受山體變形影響橋梁的檢測及加固思路探析

摘 要：本文通過對瓦廠坪1號大橋受山體變形影響后實施應急檢測、臨時加固、變形監(jiān)測直至實現(xiàn)最終恢復通行的全過程的經(jīng)驗總結(jié)，探析在應對位于山體有較大變形隱患場區(qū)的橋梁在運營管養(yǎng)期內(nèi)的一般思路，著重討論了在應急檢測、加固設(shè)計方面針對橋梁自身特點及受損區(qū)域作的側(cè)重方向。

關(guān)鍵詞：山體變形;應急檢測;加固設(shè)計;變形監(jiān)測;運營管理

中圖分類號：TU443 文獻標識碼：A

0 引言

2018年2月28日，雅西高速公路瓦廠坪段受右側(cè)山體及下伏采空區(qū)變形影響，瓦廠坪1號大橋受損嚴重，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)該橋出現(xiàn)上下部結(jié)構(gòu)相對錯位，大量支座移位，部分支座完全脫空，橋面抵緊起拱，樁柱及系梁、蓋梁大范圍開裂（5、6、7號墩尤甚）等嚴重病害[1]，橋梁存在落梁垮塌風險，鑒定為5類橋[2]，瓦廠坪2號大橋及3號大橋也不同程度受損。為實現(xiàn)最大限度降低發(fā)生橋梁垮塌落梁事故的風險和嚴格管制條件下高速公路的應急臨時搶通保通，主管單位組織相關(guān)部門及專家展開了處治方案研討，確實了以處理持力地基、輔助支撐鋼管排架、上部結(jié)構(gòu)同步分級頂升操作為設(shè)計思路的加固措施，并結(jié)合變形段山體、橋梁監(jiān)測等手段，最終于2019年10月完成了瓦廠坪段的雙幅雙車道通行。

本文通過對瓦廠坪大橋從受災后檢測方案、加固設(shè)計方案、監(jiān)測方案的實現(xiàn)過程，探析受山體變體影響地段的橋梁災后恢復的一般思路。

1 項目概況

瓦廠坪1號大橋位于雅西高速公路上，橋梁中心樁號為K1989+240。其上部布置為3×25+5×25 m簡支T梁（實際檢測為4×25+4×25 m），下部為樁柱式墩臺（4號墩處最大墩高約30 m），嵌巖端承樁基礎(chǔ)。橋面全寬24.5 m，左右幅分離式設(shè)計，半幅布設(shè)5片T梁，梁中距2.5 m，梁高1.75 m。鋪裝為10 cm砼+7 cm瀝青砼。全橋平面位于R=510 m、Ls=249.9 m右偏（以雅安至西昌為前進方向）曲線內(nèi)，最大橫向超高6%;縱面位于3.6%的縱坡上[3]。

2 檢測結(jié)果

（1）該橋橋面系伸縮縫擠攏失效，向上隆起，高差錯位;護欄拉裂（如圖1）。

（2）5#～7#墩上梁體普遍沿縱向滑移錯位，最大滑移距離達10 cm，部分支座剪切破壞、局部脫空（如圖2）。

（3）該橋2#～7#號橋墩均呈現(xiàn)不同程度縱向傾斜，5#和6#橋墩最大傾斜度達15‰，其中5-1#墩頂相對墩底的縱向平距差達23 cm。

（4）5#～7#橋墩在地系梁附近環(huán)向或斜向開裂，

裂縫多分布于墩柱的雅安側(cè)。

（5）左幅橋6#墩地系梁及蓋梁均出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性開裂，其中地系梁最大裂縫寬度約10 mm（如圖3）[4]。

3 應急處治思路

（1）清方減載。采取先清除橋下棄土與部分原狀土，再根據(jù)補充勘察及監(jiān)測成果資料作為永久加固處治的方案。另外，通過清方的手段揭露出棄土掩埋段橋梁墩身有無開裂變形等病害，為橋梁下部結(jié)構(gòu)是否需做進一步的加固處治提供依據(jù)。

（2）下部結(jié)構(gòu)加固思路。先期對上邊坡采用抗滑樁、錨索等進行加固，采用鋼排架輔助支撐對受損較嚴重區(qū)間（5～7#墩）進行加固，同時輔以鋼筋砼護面墻及壓力注漿錨桿的防護措施，既避免大范圍開挖存在的邊坡坍塌風險，又可提供有效可靠的持力地基。

（3）上部結(jié)構(gòu)加固思路。對上部T梁結(jié)構(gòu)的處理需考慮3個要素：①釋放T梁與下部橋墩之間相對水平約束的牽引作用，減少橋墩所受內(nèi)力，相應減少橋墩存在的彈性變形。②轉(zhuǎn)移部分上部荷載至臨時支撐排架上，分擔較嚴重的墩柱所承受的豎向上部荷載。③對臨時支撐鋼排架起到預壓的作用。因此，首先采取解除T梁跨間全部約束（橋面連續(xù)、伸縮縫、護欄等）和清除各蓋梁上可能與T梁抵緊的部分橫向擋塊的措施，然后于原橋蓋梁上方設(shè)置千斤頂，依次逐墩（臺）逐級同步頂升上部T梁，以期達到梁體與原支座恰好分離的目標。

頂升的主要步驟與過程如下：

1）準備工作：①解除頂升過程中制約T梁與橋墩恢復水平變形的因素，包括5、6、7號墩頂對應的橋面連續(xù)和護欄（其余各墩保持不變）;清除0、4、8號墩臺伸縮縫處梁端間雜物;各蓋梁上可能與T梁抵緊的個別縱橫向擋塊等。②各墩臺逐一檢查記錄每片T梁的支承現(xiàn)狀，有脫空的支座則嵌塞薄鋼板使其與梁底水平密貼;有滑移錯位過大的支座則采用改性環(huán)氧砼加長加寬墊石，擴大其可支承面積。③在原橋各蓋梁上尋找合適可靠的起頂位置（可根據(jù)實際情況選擇在梁端馬蹄、端橫隔板下或采用蝴蝶架兜底），并采用改性環(huán)氧砂漿對起頂位置T梁底面和蓋梁頂面進行縱橫向找平。

2）半幅橋以墩臺為單元，依次逐墩臺在蓋梁上分級同步頂升上部T梁，逐漸釋放各墩處上下部結(jié)構(gòu)間的水平牽引力（邊頂升邊在排架支座和蓋梁支座下嵌塞薄鋼板，使各支座與梁底密貼）。同時修正支承位置并更換變形、老化等病害支座（均采用普通板式橡膠支座）。各墩臺處，如梁底預埋鋼板中心與支座墊石中心相對錯位大于6 cm，則還需對T梁進行縱向或橫向頂推復位。

3）以墩為單元，分別在5、6、7號墩臨時支撐排架上分級同步頂升T梁，對排架進行預壓。頂升力控制在50 t左右并以梁體與排架、蓋梁上的支座剛好脫離為準。

4）每次頂升過程中均密切觀測上部主梁與蓋梁間的整體相對位移情況，如發(fā)現(xiàn)異常應立即停止操作，核查原因后方可繼續(xù)進行。

5）全部頂升操作完成后，修復個別縱橫向擋塊和在5、6、7號墩和8號臺對應橋面設(shè)置彈塑體填充式伸縮縫。

（4）對山體變形和結(jié)構(gòu)變形作長期持續(xù)性監(jiān)測。

4 監(jiān)測方案

4.1 深部位移

采用測斜儀對安裝在鉆孔中的測斜管開展監(jiān)測，計算各深度相對于孔底的水平位移量，主要監(jiān)測內(nèi)容包括：

（1）1號橋上邊坡的深部位移監(jiān)測。

（2）1號橋5-7#墩橋下邊坡深部位移監(jiān)測。

自2018年監(jiān)測以來，瓦廠坪山體深部變形持續(xù)發(fā)展，深部未見貫通性滑面，存在局部變形，變形速率具有明顯的非線性變化特征，邊坡應急加固工程實施后，各監(jiān)測孔變形速率相較于應急搶險階段（2018年3月-8月）均明顯減小，但在減小趨勢中略有波動，近期變形量相對較小，變形趨勢較穩(wěn)定。

4.2 橋梁監(jiān)測

監(jiān)測布點情況如下所述：

（1）墩柱及系梁裂縫寬度監(jiān)測。橋梁的橫系梁裂縫、墩柱環(huán)形和斜向裂縫，是大橋結(jié)構(gòu)與構(gòu)件變形破損的主要參數(shù)，是橋最大的垮塌風險點所在，往往也是最為敏感的結(jié)構(gòu)特征，是橋梁監(jiān)控重要和核心的部分。

此次在瓦廠坪大橋1#橋墩柱及系梁裂縫最密集的位置或方向，選擇裂縫張開程度最大或較有代表性的裂縫，共布置12個自動監(jiān)測點。

（2）梁板相對位移監(jiān)測。主梁的水平位移、錯位變形，是大橋結(jié)構(gòu)/構(gòu)件變形/破損的主要參數(shù)。通過對以上參數(shù)實時監(jiān)測，對大橋結(jié)構(gòu)健康安全提供全面的評估參考。

在瓦廠坪1#橋蓋梁頂面安裝固定頂桿位移計，位移計頂桿頂在T梁橫隔板側(cè)面，每處同時布置2個，分別量測蓋梁上兩個方向T梁的位移情況。共布置20個位移自動監(jiān)測點。

（3）墩柱傾斜監(jiān)測。墩柱的傾斜幅度是橋梁重要的安全參數(shù)之一，通過墩柱傾斜度的變化值可以有效掌握地基基礎(chǔ)變化情況以及墩柱的受力發(fā)展趨勢，為分析判斷橋梁墩柱的安全提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

在瓦廠坪1#橋5、6、7墩柱上部安裝雙軸測斜儀，共布置11個高精度傾角儀。

（4）地表位移監(jiān)測。橋梁及其基礎(chǔ)在搶通保通和加固施工各種荷載作用下，其自身及周邊三維坐標變化情況是衡量橋梁是否安全最直觀的信息。

在瓦廠坪1#橋共布置北斗測點6個，其中：橋下抗滑樁3個，8#橋臺上1個，另外在對面山上地質(zhì)穩(wěn)定的制高點布設(shè)基準點1個。

從2018年3月至2020年12月，監(jiān)測周期共劃分為斷道搶險、管制通行、正常通行三個階段，結(jié)合監(jiān)制報告的結(jié)果[5]來看：

（1）5～7#墩實施了鋼管柱加固措施后，各墩柱受力由臨時鋼管支撐分擔，受彎情況減緩。各墩柱及系梁裂縫寬度以及傾斜計整體變化輕微。裂縫寬度每日輕微波動，與晝夜溫度變化關(guān)聯(lián)性較大。裂縫寬度和傾斜度總體有所減小，但繼續(xù)減小空間很小。

（2）梁板相對位移波動較小，與晝夜溫度變化關(guān)聯(lián)性較大?？傮w基本無變化，處于風險可控狀態(tài)，但山體持續(xù)變形，導致部分梁板抵緊，已無位移空間，若后期變形進一步發(fā)展，應力進一步累積到一定程度，仍不能排除較大的安全風險。

（3）總體而言，自管制能行后變形持續(xù)減小，但部分時段變形速率存在一定波動。自2018年3月底開始自動監(jiān)測以來，臨空方向變形值與沉降值接近均已遠超過設(shè)計允許值。2019年10月之后變形進一步減小，且速率平緩，無突變，近400天累計變形小于20 mm，但是否收斂，需繼續(xù)監(jiān)測與分析。

（4）近期橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測未見明顯異常，變形速率較前一階段相對減緩，總體變形及沉降逐步減緩，整體處于可控狀態(tài)，相對安全。

5 結(jié)論

我國西部地區(qū)（尤以云、貴、川三省為主）橋梁橋址位于山嶺重丘區(qū)數(shù)量眾多，且伴有墩身高、跨徑長的特點，這就對如何應對山體變形風險隱患提出了重大挑戰(zhàn)。根據(jù)瓦廠坪大橋從發(fā)生地質(zhì)災害到最終恢復雙幅雙車道的整個應急處理過程可以總結(jié)出一般性處理思路：

（1）運營部門應建立并完善一套控制性橋梁結(jié)構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)，包括且不限于裂縫形變、墩柱位移指標的實時自動化監(jiān)測，使一線人員能在出現(xiàn)異常值的第一時間作出響應，并組織各方開展應急處理。

（2）檢測部門應針對性對橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常值的分項工程進行優(yōu)先檢查，包括且不限于對伸縮縫位移、橋梁裂縫走向?qū)挾壬疃?、墩柱豎直度等控制性指標，在檢測結(jié)果中提取出受損最嚴重的部分，以供設(shè)計部門進行力學分析，呈送加固處理方案。

（3）設(shè)計部門應在滿足最低保通原則的前提下，通過鋼排架輔助下部結(jié)構(gòu)支撐，結(jié)合抗滑樁、錨索穩(wěn)定邊坡，分級頂升上部梁體的方式進行臨時加固。

（4）監(jiān)控部門應在臨時加固完畢后，結(jié)合地勘資料，選取有代表性的山體變形控制點進行深部位移，并結(jié)合應急檢測結(jié)果對出現(xiàn)嚴重病害的構(gòu)件進行控制性指標（如裂縫寬度、相對位移等）的長期監(jiān)測，直到變形速率和累計值達到收斂為止。

參考文獻：

[1]李勇，孫曉鵬，李海亮.InSAR技術(shù)在西部山區(qū)某高速公路山體變形機理分析研究中的應用[J].地質(zhì)災害與環(huán)境保護，2020（2）：88-94.

[2]中華人民共和國交通運輸部.JTH/T H21-2011，公路橋梁技術(shù)狀況評定標準[S].人民交通出版社，2011.

[3]雅西高速公路瓦廠坪山體變形應急搶險工程項目施工圖設(shè)計文件（第三冊 第一分冊）.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司，2018-11.

[4]雅西高速公路瓦廠坪山體變形應急搶險項目瓦廠坪1#大橋定期檢測報告.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司，2018-09.

[5]雅西高速公路瓦廠坪段山體變形深部位移監(jiān)測及橋梁監(jiān)測安全監(jiān)測報告.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司，2020-12.

作者簡介：任韌（1987-），男，四川眉山人，碩士研究生，工程師，研究方向：橋隧檢測與加固。