软基地区河道开挖造成支座偏移和桥墩开裂的分析及处理

马向前

摘要 软土地区的工程项目事故频发，尤其对于临近河道的桥梁墩台，在施工期间，若开挖顺序处理不当等会引起临空面的形成，易造成工程事故的发生，比如管桩被切断或者灌注桩发生偏移。笔者根据已建桥梁在河道清淤和开挖条件下桥墩发生裂缝和支座偏移、桥台伸缩缝纵向位移受限，通过受力和可能产生的原因分析，对桥墩加固和支座复位的方案进行介绍。

关键词 支座偏位;桥墩裂缝;复位;加固

中图分类号 U445.71 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）03-0129-03

0 引言

软土一般具有抗剪强度低、透水性低、高压缩性、对结构破坏敏感、流变性等特点。在软土地区修筑桥梁及道路人工构造物必须进行较详细的工程地质、水文地质勘测工作，同时保证设计和施工能紧密结合实际情况，采取有针对性的措施。软土地基的强度不足、变形过大和稳定性较差，均有可能造成桥梁、道路人工构造物、基础过大沉降、不均匀沉降、位移、倾斜、开裂、失稳或严重损坏，该文结合工程实际案例，对其分析和加固方案介绍。

1 工程概况

连云港某公路里程约15 km，道路等级为一级公路城镇段，设计时速为80 km/h，道路宽度为28 m，采用双向六车道;桥梁部分汽车荷载等级为公路一级，同时荷载兼顾城市-A 级标准; 该道路跨越一条主要河道，桥跨布置为： 20+30+30+30+20 m 现浇预应力混凝土结构，下部采用柱式墩，扁担台，钻孔灌注桩基础。上部结构采用单箱五室，斜腹板断面，箱梁中心线处梁高 2.0 m，顶板宽 28 m，底板寬 22 m，两侧悬臂均为长 3.0 m，顶板悬臂端部厚 0.2 m，根部厚 0.5 m，顶板厚 0.25～0.5 m，底板厚 0.25～0.45 m，腹板厚 0.50～0.75 m，桥面横坡由顶底板横坡调整，中腹板等高铅垂。端横隔梁厚 1.6 m，中横隔梁厚 2.2 m。 该桥下部结构中，1～4#桥墩，采用柱式φ1.5 m，下接φ1.8 m 基桩;桥台采用坐式桥台，双排桩，Φ1.2 m 钻孔灌注桩基础。全桥基础均按照摩擦桩设计，桥台处设置 D120 型钢组合伸缩缝。

场地地质情况：①素填土：主要由粘性土和砂性土等组成，局部夹少量碎石。场区普遍分布，平均厚度2.30 m。②黏土：灰褐色，软—可塑，土质均匀，切面光滑，干强度及韧性高，平均1.50 m。③淤泥：青灰色，饱和，流塑，土质均匀、细腻，手摸有滑腻感，含有机质，具腥臭味，切面光滑，干强度及韧性高，无摇震反应。场区普遍分布，平均15.92 m。 ④−1粉细砂夹粉质黏土：灰褐色，松散，颗粒较均匀 0.50～7.10 m，平均2.67 m。⑤含砂粉质粘土：黄灰色，软—可塑，土质不均匀，稍有光泽，平均22.20 m。⑥粉细砂：灰黄色，中密—密实，颗粒均匀，分选性好，级配差，平均26.96 m。⑦含砂粉质粘土：黄褐色，软—可塑，粉砂薄层，干强度中等，韧性中等，平均29.21 m。

2 施工与运营过程

该工程采用现浇支架施工，于2018年10月份施工完成，自2019年1月份开放交通，该地区桥梁一般2～3个月外观检查，开始2～3个月平常巡检时，发现活动支座略有滑移，滑移距离约为5 cm，桥墩部分未发现裂缝。随着该区域5月份汛期的到来，对河道进行了清淤，并采用河道开挖加宽方式，加大过水断面。待7月份巡查时，发现固定桥墩有明显的裂纹，同时各个支座有明显偏位。因此委托第三方检测机构对全桥技术状况进行检测和评定，并对全桥立柱进行了垂直度检测，确定了立柱的倾斜度，上部梁体及下部 1～4#墩柱进行了水平位移检测，结果显示：2个月内，墩柱及第一联梁体均未发生较大水平位移，情况基本稳定，具体检测数据见表1和表2。

通过监测发现：2个月内，第一联梁体未发生较大水平位移，情况基本稳定。

2019年7月份对墩柱倾斜度（见表3）和支座位移量（图1）进行检测的结果。

3 原因分析

（1）3#固定墩支座处的支座布置，纵、横向单向支座位置相反，导致横向和纵向变形受到约束，产生内应力，导致支座偏移量较大，以及固定桥墩出现明显开裂。

（2）墩柱发生朝向河道中心的不同程度偏移，主要由于现场场地淤泥层较厚（16 m左右），桩柱在架梁前由于场地复合桩施工时的挤土作用，可能发生了不同程度的偏移。

（3）桥梁建成后的河道开挖，导致桥墩周边土体产生大面积卸载，形成不平衡土压力，导致墩柱发生偏移。

（4）5#桥台伸缩缝堵塞导致桥梁纵向位移受限，使得0#墩伸缩缝变形超限。

（5）河道水位受季节影响变化较大，桥墩距离河道较近，秋冬季节时，水位较低，临空面较高，对桥墩受力不利[1]。

4 处理方案

根据上述分析，主要对桥墩支座进行了更换或复位，并对 2-3#立柱、系梁裂缝进行了加固修复;上部结构结合现场实测梁端缝宽情况，对桥面伸缩缝进行了更换。进行如下：

4.1 下部结构裂缝加固修复

对 2-3#墩的墩柱裂缝进行加固修复，采用增大截面法加固墩柱。首先对墩柱及系梁裂缝进行封闭、压浆修复，然后将桩顶以上 1.5 m 范围内墩柱截面增大至与桩基同直径，即增大为 1.8 m。具体步骤如下：首先对原墩柱截面凿毛处理， 然后凿除桩顶系梁范围外的外圈混凝土，露出原桩基受力主筋，焊接接长桩基主筋，伸入墩柱内;桩顶系梁范围内则植入主筋并深入墩柱内，植入深度不小于 1 m;而后浇筑 C40自密实免振捣微膨胀混凝土以增大墩柱截面[2]。

4.2 原桥墩进行支座复位或更换

在原桥墩立柱上设置钢抱箍作为顶升施工平台，进行桥梁顶升、更换（复位）支座。安装钢抱箍前，在钢抱箍和立柱间垫橡胶层，以确保钢抱箍和立柱混凝土接触紧密，且提高两者间摩擦系数。钢抱箍分2片安装在立柱上，用 10.9 级高强螺栓 M30 将 2 片钢抱箍联成一个整体。

以钢抱箍平台作为顶升反力基础，以上部梁体中横梁作为顶升受力点，实现上部结构的顶升和支座更换。采用单排同步顶升方法进行支座更换，先进行一个墩的顶升和支座更换，再进行下一个墩的顶升和支座更换。顶升作业前，应按 1.5 倍安全系数对钢抱箍进行承载力试验，试验通过后，方可进行顶升作业。

顶升应采用同步顶升设备进行施工，应在位移同步监控的情况下进行，各顶升点同步位移差不得超过±1 mm。

单排同步顶升时，应对顶升桥墩及其相邻两个桥墩处对应的上下部位移进行检测，上下部位移测点布置（如图2）。

支座复位以新安装支座保证与上部箱梁相对位置不变为原则。首先凿除原有垫石及墩顶部分混凝土，露出柱顶钢筋，焊接新垫石并预埋垫石顶钢板，然后将支座下钢板与预埋垫石钢板围焊，采用高强环氧自流平混凝土重新浇筑新垫石。

4.3 原桥 0#桥台、5#台顶伸缩缝均进行更换

拆除原 0#台及 5#台处的伸缩缝，测量 0#台处梁端距桥台背墙间隙以及 5#台处梁端间隙，根据施工期间温度，按设计要求选择合适缝宽，若实测缝宽不满足设计要求，则对桥台背墙（0#台、5#台）进行适当切割，以保证上部箱梁温度变形需求，然后选择合适规格伸缩缝进行安装。 桥台背墙切割后应保证最外侧钢筋保护层厚度不小于 25 mm，即背墙最大切割量为3 cm，若此切割量仍不满足上部结构变形需求，则采用凿除背墙混凝土，重新浇筑背墙方案[3]。

4.4 5#台两侧场地平

4#墩位于河堤位置，河堤宽 5.0 m，堤顶标高 2.37 m，5#台两侧地面标高 2.94～3.13 m，平均按 3.03 m 计，1～4#墩中间为底宽 64.2 m，顶宽 100.1 m，深 3.6 m，边坡坡率 1∶5 的河道断面。在桥梁正投影范围内采用桩长 10～15 m、桩间距 1.5 m 的水泥土搅拌桩进行地基处理。结合此状况进行验算后。建议将 5#台两侧场地整平，场地整平后高差 0.66 m，标高按 2.37 m 控制。纵向范围为河道堤顶至 5#台后 10 m。横向宽度38 m，详见图3。

5 处理效果

对桥梁处理和加固定期跟踪和检测，发现各个支座变形均在正常使用范围内，桥墩裂缝未再继续发展（见表4）。

6 结束语

在沿海一带软基普遍存在，对路桥建设极为不利，易造成路基滑移、桥头跳车和桥梁桩基的移位、支座滑移甚至损坏。在实际施工和设计中一定要详细查明地质情况，务必充分重视软土开挖时的蠕变效应以及软土地基的水平力作用，桥台尽量采用双排桩，同时桥墩和桥台布置尽量远离河道，避免河道清淤或是开挖加宽对支座以及桥墩、桥台的不利影响。伸缩缝设计过程中尽量比常规的伸缩缝略有增大。

参考文献

[1]田世清，王俊新，石庆凡.支座安装缺陷与桥墩偏移病害关系研究[J].中外公路，2015（6）：179-181.

[2]黄光文，李贵勇.某特大桥下部结构开裂病害分析[J].公路交通科技（应用技术版），2020（7）：205-209.

[3]刘永欢.橋梁板式橡胶支座更换施工技术及质量控制[J].工程技术研究，2021（1）：85-86.