，橋墩裂縫未再繼續發展（見表4）。

6 結束語

在沿海一帶軟基普遍存在，對路橋建設極為不利，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。在實際施工和設計中一定要詳細查明地質情況，務必充分重視軟土開挖時的蠕變效應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。伸縮縫設計過程中盡量比常規的伸縮縫略有增大。

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.某特大橋下部結構開裂病害分析[J].公路交通科技（應用技術版），2020（7）：205-209.

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