桥下渣土对桥梁变位病害的分析及处理建议

马占海

(河北承德承秦高速公路管理处　承德　067000)

桥下渣土对桥梁变位病害的分析及处理建议

马占海

(河北承德承秦高速公路管理处承德067000)

摘要主梁横向错位是桥梁上部结构的主要病害之一，其产生原因复杂。结合某实桥的病害实例，通过有限元分析，指出该桥部分桥墩周围的渣土等建筑垃圾给桥墩施加了设计中不曾考虑的水平作用，是造成该桥主梁横向错位的主要原因。结合该桥的实际情况，提出了相应的处理措施。

关键词桥下渣土堆积静止土压力主梁变位处理措施

据2014年7月8日的国际在线报道[1]，在郑州市西南绕城高速K11+370须水河支线桥下，一根直径约1.2m的混凝土柱被桥西堆积如山的建筑垃圾“冲垮”。立柱根部被切断，向内移位约1m，立柱顶部粉碎性劈裂，造成主梁横向错位甚至倾覆，见图 1和图2。

图1　建筑垃圾所撞坏的桥墩

图2　西侧堆积如山的建筑垃圾

一般在桥墩的设计中，不考虑其承受水平作用。因此，当横向作用较大时往往会发生主梁横向错位等病害[2]。主梁一般是桥梁的主要承重结构，如果其发生病害，不但影响美观，还会影响使用寿命，甚至还会威胁到人们的生命财产安全[3-4]。

目前，对于主梁横向错位的研究较少，多以斜交桥为主，对于正交桥的主梁横向错位的研究还处于空白状态[5-6]。因此，本文针对某高速公路桥梁，对于桥墩遭受横向力造成主梁错位现象进行了分析研究，以期引起类似工程的重视。

1　概况

某高速公路桥设计荷载等级为公路-I级；桥面净宽11.25m；全桥共3联11跨，跨径布置为4×30m+3×30m+4×30m；上部结构采用预应力混凝土(后张)T梁，先简支后连续；下部结构采用柱式墩，包括双柱及单柱形式，墩台采用桩基础，墩台径向布置。⓪、○11号桥台处采用80型异型钢伸缩装置，④、⑦号桥墩处采用160型异型钢伸缩装置。

该桥在使用过程中发现有以下病害：①，⓪号桥台处的伸缩缝变宽，由原设计的8cm增加到12cm，见图3；②，④号桥墩处两侧主梁(分属第一联和第二联)出现横向错位，偏差为5cm，见图4；③，④号桥墩处的伸缩缝出现挤压现象，由原设计的16cm减小到约9cm，已失去伸缩性能；④，⓪号桥台，①，②，③，④号桥墩的防震挡块与主梁之间间距大小不一，有的已经将挡块挤碎；⑤由于梁体错位，主梁支座部分出现轻微的横向剪切变形，见图5。

图3伸缩缝变宽，橡胶条被撕裂图4主梁横向错位图5支座剪切变形

综合上述病害，可以判定该桥的主梁发生了如图6所示的平面位移。

图6　该桥第一联和第二联的梁体变位示意图

2　主梁横向错位的成因分析

针对上述病害，管理部门开展了现场调查和分析研究。调查表明，该桥⓪号台，①，②，③，④号墩周围均被不同高度的渣土包围，特别是③、④号墩处的渣土最高约为24m，见图7。这些渣土将对桥墩产生横向和纵向的水平推力。

图7　桥墩周围渣土

为验证渣土水平推力对该桥的作用，本文用MIDASCIVIL建立桥梁的有限元模型。设渣土容重γ=17kN/m3，静止土压力系数K0=0.5，则任意深度Z处的土压力为p0=γK0Z。根据该桥的现场实际情况，利用静止土压力模拟①号墩承受的埋土高度22m、②号墩的埋土高度22m、③号墩的埋土高度24m和④号墩的埋土高度24m。桥墩周围渣土对桥墩的水平作用见图8。

图8　桥墩周围渣土对桥墩的水平作用

分析结果如下。土压力对桥梁产生最大5.18cm纵向水平位移和最大2.21cm横向水平位移，分别见图9和图10。另外，实地考察发现第一联的各个支座未发生明显的扭转和剪切变形，即梁体与墩顶的相对位移不大。

图9　土压力造成的桥梁纵向位移

图10　土压力造成的桥梁横向位移

综上所述可以判定，桥墩周围的渣土是造成该桥主梁移位的主要原因，即渣土对桥墩施加了横桥向和纵桥向的水平土压力，造成了墩顶和主梁的同步偏位。

3　病害处理措施

针对建筑垃圾所造成图3～图5所示的桥梁病害，该桥采取了以下处理措施。

(1) 将该桥台、桥墩与其周围的渣土分离，消除其水平作用使桥墩恢复到其设计的受力状态。

(2) 待桥墩恢复到设计的受力状态后，再将渣土较为均匀地堆放在桥墩周围。注意堆放过程中，尽量避免桥墩在水平方向上的不均匀受力。

(3) 在两侧抗震挡块与梁体之间设置缓冲装置，利用GJZF4350×550×57型四氟滑板式橡胶支座进行横向限位。具体操作是将支座预埋钢板预埋入挡块内，钢板外露1.5cm，橡胶支座采用粘贴方式固定于钢板上，支座上设置四氟滑板，并在T梁对应位置粘贴不锈钢板，保证了梁体与支座之间的平顺滑动。

4　结语

本文就桥梁渣土堆积所造成的桥梁病害进行了有限元分析，并给出了处理建议，主要是去除渣土对桥墩的额外水平作用，恢复其设计状态，避免其造成桥墩的剪切破坏及主梁的横向错位。在设计时也应考虑桥墩受到横向水平外力的作用，明确给出桥墩所能承受的最大水平外荷载。

处理1年后，经实地考察，该桥上部结构的横向变位没有增加，局部还有所减小，这就证明了本文所提出病害原因分析的正确性和处理措施的有效性，为以后类似桥梁病害的处理提供了有益的参考。

参考文献

[1]国际在线[EB/OL].(2014-07-08).http://gb.cri.cn/42071/2014/07/08/3245s4607341.htm.

[2]胡汉舟,叶梅新.桥梁事故及经验教训[J].桥梁建设,2002(3):71-75.

[3]肖玉辉,沈立宏.混凝土桥梁病害成因分析及对策研究[J].中外公路,2004, 24(1):39-42.

[4]孙明山.桥梁检查及病害原因分析[J].湖南交通科技,2001,27(4):61-62,65.

[5]刘建民.公路混凝土桥梁损伤评估技术研究[D].郑州: 郑州大学,2003.

[6]杨建宋.斜交板桥横桥向位移原因分析及处治措施[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