某桥墩桩基偏位受力分析及纠偏施工技术

李迪雄

岳阳市公路桥梁基建总公司

某桥墩桩基偏位受力分析及纠偏施工技术

李迪雄

岳阳市公路桥梁基建总公司

本文结合多年来的工作经验，对桥墩桩基施工情况进行了阐述，并对桥墩桩基偏位的受力情况进行了研究，然后，提出了相应的解决措施。通过研究表明，经过一定时间的纠正，两桩基可以恢复到原来的位置，通过检测，是可以满足设计要求的。基于此，文章对某某桥墩桩基偏位受力分析及纠偏施工技术进行了详细的探究。

桥墩桩基；偏位；受力；纠偏

前言

目前，我国跨江、海公路和铁路桥梁大都采取的是直径比较大的独立桩基，因此，对于桥墩桩基偏位具有非常严格的要求。在桩基进行施工的过程中，由于受到多方面的原因，导致桩基常常会出现偏斜的问题，比如施工不当或没有科学的对当地地质情况进行研究等等。因此，就要对产生偏斜的桥墩桩基科学进行纠偏施工，下面，结合某工程实例，对某桥墩的桩基偏位受力情况进行了分析，并进行了纠偏施工。

1 工程概况

某桥梁全长是730.5米，整个桥梁处于平坡上，两条线的距离是4米。桥梁河床面比较平整，且起伏不大。桥台采取的是双线钢筋混凝土耳墙方式，桥墩运用单线钢筋混凝土圆端板墩。

2 某桥墩的桩基产生偏位的原因及受力

2.1 原因

由于受到人为原因的影响，使桥梁河床面产生了严重的下切现象，这是由于当地老百姓在桥上下游挖砂、取土所致，上下游都出现了一个沿水流。几年前，对桥梁上游水库清淤加固的时候，由于挖砂导致局部砂坑引起3和4号桥墩出现了倾斜的现象。而5号桥墩也产生了小程度的倾斜。

2.2 桥墩桩基偏位受力研究

通过abaqus软件，建立了桥梁的三维有限元的一个模型，再对桥墩桩基的偏位进行了受力的分析。利用模型在进行计算的时候，桥墩采取的是梁单元，弹性模量值是30MPa，泊松比是0.2。载荷时，要对桥梁自重及桥梁上正常情况下列车的活动载荷综合进行考虑。本文总共建立了以下三个模型，便于更好地进行对比研究。

(1)载荷作用受力的分析，每一个桥墩基桩都没有出现偏位。

(2)载荷作用受力的分析，3号、4号、5号桥墩，上行线产生偏位的受力分析。

(3)载荷作用受力分析，3号、4号、5号桥墩下行线产生偏位的抗下受力情况。

由上面所述可以知道，该桥梁桥墩的桩基出现偏位的是在3号、4号和5号墩，因此，这3个墩临近梁板影响比较大，其他上梁板的影响可以忽略。通过模拟计算法分析得出，梁板最大正轴力是148kN，最大的负轴力中148kN。梁板最大正弯矩是654kN·m，最大负弯矩是437.1kN·m。

如果按桥梁上行线测量模型进行计算的时候，可以得出梁板最大正轴力是154，最大负轴力是152。梁板最大正弯矩是721kN·m，最大负弯矩是493.5kN·m。与无桥墩桩基偏位进行比较，轴力最大增加3.7%，弯矩增加12.8%。如果按桥梁下行线测量模型进行计算的话，梁板最大正轴力是155.2kN，最大负轴力是153kN。最大正弯矩是730.6kN·m，而最大负弯矩是518.6kN·m。与无桥墩桩基偏位进行比较，轴力最大增加4.3%，弯矩最大增加了18.6%。通过使用模型进行计算可知，三种情况进行对比的情况下，桥梁墩台偏位增加了梁板轴力和弯矩，最大增幅达到4.2%和18.6%。这就对桥梁正常运行产生了一定的风险，某些应力的集中部位也极易产生一定的损坏，因此，要对桥墩桩基偏位进行纠正。

2.3 墩柱偏位及开裂现场检测结果

在进行监测过程中，发现墩柱产生比较严重的偏移，为了查明偏移对桥墩结构承载力的影响，对墩柱倾斜现状进行分析，墩柱及系梁开裂做了现场检测，并通过数值法对墩柱承载能力的影响进行了评定。

从外观进行检查，采取肉眼观察及设备测量结合的方式。倾斜测量及现状地形进行检测，采取全站仪法。通过检测，发现第3-5号产生了一定程度的倾斜，且病害比较集中。

(1)墩柱偏位：桥墩具有一定程度的倾斜，受桥侧堆土影响，右幅桥墩倾斜度比较大。

(2)混凝土开裂：墩柱开裂病害主要发生在墩柱上，都存在环向开裂情况。裂缝大部分已闭合，仅在右侧发现1条未闭合的裂缝。墩柱裂缝分布在底系梁顶面右侧位置及中系梁左侧处受力较大的位置，都是受力裂缝。系梁开裂发生在底系梁及其中系梁，而且裂缝开裂的比较多。

2.4 数值分析

根据检测情况研究，结合施工图地质情况，对墩顶发生倾斜量时，墩身截面强度及裂缝进行验算。桩土间相互作用采取土弹簧刚度模拟，荷载考虑结构自重、上部结构荷载、水平位移和土对桩的作用。盖梁和墩柱采取C30混凝土，桩基则采取C30水下混凝土；主筋采用Ⅱ级钢筋。荷载：①结构的重力：混凝土容重按照25kN/m3进行计算，程序自动计入；②上部结构恒载：上部结构小箱梁自重及桥面铺装、防撞护栏、中央分隔带等，分别按照小箱梁作用于盖梁上；③水平位移：考虑到偏移量的作用；④土对桩作用通过运用土弹簧来模拟，在使用土弹簧刚度进行模拟的时候，各桩土层的情况按原桥施工图进行计算，各土层的参数要按照规范进行取值。

(1)渣土引起水平偏位下承载力的验算。荷载组合：本次对现阶段墩顶倾斜量作用进行分析，通过对墩身截面强度及其裂缝宽度进行计算，仅考虑了水平位移，而没有对活载效应进行考虑。计算使用以下荷载组合：墩身截面强度验算荷载组合：1.2恒载+1.4水平位移墩身裂缝宽度计算荷载组合：1.0恒载+1.0水平位移，对右幅墩顶倾斜量时，墩身截面强度验算，墩身截面裂缝宽度进行验算。根据计算得出，右幅墩倾斜值在土压力存在情况下，墩顶会产生一定的倾斜量，墩柱截面强度及裂缝宽度均不满足相关规范，墩柱抗压承载能力安全系数是0.46和0.55，同时，墩身的裂缝宽度验算超出了要求，此结构处在一个危险的状态。

(2)墩柱设计和倾斜承载力的验算。在墩顶设计和倾斜状态下，对于墩身截面抗压强度进行验算。按照其计算结果分析，在卸除土压力的状态下，右幅墩在倾斜状态下，所产生抗压承载力安全系数比设计状态下有了明显的下降，轴力的安全系数也出现了下降，弯矩安全系数也下降了，虽然墩身截面抗压承载力满足了相关要求，但在弃土推力的作用下，已产生了很多的病害，为了成桥以后的安全运营，建议对桥墩采取加固处理的方法。

3 纠偏施工分析

若纠偏以后桩基处于顺直微弯的状态，而且并没产生断桩，那么，纠偏对桩基使用不会产生不良的影响。若把偏位桩基拆除了重新进行建设，不但难度大、工期长，而且成本非常高，因此，拆除返工方案并不可取。根据桥墩桩基偏位受力情况分析可以知道，想要纠正桩基的位置，要在桩基偏移的一方，人为的施加一些外力，来减少桩身压力差，一直到桩基恢复到原位为止。可以采取卸载止推、强力牵拉等的方法对于偏位综合进行纠正。本工程采取了以下几个纠偏的方案。

第一，对1-9号局部河床做好加固工作，对于桩基的承台进行托换。由1-6号桥墩受到挖砂的影响非常大，河床面出现了下切的现象，因此，为了安全，可以采取钻孔桩基础对1-9号桥墩进行托换。第二，为了可以有效避免砂坑范围的不断扩大而对其他桥墩安全性能带来的影响，本方案对7号和8号桥墩采取旋喷桩方式，进行地基的加固，并通过混凝土墙对桥墩增设了保护。第三，砂坑距离0号台还存在着一定的安全距离，因此，为了有效防止砂坑扩张，采取了对砂坑四周地基进行加固的方式，运用旋喷桩，增设了混凝土墙，进而实现了对桥墩的保护。

4 结束语

综上所述，文章通过使用abaqus软件，对于某桥墩的桩基偏位受力情况进行了分析，通过研究，桥梁墩台偏位增加了梁板的轴力和弯矩，并增大了损坏的几率。通过对结果的计算，选取合适的纠偏方案。此方案是比较成功的，而纠偏加固的完成，到目前为止，此桥没有产生任何异常的现象。

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