馬占海

(河北承德承秦高速公路管理處　承德　067000)

橋下渣土對(duì)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(cuò)位是橋梁上部結(jié)構(gòu)的主要病害之一，其產(chǎn)生原因復(fù)雜。結(jié)合某實(shí)橋的病害實(shí)例，通過(guò)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(shè)計(jì)中不曾考慮的水平作用，是造成該橋主梁橫向錯(cuò)位的主要原因。結(jié)合該橋的實(shí)際情況，提出了相應(yīng)的處理措施。

關(guān)鍵詞橋下渣土堆積靜止土壓力主梁變位處理措施

據(jù)2014年7月8日的國(guó)際在線報(bào)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(nèi)移位約1m，立柱頂部粉碎性劈裂，造成主梁橫向錯(cuò)位甚至傾覆，見(jiàn)圖 1和圖2。

圖1　建筑垃圾所撞壞的橋墩

圖2　西側(cè)堆積如山的建筑垃圾

一般在橋墩的設(shè)計(jì)中，不考慮其承受水平作用。因此，當(dāng)橫向作用較大時(shí)往往會(huì)發(fā)生主梁橫向錯(cuò)位等病害[2]。主梁一般是橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)，如果其發(fā)生病害，不但影響美觀，還會(huì)影響使用壽命，甚至還會(huì)威脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全[3-4]。

目前，對(duì)于主梁橫向錯(cuò)位的研究較少，多以斜交橋?yàn)橹?，?duì)于正交橋的主梁橫向錯(cuò)位的研究還處于空白狀態(tài)[5-6]。因此，本文針對(duì)某高速公路橋梁，對(duì)于橋墩遭受橫向力造成主梁錯(cuò)位現(xiàn)象進(jìn)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(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-I級(jí)；橋面凈寬11.25m；全橋共3聯(lián)11跨，跨徑布置為4×30m+3×30m+4×30m；上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土(后張)T梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù)；下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩，包括雙柱及單柱形式，墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)，墩臺(tái)徑向布置。?、○11號(hào)橋臺(tái)處采用80型異型鋼伸縮裝置，④、⑦號(hào)橋墩處采用160型異型鋼伸縮裝置。

該橋在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有以下病害：①，?號(hào)橋臺(tái)處的伸縮縫變寬，由原設(shè)計(jì)的8cm增加到12cm，見(jiàn)圖3；②，④號(hào)橋墩處兩側(cè)主梁(分屬第一聯(lián)和第二聯(lián))出現(xiàn)橫向錯(cuò)位，偏差為5cm，見(jiàn)圖4；③，④號(hào)橋墩處的伸縮縫出現(xiàn)擠壓現(xiàn)象，由原設(shè)計(jì)的16cm減小到約9cm，已失去伸縮性能；④，?號(hào)橋臺(tái)，①，②，③，④號(hào)橋墩的防震擋塊與主梁之間間距大小不一，有的已經(jīng)將擋塊擠碎；⑤由于梁體錯(cuò)位，主梁支座部分出現(xiàn)輕微的橫向剪切變形，見(jiàn)圖5。

圖3伸縮縫變寬，橡膠條被撕裂圖4主梁橫向錯(cuò)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(fā)生了如圖6所示的平面位移。

圖6　該橋第一聯(lián)和第二聯(lián)的梁體變位示意圖

2　主梁橫向錯(cuò)位的成因分析

針對(duì)上述病害，管理部門開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析研究。調(diào)查表明，該橋?號(hào)臺(tái)，①，②，③，④號(hào)墩周圍均被不同高度的渣土包圍，特別是③、④號(hào)墩處的渣土最高約為24m，見(jiàn)圖7。這些渣土將對(duì)橋墩產(chǎn)生橫向和縱向的水平推力。

圖7　橋墩周圍渣土

為驗(yàn)證渣土水平推力對(duì)該橋的作用，本文用MIDASCIVIL建立橋梁的有限元模型。設(shè)渣土容重γ=17kN/m3，靜止土壓力系數(shù)K0=0.5，則任意深度Z處的土壓力為p0=γK0Z。根據(jù)該橋的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，利用靜止土壓力模擬①號(hào)墩承受的埋土高度22m、②號(hào)墩的埋土高度22m、③號(hào)墩的埋土高度24m和④號(hào)墩的埋土高度24m。橋墩周圍渣土對(duì)橋墩的水平作用見(jiàn)圖8。

圖8　橋墩周圍渣土對(duì)橋墩的水平作用

分析結(jié)果如下。土壓力對(duì)橋梁產(chǎn)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(jiàn)圖9和圖10。另外，實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)第一聯(lián)的各個(gè)支座未發(fā)生明顯的扭轉(zhuǎn)和剪切變形，即梁體與墩頂?shù)南鄬?duì)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(duì)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(duì)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(tái)、橋墩與其周圍的渣土分離，消除其水平作用使橋墩恢復(fù)到其設(shè)計(jì)的受力狀態(tài)。

(2) 待橋墩恢復(fù)到設(shè)計(jì)的受力狀態(tài)后，再將渣土較為均勻地堆放在橋墩周圍。注意堆放過(guò)程中，盡量避免橋墩在水平方向上的不均勻受力。

(3) 在兩側(cè)抗震擋塊與梁體之間設(shè)置緩沖裝置，利用GJZF4350×550×57型四氟滑板式橡膠支座進(jìn)行橫向限位。具體操作是將支座預(yù)埋鋼板預(yù)埋入擋塊內(nèi)，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(shè)置四氟滑板，并在T梁對(duì)應(yīng)位置粘貼不銹鋼板，保證了梁體與支座之間的平順滑動(dòng)。

4　結(jié)語(yǔ)

本文就橋梁渣土堆積所造成的橋梁病害進(jìn)行了有限元分析，并給出了處理建議，主要是去除渣土對(duì)橋墩的額外水平作用，恢復(fù)其設(shè)計(jì)狀態(tài)，避免其造成橋墩的剪切破壞及主梁的橫向錯(cuò)位。在設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)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(jīng)實(shí)地考察，該橋上部結(jié)構(gòu)的橫向變位沒(méi)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(xiàn)

[1]國(guó)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(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)[J].橋梁建設(shè),2002(3):71-75.

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

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[5]劉建民.公路混凝土橋梁損傷評(píng)估技術(shù)研究[D].鄭州: 鄭州大學(xué),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