地面堆載對匝道橋結構的影響

王慧鵬

摘要 橋梁結構安全通常易受到位于橋梁附近地面堆載分染的影響，可基于道橋設計利用監(jiān)測橋梁墩頂及其支座、梁體、伸縮縫等部位結構進行推測。本文通過分析某匝道橋的基本情況，通過對橋梁結構變位狀況進行初步監(jiān)測，并基于對樁基受力、橋梁結構位移、橋墩及橋梁上部結構的初步探討，對影響地面堆載的程度進行分析研究，基于此作為對橋梁后期加固維修施工的設計提供重要參考依據(jù)。

關鍵詞 地面堆載；道橋施工；道橋結構

中圖分類號 U4

文獻標識碼 A

文章編號2095-6363（2015）10-0114-02

1 匝道橋基本情況

某匝道橋長度為335m，橋梁分為三聯(lián)跨徑，都采用截面預應力混凝土連續(xù)箱梁，其中第一聯(lián)為149m跨徑，第二聯(lián)為105m跨徑，第三聯(lián)為80m跨徑。墩柱底部采用3.2m×1.3m的截面，基于原來寬度3.6m，將頂部傾斜加寬至橫橋兩側，采用4. 5m全寬，將4根60m長的鉆孔灌注樁布設于每根墩柱下方，向基礎深部的圓礫層直接貫入。將5.5m×5.5m平面規(guī)格的2m厚度承臺布置于墩柱與橋墩基礎之間，匝道橋墩身與箱梁工序施工完成后，對匝道橋主梁位置、墩身垂直度等進行驗收確認，都已符合規(guī)范標準及設計要求。但在應用一年后，在安裝橋梁伸縮縫過程中，某一伸縮縫被施工人員發(fā)現(xiàn)寬度超過設計標準。在認真勘察現(xiàn)場后，發(fā)現(xiàn)該伸縮縫墩身附近，存在較多的工程土方堆載，最高的土方達到近7.5m，可分析推斷出產(chǎn)生超寬伸縮縫的可能原因是因存在的這些堆載土方而導致的。為保證匝道橋結構施工后期的安全，并將已發(fā)生的險情及時排除，在現(xiàn)場對橋梁結構的變位情況進行全方位監(jiān)測，并從橋墩、上部結構、樁基受力及結構位移等方面對受地面堆載的影響程度進行分析。

2 監(jiān)測匝道橋結構變位

監(jiān)測橋梁結構變位主要在于對橋梁結構險情的變化趨勢進行深入了解。本研究中的匝道橋堆載土方的附近橋墩，距離第一聯(lián)具有一定的距離，通常不會產(chǎn)生直接影響，需對其結構變位進行重點監(jiān)測，主要包括聯(lián)跨橋面、墩身及橋墩墩頂支座部位，以及橋墩墩頂存在的伸縮縫寬度。將上述監(jiān)測點位置進行布置完成后，以免地面堆載對橋梁結構安全構成威脅，及時將橋墩附近的堆載土方進行逐步清除，在降低堆載土方的高度到3米左右時，對橋梁情況進行同步監(jiān)測，直到堆載土方全部清除完成后，停止監(jiān)測工作，整個監(jiān)測過程共持續(xù)五天。對監(jiān)測不同時間的結果進行分析比較，針對橋梁結構變位可得到下列結論。

一是沒有完全清除堆載土方時，第二聯(lián)有三跨，第三聯(lián)有兩跨都發(fā)生結構變位的趨勢，其中第二聯(lián)中有一跨的結構變位最明顯。在開始監(jiān)測第一天，發(fā)生12.6cm的結構變位，直到第五天監(jiān)測結束，還存在11.2cm的結構變位。

二是清除完成堆載土方后，匝道橋變位結構開始產(chǎn)生程度不同的恢復，起初第二聯(lián)中有一跨出現(xiàn)最明顯的結構變位，恢復狀態(tài)是也是最明顯的，整個橋梁測點恢復值平均達到0.86cm的，直到檢測最后一天，在堆載土方全部清除完成后，監(jiān)測橋梁全部測點的數(shù)值，基本都表現(xiàn)出比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

三是發(fā)生偏位的橋墩墩頂，偏移量最大達到4.2厘米，支座位移最大達到13.5cm，伸縮縫最大寬度達到21.3cm；清除完成堆載土方后，偏位的橋墩墩頂恢復到3.5cm，支座恢復到12.6cm，伸縮縫恢復到18.4cm寬。

四是在監(jiān)測的整個過程中，實測匝道橋墩身最大時有0.4cm的沉降位移，并未發(fā)現(xiàn)存在任何規(guī)律，其原因主要是由測量誤差所致，可斷定橋墩未產(chǎn)生明顯沉降變化。經(jīng)上述監(jiān)測后，清除堆載土方完成，匝道橋偏位墩身、支座位移及超寬的橋墩墩頂伸縮縫都已向標準狀態(tài)恢復，充分表明清除堆載土方可實現(xiàn)匝道橋趨于比較穩(wěn)定的結構。

3 分析地面堆載的影響

1）結構位移。受地面堆載影響，常規(guī)情況下橋墩水平位移是比較直接的表現(xiàn)形式，而不是地面堆載都能引起所有橋墩產(chǎn)生水平位移，為獲得較為準確的驗證結果，應基于對堆載土方保持一定壓力的情況下，對比堆載土方清除后結構水平產(chǎn)生的位移數(shù)值。

本研究采用FLAC3D土工軟件，對匝道橋建立三維有限差分模型，對橋梁墩柱、樁基、承臺及支座等結構，以及巖土層在橋墩附近分布情況進行模擬，據(jù)此對匝道橋結構產(chǎn)生水平位移時產(chǎn)生的空間變形及受力情況進行分析。利用有限差分計算方法，可見巖土層位于堆載土方周圍的，都存在一定程度的塑性變形且表現(xiàn)的較為明顯，易引發(fā)地面沉降病害。若地面產(chǎn)生沉降后，在擠壓土方產(chǎn)生側向水平壓力，向橫橋方向墩頂2cm部位進行集中，而受側向水平壓力橫向作用的橋墩樁基礎，將引起橋墩逐漸產(chǎn)生扭轉、側移和沉降，其中墩頂水平位移趨勢為負向，達到1.4cm位移量；墩身將產(chǎn)生3.2cm的相對水平位移。對堆載土方匝道橋的壓力荷載作用采用土方軟件進行模擬后，表現(xiàn)出橋墩結構位移與對橋梁結構水平位移情況的實際觀察基本相符，表明橋梁結構水平位移的一些部分因素主要是因堆載土方的土壓力所導致的。

2）樁基受力?？刹捎肍LAC3D土工軟件對橋梁樁基進行受力分析，主要對樁基附加應力作用進行計算，由于附件增大應力后，匝道橋樁基礎也會明顯增加受力。因此對橋墩樁基進行重點分析，首先對樁基與承臺受損破壞程度進行檢驗，可嘗試將不同水平力施加于承臺一側，再對樁基和承臺銜接部位的內(nèi)力變化進行觀察。在加載到承臺的彎矩達到某數(shù)值后，銜接部位將產(chǎn)生局部破壞趨勢。計算橋墩承臺頂部存在2.3cm的位移，而順橋方向樁基存在2cm的平均位移，且樁基具有顯著受力表現(xiàn)，樁基與承臺銜接部位實測得到最大500千?！っ椎膹澗刂?，表明樁基己存在局部破壞問題。

3）橋墩與上部結構。對橋梁上部結構和橋墩進行驗算，主要第二聯(lián)與第三聯(lián)的橋墩墩身、梁體結構，將受到溫濕度等影響因素進行排除后，與現(xiàn)場堆載情況相結合，除第二聯(lián)三跨及第三聯(lián)兩跨，對監(jiān)測其它位置的承載力確定達到設計規(guī)范。此外，采用超聲波無損檢測方法評定橋墩往下0.6m的樁基頂部，也顯示出具有缺陷，屬III類樁基，應進行重新布置施工才能妥善解決存在的問題，對于橋梁后期加固維修施工的設計可提供重要參考依據(jù)。

4 總結

由上述分析可知，匝道橋梁產(chǎn)生的橋梁結構水平位移，主要是因堆載土方對橋墩的壓力所導致，并存在于樁基與承臺之間銜接位置，受地面堆載的影響，使橋梁局部產(chǎn)生一定程度的破壞，第二有三跨，第三聯(lián)有兩跨，都產(chǎn)生了一定程度的結構變位。經(jīng)深入分析研究，對地面堆載影響匝道橋結構的原因基本明確，原則上可用于設計施工其它匝道橋梁，具有一定的參考價值。但在不同橋梁工程施工實際與設計要求之間也存在一定的差異，據(jù)上述分析結果可發(fā)現(xiàn)，應與匝道橋工程設計的實際情況相結合進行綜合考慮，才能對出現(xiàn)的問題進行靈活處置。