某邊坡滑移橋梁應(yīng)急檢測及變形監(jiān)測

彭佳斌

（中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430050）

1 引言

高速公路圓柱式橋墩的設(shè)計(jì)荷載一般不包括水平力，當(dāng)基礎(chǔ)橫向或縱向變位較大時往往會導(dǎo)致主梁錯位和不均勻沉降等病害[1]，嚴(yán)重者出現(xiàn)落梁或墩頂現(xiàn)澆連續(xù)段開裂、橋面下沉，危及運(yùn)營安全。高速養(yǎng)護(hù)人員巡檢中發(fā)現(xiàn)某連續(xù)梁橋墩頂處橋面有明顯下沉現(xiàn)象，見圖1。管養(yǎng)單位組織應(yīng)急檢測工作后，組織專家進(jìn)行討論，判斷出橋臺邊坡的滑坡體與橋梁病害直接相關(guān)，決定展開橋梁專項(xiàng)應(yīng)急處置和維修加固工程，并在處置全過程中開展橋梁變形監(jiān)控量測。

圖1 左幅橋梁邊坡滑坡體及墩頂處橋面V 字形下?lián)?/p>

定期監(jiān)測橋梁空間變位、撓度及基礎(chǔ)沉降等控制性指標(biāo)，對于確保橋梁處置施工的安全十分重要[2]。橋梁變形監(jiān)測工作中利用水準(zhǔn)儀、全站儀等電子測量專業(yè)儀器持續(xù)性地觀測特征位置處的變形，分析異常變形發(fā)展態(tài)勢并做出判斷和預(yù)測，采取措施防止處置過程中的橋梁二次損傷[3-5]。

2 工程概述

某高速公路雙幅分離式橋梁全長727.50 m，單幅橋?qū)?2 m，上部結(jié)構(gòu)采用18 m×40 m 預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)（剛構(gòu)）T 梁，橋跨組合為（3 m×40 m+3 m×4 m×40 m+3 m×40 m）。第五聯(lián)下部結(jié)構(gòu)橋墩采用雙柱式墩配樁基礎(chǔ)，18# 橋臺采用U 型臺接擴(kuò)大基礎(chǔ)，兩側(cè)護(hù)欄采用混凝土防撞墻。養(yǎng)護(hù)巡查中發(fā)現(xiàn)左幅第17# 墩頂處橋面有下沉現(xiàn)象，見圖2。

圖2 左幅橋梁病害調(diào)查情況立面圖（單位：cm）

3 應(yīng)急檢測

為準(zhǔn)確判斷橋梁病害程度，同時為應(yīng)急處治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，對第五聯(lián)（第16～18 跨）進(jìn)行應(yīng)急檢測。檢測發(fā)現(xiàn)第18 孔橋下位置有大面積堆土，堆土坡面陡、方量大（堆土頂面高出原狀土約10 m，體積約2 000 m3），在左右幅中間位置坡頂及地表裂隙寬度達(dá)10～20 cm。17#墩頂存在不同程度的支座滑移，支座上鋼板與梁底預(yù)埋鋼板焊接點(diǎn)剪斷，蓋梁端部擋塊與邊梁相抵。17#墩外側(cè)墩柱在墩柱底、樁頂附近出現(xiàn)多條環(huán)縫，在樁頂系梁與樁基交界處出現(xiàn)豎縫。初步判斷堆土造成墩柱兩側(cè)出現(xiàn)較大土壓力差，從而引起橋墩偏位，見圖3。

圖3 左幅17# 橋墩偏位

進(jìn)一步的調(diào)查發(fā)現(xiàn)墩頂負(fù)彎矩區(qū)域T 梁現(xiàn)澆段均出現(xiàn)嚴(yán)重開裂，底部可見局部混凝土掉塊脫落，現(xiàn)澆段端部鋼筋外露，見圖4。現(xiàn)澆段梁端出現(xiàn)大量斜裂并向兩側(cè)延伸至梁底，在馬蹄底形成貫穿橫向裂縫。

圖4 左幅17# 墩現(xiàn)澆段開裂病害圖

4 監(jiān)控量測方案

4.1 監(jiān)測目的

變形監(jiān)測中對監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行周期性、重復(fù)性的測量，以確定橋梁結(jié)構(gòu)的相關(guān)幾何指標(biāo)[6]，如支座相對滑移、橋墩各向位移、墩柱豎直度、梁體撓度和剛性位移等。本例監(jiān)控量測旨在推斷滑坡體和基礎(chǔ)變位及不均勻沉降的發(fā)展程度和趨勢[7]，同時通過橋墩和梁體監(jiān)測數(shù)據(jù)分析施工過程中的異常擾動并排除施工環(huán)節(jié)的不合理之處[8]。

4.2 監(jiān)測方法與頻率

變形監(jiān)測內(nèi)容包括墩臺及橋面的位移、沉降觀測和橋墩豎直度觀測，通過累積的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)對橋梁變形情況進(jìn)行分析、預(yù)測。

位移觀測點(diǎn)以植入的全站儀反射鏡為標(biāo)志，現(xiàn)場布設(shè)3 個基準(zhǔn)點(diǎn)組成位移基準(zhǔn)網(wǎng)。沉降觀測采用電子水準(zhǔn)儀配合銦鋼條碼尺作業(yè)，其中墩、臺身沉降觀測點(diǎn)以植入混凝土的L 型不銹鋼釘球冠端頭為標(biāo)志，橋面測點(diǎn)布置在行車道兩側(cè)，以植入瀝青砼橋面鋪裝的不銹鋼釘球冠端頭為標(biāo)志。橋墩豎直度測量采用全站儀進(jìn)行，每個橋墩取墩頂、墩中、墩底共3個截面，每個截面由全站儀測出3 點(diǎn)，形成墩頂、墩中、墩頂3 個圓心坐標(biāo)，根據(jù)墩頂與墩底圓心位置關(guān)系計(jì)算橋墩豎直度。具體方法為由圓心的相對水平（縱向、橫向）偏位計(jì)算得到合成偏位，再除以實(shí)測墩柱頂、底面的高差，即可得到橋墩豎直度計(jì)算值。

根據(jù)監(jiān)測需要，墩臺、橋面的位移監(jiān)測頻率為2次/d，墩臺、橋面的沉降監(jiān)測頻率為1 次/d。

4.3 監(jiān)測測點(diǎn)布置

墩臺共布置位移監(jiān)測點(diǎn)12 個，分別布置于左/右幅16#～17#墩系梁上方及左幅18#臺臺身。L17-1#、L17-2#墩柱在蓋梁下方（墩頂測點(diǎn)）各增設(shè)一處位移監(jiān)測點(diǎn)。墩臺共布置沉降觀測點(diǎn)10 個，分別布置于左/右幅16#～17#墩系梁上方及左幅18#臺，見圖5。

圖5 17#墩和18#臺位移、沉降監(jiān)測點(diǎn)布置圖

橋面共布置位移監(jiān)測點(diǎn)23 個，其中左幅外側(cè)測點(diǎn)10 個（編號ZW1～ZW10），左幅內(nèi)側(cè)測點(diǎn)8 個（編號ZN1～ZN8），右幅內(nèi)側(cè)測點(diǎn)5 個（編號Y1～Y5），見圖6。橋面共布置沉降監(jiān)測點(diǎn)20 個，其中左幅外側(cè)測點(diǎn)11 個（編號W1～W11），左幅內(nèi)側(cè)測點(diǎn)9 個（編號N1～N9）。左幅18#臺后共設(shè)置路基沉降監(jiān)測點(diǎn)4個，其中左幅外側(cè)測點(diǎn)1 個（編號WLJ4），左幅內(nèi)側(cè)測點(diǎn)3 個（編號NLJ1～NLJ3），見圖7。

圖6 橋面位移、沉降監(jiān)測點(diǎn)布置

圖7 橋面、路基沉降監(jiān)測點(diǎn)布置

5 監(jiān)控量測結(jié)果

5.1 橋墩平面偏位及豎直度

對左幅17# 橋墩取墩頂、墩中、墩底共3 個截面，根據(jù)前述測量和計(jì)算原理，在CAD 軟件中3 點(diǎn)畫圓，得到對應(yīng)的3 個圓心坐標(biāo)，同時根據(jù)實(shí)測T梁與蓋梁的相對關(guān)系，推導(dǎo)左幅17#墩的平面偏移情況，結(jié)果見表1，水平偏位示意圖見圖8。

表1 墩柱水平偏位監(jiān)測結(jié)果

圖8 L17# 墩實(shí)測水平偏位示意圖

橋墩豎直度僅列出17# 墩柱左右幅的監(jiān)測結(jié)果，此重點(diǎn)監(jiān)測橋墩的豎直度差異明顯，見表2。

表2 17# 墩柱豎直度監(jiān)測結(jié)果

以上監(jiān)測結(jié)果表明，左幅17#墩柱出現(xiàn)明顯偏位。

5.2 橋面沉降

沉降監(jiān)測時將鄰近聯(lián)相對穩(wěn)定的13#墩頂外側(cè)測點(diǎn)W11 作為基點(diǎn)（沉降0 值），監(jiān)測特定時間段內(nèi)的橋面沉降量，此處僅列出墩頂監(jiān)測結(jié)果，見表3。

表3 橋面墩頂沉降測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果

以上監(jiān)測結(jié)果表明，17# 墩頂處橋面內(nèi)側(cè)沉降0.890 6 m，外側(cè)沉降0.578 8 m。

5.3 橋梁變形監(jiān)測變化量及累計(jì)值

本項(xiàng)目監(jiān)測工作存在交接情況，基于監(jiān)測工作的重要性和數(shù)據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確性，自正式監(jiān)測以來，一邊組建新基準(zhǔn)網(wǎng)，一邊沿用原監(jiān)測單位布置的監(jiān)測基點(diǎn)展開監(jiān)測工作。監(jiān)測累計(jì)結(jié)果分為原單位監(jiān)測期、基準(zhǔn)網(wǎng)過渡期和新基準(zhǔn)網(wǎng)期這3 段時期的累計(jì)結(jié)果。此處僅列出部分結(jié)果以示說明，新基準(zhǔn)網(wǎng)期的墩柱監(jiān)測累計(jì)變化量見表4。

表4 墩柱各監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)變化量（新基準(zhǔn)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)）

墩柱各監(jiān)測點(diǎn)縱向位移量變化趨勢見圖9，縱向位移量累計(jì)值見圖10。

圖9 墩柱縱向位移量變化趨勢

圖10 墩柱縱向位移量累計(jì)值

由于現(xiàn)場施工影響、基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生位移等因素，導(dǎo)致橋墩測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，各測點(diǎn)變化不規(guī)律。采用新基準(zhǔn)網(wǎng)監(jiān)測后，各位移量均勻變化，未發(fā)現(xiàn)明顯突變，各監(jiān)測點(diǎn)的縱向位移量介于-1.6～1.5 mm，橫橋向位移量介于-2.5～2.8 mm，沉降量介于-1.19～1.20 mm，橋梁變形逐漸趨于穩(wěn)定。

6 應(yīng)急檢測及變形監(jiān)測小結(jié)

6.1 應(yīng)急檢測小結(jié)

（1）17#墩相鄰兩跨連續(xù)T 梁在連續(xù)墩支點(diǎn)處出現(xiàn)V 型彎折，16#和17#墩頂現(xiàn)澆連續(xù)段與預(yù)制梁端連接處被拉裂，17#墩頂局部混凝土出現(xiàn)掉塊。

（2）墩柱及蓋梁相對梁體出現(xiàn)水平向逆時針方向扭轉(zhuǎn)，17#墩頂支座不同程度移出梁底預(yù)埋鋼板范圍。

（3）16#墩頂負(fù)彎矩區(qū)域橋面混凝土現(xiàn)澆層在現(xiàn)澆連續(xù)段兩側(cè)出現(xiàn)大量橫向裂縫。

6.2 變形監(jiān)測小結(jié)

17#墩出現(xiàn)較嚴(yán)重的沉降，內(nèi)外側(cè)墩柱出現(xiàn)不同程度的沉降和水平偏位，見圖11。

圖11 左幅17# 墩柱橫橋向位移及墩頂沉降示意圖

自變形監(jiān)測工作交接并正式開展后，隨著應(yīng)急處置措施的有效展開，如橋底土體卸載、注漿以及設(shè)置梁底臨時支撐，該橋沉降和變位已趨于穩(wěn)定。

7 結(jié)論

（1）由于應(yīng)急處治措施的及時開展，如滑坡體卸載、注漿加固以及橋下搭設(shè)鋼管支撐防止上構(gòu)落梁等，使得橋梁的沉降和變位趨于穩(wěn)定，有效地保障了后期維修加固施工的安全進(jìn)行。

（2）本項(xiàng)目橋梁應(yīng)急檢測和變形監(jiān)測工作準(zhǔn)確地反映了監(jiān)測期間的橋梁空間變位、撓度及基礎(chǔ)沉降等控制性指標(biāo)的變化規(guī)律和發(fā)展趨勢，對類似應(yīng)急處治工程具有參考價值。