新舊橋涵不均勻沉降分析及處理措施

姚 慶，孫海霞

(陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院)

近年來，隨著我國交通量的急劇增加，上世紀(jì)八九十年代修建的一批高速公路迫切需要擴(kuò)寬改造，原有橋涵構(gòu)造物需要進(jìn)行拼接加寬，由于原有的橋涵在建成使用幾十年以后，基礎(chǔ)的沉降已經(jīng)基本趨于穩(wěn)定，而新建橋涵由于建成時(shí)間短，沉降尚未穩(wěn)定，因此則會出現(xiàn)新舊橋涵之間出現(xiàn)不均勻沉降的問題，這些不均勻澄江會在殼體內(nèi)部產(chǎn)生額外的附加應(yīng)力，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)荷載不利，甚至?xí)斐蓸蛄航Y(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)。本文針對新舊橋涵的不均勻稱將問題，首先分析了不均勻沉降產(chǎn)生的主要原因，并提出了新舊橋涵沉降差異控制指標(biāo)以及控制沉降差異的具體實(shí)施策略。

1 不均勻沉降成因分析

(1)天然基礎(chǔ):不均勻沉降主要包含了先架設(shè)橋梁的沉降、新建橋梁的沉降以及新建橋梁沉降對地層擾動造成的舊橋的沉降。

(2)樁基礎(chǔ)，不均勻沉降的影響因素主要有以下幾方面:

①樁基長度:如果新舊橋梁的基礎(chǔ)形式均為樁基，而且新橋的樁基長度足夠，新橋如果沉降量能夠得到有效的控制，那么新橋沉降對舊橋影響很小，反之已然;

②施工過程:在樁基礎(chǔ)施工時(shí)，往往需要抽水，抽地下水會相應(yīng)地增加橋梁的樁基荷載，會引起基礎(chǔ)沉降量加大，流砂、流土也會降低基礎(chǔ)承載力和穩(wěn)定性;

③新建橋梁基礎(chǔ)側(cè)向移動引起舊橋不均勻沉降。

2 不均勻沉降控制指標(biāo)確定

某項(xiàng)目改擴(kuò)建項(xiàng)目，橋梁拼接原則為:在舊橋的兩側(cè)使用同跨徑與同結(jié)構(gòu)型式的梁體驚醒上部結(jié)構(gòu)的加寬，下部結(jié)構(gòu)保持獨(dú)立不連接。由于舊橋建成時(shí)間相對較長，因此沉降已經(jīng)基本趨于穩(wěn)定，新拼接橋梁剛剛開始，新舊橋梁之間的沉降差會不斷的擴(kuò)大，這樣就會對舊橋上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橫向的附加應(yīng)力，有可能造成混凝土橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性能。因此，新、老橋梁基礎(chǔ)間的沉降差對裝配式空心板、小箱梁等結(jié)構(gòu)型式橋梁的加寬拼接方案決定的作用。

(1)新、舊橋涵構(gòu)造物基礎(chǔ)差異沉降容許值

綜合分析新舊橋涵之間的沉降差、橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的收縮徐變以及交通荷載作用，通過分析計(jì)算舊橋上部結(jié)構(gòu)以及拼接部位，發(fā)現(xiàn)舊橋的上部結(jié)構(gòu)剛度較高、配筋率較高，這些因素所產(chǎn)生的附加應(yīng)力對于舊橋上部結(jié)構(gòu)的影響很小，但是由于橫接板的截面尺寸較小，剛度相對也較小，這些因素所產(chǎn)生的附加內(nèi)力影響是非常大的。如果過仍按照正常的截面尺寸或者是配筋，將無法確保橫接板能夠承受這些因素的綜合作用，必須參照對應(yīng)一個(gè)新、舊橋涵基礎(chǔ)的沉降差值，即沉降差容許值[△]。

(2)確定方法與建議值

在本文中針對新舊橋涵沉降差異采用如下假設(shè):假設(shè)舊橋已經(jīng)完全澄江，在新橋與舊橋拼接之后并不會再產(chǎn)生新的沉降。發(fā)生沉降的只有新橋基礎(chǔ)，新舊橋涵之間的沉降差就是新橋基礎(chǔ)的沉降值。由于新橋涵造成的上部結(jié)構(gòu)各片主梁出現(xiàn)的沉降差，應(yīng)該選擇使用各片梁式上部結(jié)構(gòu)沉降取線性變化的計(jì)算模式，主要是考慮新橋基礎(chǔ)的沉降并不會引起上部結(jié)構(gòu)各主梁的一致剛性位移。由于假定舊橋沉降為零，則其對鄰近的拼寬主梁約束較大，而對遠(yuǎn)處的拼寬主梁約束較小，拼寬部分外邊梁的沉降較大，可能達(dá)到△值，而、內(nèi)梁的沉降值可能較小，為簡化計(jì)算取線性變化。同時(shí)，已建同類項(xiàng)目的改擴(kuò)建后典型橋梁的長期沉降跟蹤觀測，也表明新、舊橋之間的沉降差符合線性變化的規(guī)律。

圖1為16m簡支空心板的差異沉降簡圖，1～12號梁為舊橋主梁，13～20號梁為新加寬橋的主梁;舊橋原邊梁(12號梁)沉降值為零，△值在新拓寬的外邊梁(20號梁)處，則12～20號梁之間的主梁沉降值按直線變化。

圖2為3×40m簡支變連續(xù)小箱梁的差異沉降簡圖，編號為1～4號梁為舊橋主梁、5～號梁為新加寬橋的主梁;舊橋原邊梁(4號梁)沉降值為零，△值在新拓寬的外邊梁(7號梁)處，則4～7號梁之間的主梁沉降值按直線變化。

通過對差異沉降△在5～10mm范圍內(nèi)的多次試算，新、舊橋梁之間的差異沉降控制在△≤5mm內(nèi)，采用正常截面尺寸及配筋的橫接板能夠滿足受力要求，且有一定的安全儲備，因此，對采用樁基礎(chǔ)的橋梁差異沉降按5mm控制。

根據(jù)路基差異沉降研究成果，新、舊路基不均勻沉降控制在3.8cm以內(nèi)。涵洞、通道做為路基的一部分應(yīng)與其保持一致，因此確定新建涵洞及除板式通道以外的其他通道差異沉降以3.8cm(工后沉降)控制。

圖1 簡支空心板差異沉降簡圖

圖2 簡支變連續(xù)小箱梁差異沉降簡圖

3 不均勻沉降處理方法

對原有橋涵構(gòu)造物進(jìn)行沉降量計(jì)算，結(jié)果表明，原有橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)，樁基礎(chǔ)的承載能力比較富裕，充分考慮對沉降的控制。根據(jù)不均勻沉降控制指標(biāo)的要求，從設(shè)計(jì)和施工上提出一些措施對不均勻沉降進(jìn)行控制。

(1)新建橋梁基礎(chǔ)

①新建橋梁全部采用樁基礎(chǔ)。在地質(zhì)條件相同的情況下，新建橋梁寬度小于舊橋，與舊橋采用相同的基礎(chǔ)型式，則樁頂荷載均小于舊橋，因此新建橋梁的工后沉降比原有橋梁要小，因此新建橋梁設(shè)計(jì)時(shí)參考舊橋的樁基進(jìn)行設(shè)計(jì)，控制工后沉降小于5mm。具體樁基設(shè)計(jì)可參考以下指導(dǎo)意見，按照《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ024-85)第4.3.2條進(jìn)行樁長設(shè)計(jì)，選用與舊橋同樣的樁徑，樁的容許承載力[P]與樁頂反力P比值按照以下幾種情況取值。

表1 樁基礎(chǔ)長度設(shè)計(jì)指導(dǎo)參數(shù)

根據(jù)上面的原則設(shè)計(jì)樁長，當(dāng)樁底2m以內(nèi)有粗、中砂、漂石層時(shí)，可將樁長加長，使持力層位于粗、中砂、漂石層;樁底持力層為亞粘土?xí)r，[P]/P值按最大值取。

②施工時(shí)先架設(shè)加寬側(cè)橋梁3～6個(gè)月并預(yù)壓后再和原橋拼接，使加寬側(cè)橋梁先完成部分沉降，盡量減少新、舊橋梁基礎(chǔ)之間的不均勻沉降。

(2)通道、涵洞基礎(chǔ)

除板式通道以外的通道、涵洞，根據(jù)不同的地基采取處理措施，控制不均勻沉降在3.8cm以內(nèi)，具體措施見表2。

表2 涵洞、通道基礎(chǔ)處理措施表

4 小結(jié)

新老結(jié)構(gòu)的不均勻沉降問題是舊橋加寬拼接難題之一，連霍高速潼關(guān)-西安段舊路建成運(yùn)營時(shí)間已有十多年，基礎(chǔ)沉降已基本完成。由于拼寬部分將發(fā)生的沉降量尚不能完全定量分析，本文根據(jù)影響沉降量的因素從設(shè)計(jì)、施工兩方面提出措施對拼寬新建橋涵的沉降量進(jìn)行控制，同時(shí)盡量在大部分沉降完成后再進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的剛性連接。

[1] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2] 凌治平，易經(jīng)武.基礎(chǔ)工程[M].人民交通出版社，1996.

[3] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ024-85)[S].北京:人民交通出版社，1985.