地面堆载对匝道桥结构的影响

王慧鹏

摘要 桥梁结构安全通常易受到位于桥梁附近地面堆载分染的影响，可基于道桥设计利用监测桥梁墩顶及其支座、梁体、伸缩缝等部位结构进行推测。本文通过分析某匝道桥的基本情况，通过对桥梁结构变位状况进行初步监测，并基于对桩基受力、桥梁结构位移、桥墩及桥梁上部结构的初步探讨，对影响地面堆载的程度进行分析研究，基于此作为对桥梁后期加固维修施工的设计提供重要参考依据。

关键词 地面堆载；道桥施工；道桥结构

中图分类号 U4

文献标识码 A

文章编号2095-6363（2015）10-0114-02

1 匝道桥基本情况

某匝道桥长度为335m，桥梁分为三联跨径，都采用截面预应力混凝土连续箱梁，其中第一联为149m跨径，第二联为105m跨径，第三联为80m跨径。墩柱底部采用3.2m×1.3m的截面，基于原来宽度3.6m，将顶部倾斜加宽至横桥两侧，采用4. 5m全宽，将4根60m长的钻孔灌注桩布设于每根墩柱下方，向基础深部的圆砾层直接贯入。将5.5m×5.5m平面规格的2m厚度承台布置于墩柱与桥墩基础之间，匝道桥墩身与箱梁工序施工完成后，对匝道桥主梁位置、墩身垂直度等进行验收确认，都已符合规范标准及设计要求。但在应用一年后，在安装桥梁伸缩缝过程中，某一伸缩缝被施工人员发现宽度超过设计标准。在认真勘察现场后，发现该伸缩缝墩身附近，存在较多的工程土方堆载，最高的土方达到近7.5m，可分析推断出产生超宽伸缩缝的可能原因是因存在的这些堆载土方而导致的。为保证匝道桥结构施工后期的安全，并将已发生的险情及时排除，在现场对桥梁结构的变位情况进行全方位监测，并从桥墩、上部结构、桩基受力及结构位移等方面对受地面堆载的影响程度进行分析。

2 监测匝道桥结构变位

监测桥梁结构变位主要在于对桥梁结构险情的变化趋势进行深入了解。本研究中的匝道桥堆载土方的附近桥墩，距离第一联具有一定的距离，通常不会产生直接影响，需对其结构变位进行重点监测，主要包括联跨桥面、墩身及桥墩墩顶支座部位，以及桥墩墩顶存在的伸缩缝宽度。将上述监测点位置进行布置完成后，以免地面堆载对桥梁结构安全构成威胁，及时将桥墩附近的堆载土方进行逐步清除，在降低堆载土方的高度到3米左右时，对桥梁情况进行同步监测，直到堆载土方全部清除完成后，停止监测工作，整个监测过程共持续五天。对监测不同时间的结果进行分析比较，针对桥梁结构变位可得到下列结论。

一是没有完全清除堆载土方时，第二联有三跨，第三联有两跨都发生结构变位的趋势，其中第二联中有一跨的结构变位最明显。在开始监测第一天，发生12.6cm的结构变位，直到第五天监测结束，还存在11.2cm的结构变位。

二是清除完成堆载土方后，匝道桥变位结构开始产生程度不同的恢复，起初第二联中有一跨出现最明显的结构变位，恢复状态是也是最明显的，整个桥梁测点恢复值平均达到0.86cm的，直到检测最后一天，在堆载土方全部清除完成后，监测桥梁全部测点的数值，基本都表现出比较稳定的状态。

三是发生偏位的桥墩墩顶，偏移量最大达到4.2厘米，支座位移最大达到13.5cm，伸缩缝最大宽度达到21.3cm；清除完成堆载土方后，偏位的桥墩墩顶恢复到3.5cm，支座恢复到12.6cm，伸缩缝恢复到18.4cm宽。

四是在监测的整个过程中，实测匝道桥墩身最大时有0.4cm的沉降位移，并未发现存在任何规律，其原因主要是由测量误差所致，可断定桥墩未产生明显沉降变化。经上述监测后，清除堆载土方完成，匝道桥偏位墩身、支座位移及超宽的桥墩墩顶伸缩缝都已向标准状态恢复，充分表明清除堆载土方可实现匝道桥趋于比较稳定的结构。

3 分析地面堆载的影响

1）结构位移。受地面堆载影响，常规情况下桥墩水平位移是比较直接的表现形式，而不是地面堆载都能引起所有桥墩产生水平位移，为获得较为准确的验证结果，应基于对堆载土方保持一定压力的情况下，对比堆载土方清除后结构水平产生的位移数值。

本研究采用FLAC3D土工软件，对匝道桥建立三维有限差分模型，对桥梁墩柱、桩基、承台及支座等结构，以及岩土层在桥墩附近分布情况进行模拟，据此对匝道桥结构产生水平位移时产生的空间变形及受力情况进行分析。利用有限差分计算方法，可见岩土层位于堆载土方周围的，都存在一定程度的塑性变形且表现的较为明显，易引发地面沉降病害。若地面产生沉降后，在挤压土方产生侧向水平压力，向横桥方向墩顶2cm部位进行集中，而受侧向水平压力横向作用的桥墩桩基础，将引起桥墩逐渐产生扭转、侧移和沉降，其中墩顶水平位移趋势为负向，达到1.4cm位移量；墩身将产生3.2cm的相对水平位移。对堆载土方匝道桥的压力荷载作用采用土方软件进行模拟后，表现出桥墩结构位移与对桥梁结构水平位移情况的实际观察基本相符，表明桥梁结构水平位移的一些部分因素主要是因堆载土方的土压力所导致的。

2）桩基受力。可采用FLAC3D土工软件对桥梁桩基进行受力分析，主要对桩基附加应力作用进行计算，由于附件增大应力后，匝道桥桩基础也会明显增加受力。因此对桥墩桩基进行重点分析，首先对桩基与承台受损破坏程度进行检验，可尝试将不同水平力施加于承台一侧，再对桩基和承台衔接部位的内力变化进行观察。在加载到承台的弯矩达到某数值后，衔接部位将产生局部破坏趋势。计算桥墩承台顶部存在2.3cm的位移，而顺桥方向桩基存在2cm的平均位移，且桩基具有显著受力表现，桩基与承台衔接部位实测得到最大500千牛·米的弯矩值，表明桩基己存在局部破坏问题。

3）桥墩与上部结构。对桥梁上部结构和桥墩进行验算，主要第二联与第三联的桥墩墩身、梁体结构，将受到温湿度等影响因素进行排除后，与现场堆载情况相结合，除第二联三跨及第三联两跨，对监测其它位置的承载力确定达到设计规范。此外，采用超声波无损检测方法评定桥墩往下0.6m的桩基顶部，也显示出具有缺陷，属III类桩基，应进行重新布置施工才能妥善解决存在的问题，对于桥梁后期加固维修施工的设计可提供重要参考依据。

4 总结

由上述分析可知，匝道桥梁产生的桥梁结构水平位移，主要是因堆载土方对桥墩的压力所导致，并存在于桩基与承台之间衔接位置，受地面堆载的影响，使桥梁局部产生一定程度的破坏，第二有三跨，第三联有两跨，都产生了一定程度的结构变位。经深入分析研究，对地面堆载影响匝道桥结构的原因基本明确，原则上可用于设计施工其它匝道桥梁，具有一定的参考价值。但在不同桥梁工程施工实际与设计要求之间也存在一定的差异，据上述分析结果可发现，应与匝道桥工程设计的实际情况相结合进行综合考虑，才能对出现的问题进行灵活处置。