萬李昌
摘要:筆者根據(jù)多年施工經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)查,分析軟土地基上橋臺(tái)發(fā)生病害的原因,提出了橋臺(tái)從設(shè)計(jì)上、施工過程中應(yīng)注意的問題和預(yù)防措施。
關(guān)鍵詞:橋臺(tái) 病害分析 預(yù)防措施 設(shè)計(jì)方法 施工方法
1 軟土地基上橋臺(tái)的病害分析
軟土地基上橋臺(tái)的病害,一般分為兩種:橋臺(tái)下沉和橋臺(tái)前移。這兩種病害有時(shí)單獨(dú)出現(xiàn),也有同時(shí)發(fā)生和相繼發(fā)生。而橋臺(tái)的下沉有均勻下沉和不均勻下沉兩種:橋臺(tái)的前移還伴隨著橋臺(tái)整體傾斜或撕裂的情況,這都影響到橋梁的使用性能和行車安全,給養(yǎng)護(hù)管理帶來許多困難。
1.1橋臺(tái)的下沉現(xiàn)象 橋臺(tái)的下沉是由于地基壓密下沉而引起的。在橋臺(tái)和上部構(gòu)造荷載的作用下,引起土層的再固結(jié),基底被壓密下沉,導(dǎo)致橋臺(tái)下沉。 橋臺(tái)的下沉通常是地基中有一層或幾層壓縮性大的軟土,當(dāng)橋臺(tái)基礎(chǔ)為淺基礎(chǔ)時(shí),橋臺(tái)臺(tái)身和基礎(chǔ)采取漿砌片石砌體或片石砼,而施工時(shí)對地基做換填處理,或打入鋼筋混凝土樁等,因自身重量較大,并在上部荷載作用下,久而久之,橋臺(tái)也出現(xiàn)下沉,如橋臺(tái)下沉是均勻下沉,而下沉量不大時(shí),則是引起橋面產(chǎn)生裂紋和行車不舒適,不會(huì)導(dǎo)致橋梁的破壞,如下沉量過大,就會(huì)影響橋梁的使用,引起橋梁破壞,甚至成為危橋。如橋臺(tái)不均勻下沉,通常會(huì)引起橋臺(tái)基礎(chǔ)和臺(tái)身的豎向開裂,其原因主要是橋臺(tái)基礎(chǔ)為石砌基礎(chǔ)或砼基礎(chǔ),且基礎(chǔ)長寬比偏大,基礎(chǔ)底面的土體應(yīng)力成馬鞍形分布,中間大,兩側(cè)小,從而引起中間下沉大,兩側(cè)下沉小,加上基礎(chǔ)砌體的抗變形能力低,基礎(chǔ)中間容易被拉裂,這種裂縫直接反射到臺(tái)身上,引起臺(tái)身開裂。
1.2橋臺(tái)前移現(xiàn)象 由于橋臺(tái)前移而引起的橋梁上部構(gòu)造破壞,一般有以下幾種情況:①支座和墩臺(tái)支承面破壞;②伸縮縫裝置破壞和接縫寬度不夠,使伸縮機(jī)能受阻;③當(dāng)移動(dòng)量過大時(shí)梁端與臺(tái)背緊貼,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致背墻破壞或梁端局部壓碎。
調(diào)查發(fā)現(xiàn),當(dāng)橋臺(tái)臺(tái)身為實(shí)體式橋臺(tái)時(shí),產(chǎn)生前移的情況較多,而樁柱式、框架式和肋板式等埋置式橋臺(tái)產(chǎn)生前移的情況相對較少。采用樁基礎(chǔ)時(shí),當(dāng)順橋方向樁的排數(shù)越多,移動(dòng)的程度越小,因?yàn)闃兜呐艛?shù)多,阻止軟土順橋向的流動(dòng)剛度大。
2 橋臺(tái)病害的預(yù)防措施
2.1要防止橋臺(tái)發(fā)生下沉現(xiàn)象,應(yīng)從以下兩個(gè)方面考慮:
2.1.1 合理選用橋臺(tái)型式和基礎(chǔ)型式 宜選用體積輕巧、自重較小的輕型橋臺(tái),如樁柱式、框架式和肋板式橋臺(tái)等。至于基礎(chǔ)的型式,最好采用樁基礎(chǔ),利用樁支托承臺(tái),直接將橋臺(tái)重量避開高壓縮性軟土,傳遞到壓縮性較低、強(qiáng)度較高的土層上,從而減少高壓縮性軟土層的應(yīng)力,減少下沉。當(dāng)然,采用剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)配合地基加固處理,也能減少橋臺(tái)下沉,但不宜采用漿砌片石基礎(chǔ),而應(yīng)采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)。
2.1.2 人工加固地基 若軟土層位于地表,且厚度不大,在2-4m時(shí),將其全部挖除是最經(jīng)濟(jì)、最有效的辦法。但當(dāng)軟土層埋深較大時(shí),則應(yīng)根據(jù)橋梁跨徑,臺(tái)后填土高度等因素確定加固方法。對于小橋涵,后臺(tái)填土高度不大時(shí),挖除部分軟土,換填沙礫,可滿足承載力的要求,必要時(shí)可采用打入鋼筋混凝土樁的方法等。對于大跨徑的橋梁通常采用樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)等才能滿足承載力的要求,若后臺(tái)填土過高,有可能引起地基的塑性流動(dòng),則應(yīng)采用諸如排水固結(jié)法或形成復(fù)合地基,提高軟基的承載能力和抗剪強(qiáng)度。
2.2 根據(jù)上述橋臺(tái)前移原因分析,防止橋臺(tái)前移的方法有:①嚴(yán)格控制填土高度,因?yàn)樘钔猎礁?,臺(tái)背承受土側(cè)壓力與高度成平方比例增大,橋臺(tái)就越危險(xiǎn)。②合理選擇橋臺(tái)型式和基礎(chǔ)型式,選用埋置式橋臺(tái),利用臺(tái)前溜坡平衡臺(tái)背的填土荷載,必要時(shí)在臺(tái)前作壓重填土。大跨徑的橋梁盡量采用樁基礎(chǔ),并合理確定樁位和排數(shù)。③小跨徑的橋梁可考慮設(shè)置支撐粱或?qū)蛐透臑橄湫秃Y(jié)構(gòu)型式。④人工加固地基,提高地基承載能力和抗剪強(qiáng)度。⑤延長橋孔的方法,減少橋頭路堤填土高度。⑥臺(tái)背填土應(yīng)避免采用易于吸水膨脹的粘性土,盡量采用水穩(wěn)性好的砂性土、石碴或輕質(zhì)材料,以減輕路堤自重,減少臺(tái)背土壓力,減少沉降并增大穩(wěn)定安全系數(shù)。
3 軟土地基上橋臺(tái)的設(shè)計(jì)方法
軟土地基上橋梁墩臺(tái)設(shè)計(jì),除了必須進(jìn)行一般的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算外,還應(yīng)進(jìn)行地基變形的驗(yàn)算。但對橋臺(tái)設(shè)計(jì),則對后一問題的研究更重要,因?yàn)闃蚺_(tái)受到臺(tái)背填土偏心荷載的影響,對于軟土地基,當(dāng)臺(tái)背填土超過一定的高度時(shí),將導(dǎo)致地基失穩(wěn)產(chǎn)生塑性流動(dòng),并由此引起作用于橋臺(tái)的水平力,使橋臺(tái)產(chǎn)生水平位移和(或)傾斜。軟土地基上橋臺(tái)的設(shè)計(jì)內(nèi)容,取決于橋臺(tái)是否會(huì)產(chǎn)生位移,如果經(jīng)過驗(yàn)算,證實(shí)橋臺(tái)不會(huì)產(chǎn)生前移,就可以按常規(guī)的方法對橋臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算,強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算;如果橋臺(tái)存在前移的可能性,就應(yīng)采取相應(yīng)的措施,并重新進(jìn)行驗(yàn)算,直至能夠確信橋臺(tái)不會(huì)產(chǎn)生位移,然后按常規(guī)的方法對橋臺(tái)進(jìn)行一般的計(jì)算和驗(yàn)算。
值得指出的是,當(dāng)必須采取防止措施時(shí),以采取加固地基和平衡填土減輕荷載二者并用較好,采取加大樁徑或樁排數(shù)的方法,需要通過滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算來計(jì)算出樁的應(yīng)力強(qiáng)度和位移量,看其值是否都在容許值以內(nèi),來判斷實(shí)際效果,應(yīng)有可靠的計(jì)算方法。
4 軟土地基上橋臺(tái)的施工方法
橋臺(tái)的破壞多發(fā)生在臺(tái)背填土施工中及剛完工后,故施工順序得當(dāng),就能在很大程度上減少破壞,施工中應(yīng)注意的事項(xiàng)有:①合理安排施工順序,在構(gòu)筑橋臺(tái)之前,應(yīng)先做好臺(tái)背填土以外的填土,設(shè)置反壓護(hù)道,橋臺(tái)完工后再做臺(tái)背填土,也可以在臺(tái)身施工時(shí)將臺(tái)帽背墻留下,待臺(tái)帽背墻以下的填土完成后,觀測橋臺(tái)變形穩(wěn)定情況,無變化再建臺(tái)帽和背墻后進(jìn)行第二次填土。②先安裝上部板梁,后進(jìn)行臺(tái)背填土。先安裝上部構(gòu)造,后兩側(cè)對稱進(jìn)行臺(tái)背填土,可減輕臺(tái)背填土壓力對橋臺(tái)的穩(wěn)定影響。③緩慢填土。臺(tái)背填土應(yīng)緩慢進(jìn)行,避免快速施工,因填土緩慢進(jìn)行有利于軟土地基固結(jié)穩(wěn)定。④預(yù)壓、超載預(yù)壓。在橋臺(tái)處先填土預(yù)壓,在修筑路堤時(shí)預(yù)先把土填的比設(shè)計(jì)標(biāo)高高一些,并加寬填土寬度,以加速地基固結(jié)下沉,以后再挖除超填部分,這種預(yù)壓或超載預(yù)壓的方法,簡單易行,但需要較長的固結(jié)時(shí)間,常需配合用砂墊層、砂井等排水措施來滿足工期要求。
5 小結(jié)
在橋梁建設(shè)實(shí)踐中,因橋臺(tái)下沉或前移導(dǎo)致橋梁破壞的事例較多,究其原因有很多,所以在設(shè)計(jì)和施工階段應(yīng)對橋臺(tái)的下沉和前移可能性進(jìn)行充分的研究調(diào)查,以采取相應(yīng)的對策。
參考文獻(xiàn):
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