受山体变形影响桥梁的检测及加固思路探析

摘 要：本文通过对瓦厂坪1号大桥受山体变形影响后实施应急检测、臨时加固、变形监测直至实现最终恢复通行的全过程的经验总结，探析在应对位于山体有较大变形隐患场区的桥梁在运营管养期内的一般思路，着重讨论了在应急检测、加固设计方面针对桥梁自身特点及受损区域作的侧重方向。

关键词：山体变形;应急检测;加固设计;变形监测;运营管理

中图分类号：TU443 文献标识码：A

0 引言

2018年2月28日，雅西高速公路瓦厂坪段受右侧山体及下伏采空区变形影响，瓦厂坪1号大桥受损严重，经检测发现该桥出现上下部结构相对错位，大量支座移位，部分支座完全脱空，桥面抵紧起拱，桩柱及系梁、盖梁大范围开裂（5、6、7号墩尤甚）等严重病害[1]，桥梁存在落梁垮塌风险，鉴定为5类桥[2]，瓦厂坪2号大桥及3号大桥也不同程度受损。为实现最大限度降低发生桥梁垮塌落梁事故的风险和严格管制条件下高速公路的应急临时抢通保通，主管单位组织相关部门及专家展开了处治方案研讨，确实了以处理持力地基、辅助支撑钢管排架、上部结构同步分级顶升操作为设计思路的加固措施，并结合变形段山体、桥梁监测等手段，最终于2019年10月完成了瓦厂坪段的双幅双车道通行。

本文通过对瓦厂坪大桥从受灾后检测方案、加固设计方案、监测方案的实现过程，探析受山体变体影响地段的桥梁灾后恢复的一般思路。

1 项目概况

瓦厂坪1号大桥位于雅西高速公路上，桥梁中心桩号为K1989+240。其上部布置为3×25+5×25 m简支T梁（实际检测为4×25+4×25 m），下部为桩柱式墩台（4号墩处最大墩高约30 m），嵌岩端承桩基础。桥面全宽24.5 m，左右幅分离式设计，半幅布设5片T梁，梁中距2.5 m，梁高1.75 m。铺装为10 cm砼+7 cm沥青砼。全桥平面位于R=510 m、Ls=249.9 m右偏（以雅安至西昌为前进方向）曲线内，最大横向超高6%;纵面位于3.6%的纵坡上[3]。

2 检测结果

（1）该桥桥面系伸缩缝挤拢失效，向上隆起，高差错位;护栏拉裂（如图1）。

（2）5#～7#墩上梁体普遍沿纵向滑移错位，最大滑移距离达10 cm，部分支座剪切破坏、局部脱空（如图2）。

（3）该桥2#～7#号桥墩均呈现不同程度纵向倾斜，5#和6#桥墩最大倾斜度达15‰，其中5-1#墩顶相对墩底的纵向平距差达23 cm。

（4）5#～7#桥墩在地系梁附近环向或斜向开裂，

裂缝多分布于墩柱的雅安侧。

（5）左幅桥6#墩地系梁及盖梁均出现结构性开裂，其中地系梁最大裂缝宽度约10 mm（如图3）[4]。

3 应急处治思路

（1）清方减载。采取先清除桥下弃土与部分原状土，再根据补充勘察及监测成果资料作为永久加固处治的方案。另外，通过清方的手段揭露出弃土掩埋段桥梁墩身有无开裂变形等病害，为桥梁下部结构是否需做进一步的加固处治提供依据。

（2）下部结构加固思路。先期对上边坡采用抗滑桩、锚索等进行加固，采用钢排架辅助支撑对受损较严重区间（5～7#墩）进行加固，同时辅以钢筋砼护面墙及压力注浆锚杆的防护措施，既避免大范围开挖存在的边坡坍塌风险，又可提供有效可靠的持力地基。

（3）上部结构加固思路。对上部T梁结构的处理需考虑3个要素：①释放T梁与下部桥墩之间相对水平约束的牵引作用，减少桥墩所受内力，相应减少桥墩存在的弹性变形。②转移部分上部荷载至临时支撑排架上，分担较严重的墩柱所承受的竖向上部荷载。③对临时支撑钢排架起到预压的作用。因此，首先采取解除T梁跨间全部约束（桥面连续、伸缩缝、护栏等）和清除各盖梁上可能与T梁抵紧的部分横向挡块的措施，然后于原桥盖梁上方设置千斤顶，依次逐墩（台）逐级同步顶升上部T梁，以期达到梁体与原支座恰好分离的目标。

顶升的主要步骤与过程如下：

1）准备工作：①解除顶升过程中制约T梁与桥墩恢复水平变形的因素，包括5、6、7号墩顶对应的桥面连续和护栏（其余各墩保持不变）;清除0、4、8号墩台伸缩缝处梁端间杂物;各盖梁上可能与T梁抵紧的个别纵横向挡块等。②各墩台逐一检查记录每片T梁的支承现状，有脱空的支座则嵌塞薄钢板使其与梁底水平密贴;有滑移错位过大的支座则采用改性环氧砼加长加宽垫石，扩大其可支承面积。③在原桥各盖梁上寻找合适可靠的起顶位置（可根据实际情况选择在梁端马蹄、端横隔板下或采用蝴蝶架兜底），并采用改性环氧砂浆对起顶位置T梁底面和盖梁顶面进行纵横向找平。

2）半幅桥以墩台为单元，依次逐墩台在盖梁上分级同步顶升上部T梁，逐渐释放各墩处上下部结构间的水平牵引力（边顶升边在排架支座和盖梁支座下嵌塞薄钢板，使各支座与梁底密贴）。同时修正支承位置并更换变形、老化等病害支座（均采用普通板式橡胶支座）。各墩台处，如梁底预埋钢板中心与支座垫石中心相对错位大于6 cm，则还需对T梁进行纵向或横向顶推复位。

3）以墩为单元，分别在5、6、7号墩临时支撑排架上分级同步顶升T梁，对排架进行预压。顶升力控制在50 t左右并以梁体与排架、盖梁上的支座刚好脱离为准。

4）每次顶升过程中均密切观测上部主梁与盖梁间的整体相对位移情况，如发现异常应立即停止操作，核查原因后方可继续进行。

5）全部顶升操作完成后，修复个别纵横向挡块和在5、6、7号墩和8号台对应桥面设置弹塑体填充式伸缩缝。

（4）对山体变形和结构变形作长期持续性监测。

4 监测方案

4.1 深部位移

采用测斜仪对安装在钻孔中的测斜管开展监测，计算各深度相对于孔底的水平位移量，主要监测内容包括：

（1）1号桥上边坡的深部位移监测。

（2）1号桥5-7#墩桥下边坡深部位移监测。

自2018年监测以来，瓦厂坪山体深部变形持续发展，深部未见贯通性滑面，存在局部变形，变形速率具有明显的非线性变化特征，边坡应急加固工程实施后，各监测孔变形速率相较于应急抢险阶段（2018年3月-8月）均明显减小，但在减小趋势中略有波动，近期变形量相对较小，变形趋势较稳定。

4.2 桥梁监测

监测布点情况如下所述：

（1）墩柱及系梁裂缝宽度监测。桥梁的横系梁裂缝、墩柱环形和斜向裂缝，是大桥结构与构件变形破损的主要参数，是桥最大的垮塌风险点所在，往往也是最为敏感的结构特征，是桥梁监控重要和核心的部分。

此次在瓦厂坪大桥1#桥墩柱及系梁裂缝最密集的位置或方向，选择裂缝张开程度最大或较有代表性的裂缝，共布置12个自动监测点。

（2）梁板相对位移监测。主梁的水平位移、错位变形，是大桥结构/構件变形/破损的主要参数。通过对以上参数实时监测，对大桥结构健康安全提供全面的评估参考。

在瓦厂坪1#桥盖梁顶面安装固定顶杆位移计，位移计顶杆顶在T梁横隔板侧面，每处同时布置2个，分别量测盖梁上两个方向T梁的位移情况。共布置20个位移自动监测点。

（3）墩柱倾斜监测。墩柱的倾斜幅度是桥梁重要的安全参数之一，通过墩柱倾斜度的变化值可以有效掌握地基基础变化情况以及墩柱的受力发展趋势，为分析判断桥梁墩柱的安全提供基础数据。

在瓦厂坪1#桥5、6、7墩柱上部安装双轴测斜仪，共布置11个高精度倾角仪。

（4）地表位移监测。桥梁及其基础在抢通保通和加固施工各种荷载作用下，其自身及周边三维坐标变化情况是衡量桥梁是否安全最直观的信息。

在瓦厂坪1#桥共布置北斗测点6个，其中：桥下抗滑桩3个，8#桥台上1个，另外在对面山上地质稳定的制高点布设基准点1个。

从2018年3月至2020年12月，监测周期共划分为断道抢险、管制通行、正常通行三个阶段，结合监制报告的结果[5]来看：

（1）5～7#墩实施了钢管柱加固措施后，各墩柱受力由临时钢管支撑分担，受弯情况减缓。各墩柱及系梁裂缝宽度以及倾斜计整体变化轻微。裂缝宽度每日轻微波动，与昼夜温度变化关联性较大。裂缝宽度和倾斜度总体有所减小，但继续减小空间很小。

（2）梁板相对位移波动较小，与昼夜温度变化关联性较大。总体基本无变化，处于风险可控状态，但山体持续变形，导致部分梁板抵紧，已无位移空间，若后期变形进一步发展，应力进一步累积到一定程度，仍不能排除较大的安全风险。

（3）总体而言，自管制能行后变形持续减小，但部分时段变形速率存在一定波动。自2018年3月底开始自动监测以来，临空方向变形值与沉降值接近均已远超过设计允许值。2019年10月之后变形进一步减小，且速率平缓，无突变，近400天累计变形小于20 mm，但是否收敛，需继续监测与分析。

（4）近期桥梁结构监测未见明显异常，变形速率较前一阶段相对减缓，总体变形及沉降逐步减缓，整体处于可控状态，相对安全。

5 结论

我国西部地区（尤以云、贵、川三省为主）桥梁桥址位于山岭重丘区数量众多，且伴有墩身高、跨径长的特点，这就对如何应对山体变形风险隐患提出了重大挑战。根据瓦厂坪大桥从发生地质灾害到最终恢复双幅双车道的整个应急处理过程可以总结出一般性处理思路：

（1）运营部门应建立并完善一套控制性桥梁结构的监控系统，包括且不限于裂缝形变、墩柱位移指标的实时自动化监测，使一线人员能在出现异常值的第一时间作出响应，并组织各方开展应急处理。

（2）检测部门应针对性对桥梁结构出现异常值的分项工程进行优先检查，包括且不限于对伸缩缝位移、桥梁裂缝走向宽度深度、墩柱竖直度等控制性指标，在检测结果中提取出受损最严重的部分，以供设计部门进行力学分析，呈送加固处理方案。

（3）设计部门应在满足最低保通原则的前提下，通过钢排架辅助下部结构支撑，结合抗滑桩、锚索稳定边坡，分级顶升上部梁体的方式进行临时加固。

（4）监控部门应在临时加固完毕后，结合地勘资料，选取有代表性的山体变形控制点进行深部位移，并结合应急检测结果对出现严重病害的构件进行控制性指标（如裂缝宽度、相对位移等）的长期监测，直到变形速率和累计值达到收敛为止。

参考文献：

[1]李勇，孙晓鹏，李海亮.InSAR技术在西部山区某高速公路山体变形机理分析研究中的应用[J].地质灾害与环境保护，2020（2）：88-94.

[2]中华人民共和国交通运输部.JTH/T H21-2011，公路桥梁技术状况评定标准[S].人民交通出版社，2011.

[3]雅西高速公路瓦厂坪山体变形应急抢险工程项目施工图设计文件（第三册 第一分册）.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，2018-11.

[4]雅西高速公路瓦厂坪山体变形应急抢险项目瓦厂坪1#大桥定期检测报告.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，2018-09.

[5]雅西高速公路瓦厂坪段山体变形深部位移监测及桥梁监测安全监测报告.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，2020-12.

作者简介：任韧（1987-），男，四川眉山人，硕士研究生，工程师，研究方向：桥隧检测与加固。