【摘要】溫州地區軟土層厚，土體內摩擦角小、粘聚力低，在臺后高填土作用及車輛荷載作用下極易發生沉降和地基變形。溫州地區多座橋梁橋臺存在的病害均為橋臺軟弱土體結構破壞、流失導致失穩造成。本文通過對兩座橋梁的典型橋臺病害進行分析，探討了此類病害成因的處理對策。
【關鍵詞】橋臺病害 軟土地基 病害成因 處理對策
Abstract: In this paper, analyzes the two typical bridges Bridge Abutment, to explore the causes of such diseases deal with countermeasures.
Key words: bridge abutment; soft ground; disease causes; deal with countermeasures
中圖分類號 : TU471.8文獻標識碼： A 文章編號：
0 引言
軟土天然含水量大，天然孔隙比把，抗剪切強度低，壓縮率高，滲透系數小，在荷載作用下地基承載力低、地基變形大、不均勻沉降大、且變形穩定歷時長。溫州地區為海濱平原，靠甌江南岸，軟土層厚。本文以橋臺病害較為嚴重的兩座橋梁為例，探討此類病害的成因及處理對策。
1 橋臺病害
1.1 橋梁一
某橋梁1坐落市區次干道上，設計荷載汽-20，橋長39m，總寬32m，上部結構為3×13m普通混凝土空心板，下部結構為組合式橋臺(即樁柱式橋墩和懸臂式鋼筋砼擋墻或重力式擋土墻組合成)，原設計橋臺采用護坡，后橋臺前墻、耳墻改為采用懸臂式鋼筋砼，擋墻底部采用石丁樁基礎(25cm×25cm×250cm×53根)，樁柱式墩，Φ110鉆孔灌注樁基礎，樁長35m。
地質報告顯示淤泥層厚17.5~22.9m，淤泥質粘土層厚8.6~13.5m，下部砂礫層未穿透。
橋臺主要病害如下：
1)梁體端部伸出蓋梁：從圖2可以明顯看出，經測量伸出量達30cm。
2)支座實效：伸入木棒如圖3已能探查到實效的支座。
3)臺后填土突然沉降。曾在道路維修后的一個月內臺后產生了3cm左右的沉陷，如圖4。
4)橋臺立柱錯位：本橋由3幅組成，從圖5中可以看出在邊幅和中幅間已出現錯位現象。
5)立柱前傾：如圖6。采用垂球粗略測量立柱的傾斜度在2%，遠遠超過設計0.5%范圍。
在對橋臺設置了圖7所示的簡易觀測裝置，對其進行3個月的連續觀測，并用溫度計測量觀測時橋下溫度。從表中讀出絕對位移，再考慮溫度影響后，計算出每月相對位移1.5~1.2mm。
1.2 橋梁二
橋梁二橋臺為樁柱式排架結構加臺后漿砌片石擋墻構成的組合式橋臺，橋臺蓋梁
寬1.1m，寬1m，斜長52.42m。橋墩、橋臺樁基采用Ф100cm單排鉆孔灌注樁。立柱Ф100cm，系梁高0.9m，寬0.7m。橋臺樁底標高-36m，樁柱總長41.3m，臺后30m范圍內采用Ф50cm水泥攪拌樁作為高填土基礎，攪拌樁樁長為8m。與橋梁一的主要區別在于該橋橋臺有靠背，樁基間有系梁聯系，地質情況類似。橋臺主要病害如下：
1)0#、5#橋臺排架整體向臺后傾斜，立柱最大傾斜角度為3.720，對應系梁地面樁柱連接位置已嚴重斷裂、前后錯位2~3cm，開裂最大位置寬度16cm，最大深度76cm。
2)橋臺系梁及系梁以上排架立柱明顯開裂，裂縫最大寬度2mm。
3)橋臺蓋梁河心側面及底面分布有多條貫通或非貫通的斜向、豎向及橫向裂縫，部分裂縫還伴隨滲水跡，側面最大裂縫長度1.36m，最大寬度1mm，底面最大長度為1.21m，最大寬度0.7mm。
4)橋臺背墻斷裂錯位，擋墻開裂，片石錯位。
2 病害成因分析
依據《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTJ024-85)對上述兩座橋梁進行受力分析，對樁柱內力進行計算并驗算單樁豎向承載力、樁柱位移、裂縫、最大彎矩正截面強度(入土深度0m處)進行檢算，上述項目均滿足設計要求。且對橋梁一(橋梁二由于橋臺立柱已斷裂沒檢算的必要)懸臂式臺后擋土墻的強度、抗滑穩定性和抗傾覆穩定性進行驗算，同樣滿足設計要求。
從地質報告中可看出，橋臺樁基主要部分均在承載力低壓縮量大的軟弱土層中。在未產生位移的情況下，橋臺兩側由于填土高度不同立柱兩側靜止土壓力存在壓力差，淤泥及淤泥質粘土層土體逐漸向河心滑移，臺后土壓力逐漸減小，轉變為主動土壓力，而臺前樁基周圍土體受基礎變形影響產生被動土壓力，從而使樁基受力達到平衡狀態。
樁側摩擦力的發揮取決于樁土間的相對位移，若樁土之間不存在相對位移，則樁側摩擦力為零。樁體與樁間土的強度與剛度存在差異，在橋后土壓力的作用下，土側壓力在產生重新分配，樁體范圍內產生應力集中現象，但樁間土仍保持著天然土的馬鞍形分布。隨著地基變形的發展，樁間土的應力逐漸向樁上集中，樁土應力比也隨之增大，荷載超過某一極限值后，由于剛度原因，樁首先進入塑性狀態，樁體變形加大，樁上應力逐漸向樁間土轉移，當應力超過土體抗剪強度后，土體逐漸向河道內滑移，從而加劇樁向河道傾斜，造成路面沉降及橋臺后仰。隨著變形發展，臺后土壓力通過橋臺基礎直接作用于立柱，造成立柱前傾。橋臺未設置靠背，造成梁體伸出樁帽，導致支座失效。
在橋梁二出現病害后等待處置期間，為防止意外情況的發生，對臺后土體進行為期一年的觀測，觀測點布置在臺后5m位置，具體布置如下：
表1 深沉土體位移觀測數據據
深度
(m) |
北位移（mm） |
|
1號孔 |
2號孔 |
3號孔 |
4號孔 |
5號孔 |
合計 |
|
0.5 |
-25.89 |
-7.75 |
0.14 |
-9.09 |
-42.18 |
-84.27 |
|
1 |
-25.17 |
-6.72 |
-4.05 |
-6.6 |
-42.89 |
-84.43 |
|
1.5 |
-26.64 |
-11.27 |
-3.75 |
-2.32 |
-37.67 |
-80.15 |
|
2 |
-37.25 |
-13.55 |
-4.86 |
3.71 |
-32.77 |
-82.72 |
|
2.5 |
-44.08 |
-11.52 |
-2.58 |
9.36 |
-33.37 |
-79.69 |
|
3 |
-44.82 |
-7.73 |
1.63 |
14.63 |
-36.94 |
-70.23 |
|
3.5 |
-37.66 |
-5.26 |
5.83 |
19.82 |
-40.73 |
-54.5 |
|
4 |
-25.27 |
-2.45 |
9.87 |
20.77 |
-43.33 |
-36.41 |
|
4.5 |
-21.91 |
-0.65 |
7.74 |
15.46 |
-43.97 |
-38.83 |
|
5 |
-20.71 |
-0.95 |
5.71 |
9.76 |
-44.39 |
-45.58 |
|
5.5 |
-20.59 |
-1.8 |
3.98 |
2.79 |
-42.74 |
-52.86 |
|
6 |
-21.34 |
-1.42 |
2.02 |
-4.92 |
-39.89 |
-59.55 |
|
6.5 |
-22.25 |
0.95 |
-0.29 |
-14.1 |
-37.95 |
-67.14 |
|
7 |
-22.6 |
5.37 |
-5.44 |
-23.73 |
-36.6 |
-76 |
|
7.5 |
-22.54 |
10.27 |
-11.72 |
-27.15 |
-34.54 |
-78.18 |
|
8 |
-21.32 |
12.23 |
-9.73 |
-23.3 |
-32.28 |
-66.4 |
|
8.5 |
-19.71 |
11.34 |
-2.58 |
-18.83 |
-30.79 |
-52.07 |
|
9 |
-17.85 |
9 |
1.7 |
-14.41 |
-28.55 |
-41.11 |
|
9.5 |
-16.61 |
4.15 |
2.38 |
-11.85 |
-24.82 |
-37.25 |
|
10 |
-15.71 |
-2.09 |
3.25 |
-9.6 |
-20.27 |
-34.42 |
|
10.5 |
-13.44 |
-6.67 |
6.97 |
-5.96 |
-14.72 |
-23.32 |
|
11 |
-9.84 |
-9.66 |
9.42 |
-8.11 |
-9.98 |
-17.17 |
|
11.5 |
-9.09 |
-8.22 |
6.25 |
-12.07 |
-7.86 |
-19.49 |
|
12 |
-12.12 |
-2.73 |
-1.88 |
-12.34 |
-10.54 |
-27.61 |
|
12.5 |
-16.47 |
2.64 |
-8.27 |
-9.27 |
-14.82 |
-33.69 |
|
13 |
-19.05 |
7.12 |
-9.96 |
-6.26 |
-19.33 |
-34.48 |
|
13.5 |
-20.5 |
12.07 |
-7.51 |
-4.53 |
-23.09 |
-30.06 |
|
14 |
-19.79 |
17.47 |
-4.11 |
-4.54 |
-25.38 |
-22.35 |
|
14.5 |
-15.06 |
22.56 |
3.19 |
-4.86 |
-23.16 |
-2.83 |
|
15 |
-8.37 |
24.05 |
8.19 |
-4.74 |
-17.48 |
16.65 |
|
15.5 |
-1.96 |
20.93 |
8.5 |
-4.26 |
-9.39 |
29.32 |
|
16 |
0.08 |
16.25 |
0.36 |
-2.7 |
-3.3 |
26.69 |
|
16.5 |
1.19 |
12.55 |
-4.86 |
-1.31 |
0.15 |
24.22 |
|
17 |
2.16 |
9.07 |
-5.67 |
-0.47 |
|
|
|
17.5 |
1.88 |
5.26 |
-2.98 |
0.02 |
|
|
|
18 |
|
2.18 |
|
|
|
|
|
18.5 |
|
|
|
|
|
|
注：負表示向河心方向移動。
從上表中可以看出1#、5#孔由于在道路邊緣，周圍土體受到樁基的約束小，位移量較大，3#孔位于道路中心，且土體在向河心滑移過程中受前排樁基約束，位移量較小，同一深度位移累加值為負居多也說明臺后土體整體向河心滑移。監測數據充驗證了土體滑移是造成此類橋臺病害的主要原因。
3 處理對策
針對臺后土壓力的內在原因提出以下對策：
方案(1)在臺前設置護坡，設置平衡臺后土壓力。缺點：侵占河道，影響泄洪抗災能力。優點：工程施工影響小，造價小。
方案(2)開挖臺后填土，采用輕質材料，如eps填筑。缺點：工程影響較大，造成交通中斷。優點：不影響河道。
4 結束語
溫州地區軟土地基分布廣泛，設計中類似的組合式橋臺較多，由于設計缺陷，類似原因造成橋梁病害普遍存在。由于設計的缺陷，土壓力不平衡狀態不能消除，該類病害具有普遍性，設計單位在今后的設計中應重視與加強臺后基礎處理的設計。
參考文獻
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