高速公路匝道橋整體位移檢測及監(jiān)測

孫曉波

(浙江交科工程檢測有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概況

沿海高速公路里蔡互通A匝道橋梁位于沿海軟土區(qū)域，橋位地層主要為第四系素填土、粉質(zhì)粘土、淤泥、淤泥質(zhì)粘土、礫砂、侏羅系上統(tǒng)茶灣組(J3c)晶屑玻屑凝灰?guī)r等地層，橋梁全長370 m，橋面凈寬16 m，縱向共5聯(lián)，跨徑布置為3×25 m+3×25 m+4×25 m+3×20 m+3×20 m，其中第3聯(lián)(6墩～10墩)跨徑布置為4×25 m，上跨高速公路主線。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預應力混凝土連續(xù)箱梁，單箱三室，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用1.4×1.2 m方柱型式，橫向布置三個墩柱，橋梁基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)(嵌巖樁設(shè)計)，第3聯(lián)8墩頂處設(shè)置固定支座，其余墩頂設(shè)置球形滑板支座，本聯(lián)在6、10墩頂設(shè)置伸縮縫。第三聯(lián)橋型布置見圖1。

圖1 A匝道橋第3聯(lián)橋型布置圖

在路面加鋪施工期間發(fā)現(xiàn)該橋第3聯(lián)6墩墩頂向主線收費站方向有所偏移，8墩墩頂向大樁號側(cè)有所偏移。這對橋梁以后安全運營埋下一大隱患，亟需對橋墩進一步檢測與監(jiān)測，并根據(jù)檢測結(jié)果對病害進行處治以保障高速公路安全運營。

2 檢測意義

軟土由于含有大量水分，具有固結(jié)程度較低、觸變性明顯等不良特性。這導致軟弱地基自身承載力比較差、強度比較低，當軟弱地基具有很大負荷時候會出現(xiàn)不均勻沉降。一旦沉降的程度超過建筑物的允許值，必然會對建筑物的質(zhì)量產(chǎn)生巨大的影響。對位于其上的橋梁，如發(fā)現(xiàn)橋面伸縮縫開口寬度異常或者橋墩立柱存在環(huán)向裂縫等病害都應該引起高度重視，管養(yǎng)單位應及時安排橋梁外觀檢查，并根據(jù)外觀檢查結(jié)果，對病害成因或危害程度不明確的，可進一步進行專項監(jiān)測，根據(jù)檢測結(jié)果明確病害成因，作下一步處治。

綜上所述，管養(yǎng)單位在發(fā)現(xiàn)該匝道橋第3聯(lián)伸縮縫開口異常變化后，再對下部結(jié)構(gòu)進行排查發(fā)現(xiàn)立柱可能異常后，委托有資質(zhì)檢測單位對該橋進行了外觀檢查。以外觀檢查結(jié)果為參考，對支座相對滑移量與橋墩中心位置偏移量進行檢測，根據(jù)專家建議，對裂縫發(fā)展、墩身垂直度與沉降、蓋梁頂位移與伸縮縫開口寬度、地表位移與沉降進行一定周期監(jiān)測，采用有限元分析軟件對橋梁受力狀況進行模擬分析，根據(jù)檢測結(jié)果對橋梁安全性進行評估，作出針對性病害處治，保障橋梁運營安全。

3 檢測結(jié)果

3.1 外觀檢查結(jié)果

檢測人員以人工目測觀察為主，輔以裂縫觀測儀、鋼卷尺等必要儀器設(shè)備，詳細記錄病害的位置、大小、范圍和程度，并進行初步分析。根據(jù)對該橋外觀進行檢查后發(fā)現(xiàn)，8-1墩柱根部產(chǎn)生1條環(huán)向裂縫，8～2墩柱根部產(chǎn)生6條環(huán)向裂縫，8～3墩柱根部產(chǎn)生11條環(huán)向裂縫，裂縫均分布于下游側(cè)墩柱面，6墩中心軸線向上游側(cè)移動約4 cm，梁體隨8墩固定支座同時向下游大樁號第四聯(lián)側(cè)滑移約8～15 cm，6墩頂向上游小樁號側(cè)偏移約13 cm，8墩中心軸線向下游大樁號第四聯(lián)側(cè)移動約12 cm，10墩頂處伸縮縫局部已被頂死。

3.2 支座相對滑移與橋墩中心位置檢測結(jié)果

通過外觀檢查，對病害程度嚴重的支座，量出具體滑移量對比設(shè)計允許值。采用全站儀對現(xiàn)狀橋墩中心位置進行坐標測量，對比設(shè)計坐標計算出偏移量。根據(jù)對6～10墩支座相對滑移進行檢測，發(fā)現(xiàn)各個立柱頂部支座均存在不同程度相對滑移，其中6過渡墩小樁號側(cè)支座縱橋向滑移量50～72 mm，大樁號側(cè)支座縱橋向滑移量212～246 mm。9墩各個立柱頂部支座縱橋向滑移量80～95 mm。10過渡墩小樁號側(cè)支座縱橋向滑移量80～92 mm，大樁號側(cè)支座縱橋向滑移量37～43 mm。

測量控制網(wǎng)采用絕對坐標系對6～10墩各個立柱中心位置進行測量，與設(shè)計坐標進行比較可知，6墩北向最大偏移量-7.7 cm、東向最大偏移量-4.8 cm，8墩北向最大偏移量15.5 cm、東向最大偏移量-6.5 cm，9墩北向最大偏移量7.2 cm、東向最大偏移量-6.8 cm，10墩北向最大偏移量5.8 cm、東向最大偏移量-8.1 cm。

3.3 裂縫監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)外觀檢查結(jié)果，挑選典型裂縫布設(shè)裂縫傳感器，對8墩墩柱各環(huán)向裂縫的長度、寬度進行了6個月監(jiān)測，分析后發(fā)現(xiàn)裂縫寬度變化幅度值在-0.03～0.02 mm之間，長度均未變化，考慮測量時的橋面運營交通狀況以及溫度等因素影響，所以認為裂縫未發(fā)生明顯變化。

3.4 墩身垂直度與沉降監(jiān)測結(jié)果

在墩身適當位置布設(shè)長期觀測點，在一定周期內(nèi)按觀測頻率采用全站儀進行監(jiān)測。通過對6墩～10墩墩身垂直度檢測，墩身垂直度均在0.3%以內(nèi)，其中8、6墩身垂直度變化幅度較大，最大的變化在8-1墩柱，約0.1%的變化量。根據(jù)6個月的沉降監(jiān)測結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，6墩、8墩各墩柱的累計沉降值約為1 mm，9～1墩柱、9～2墩柱、9～3墩柱和10～1墩柱的累計沉降值約為2 mm，屬于測量誤差范圍內(nèi)，可以認為觀測周期內(nèi)墩身未見明顯沉降。

3.5 蓋梁頂位移與伸縮縫開口寬度監(jiān)測結(jié)果

在各個蓋梁正面、側(cè)面布設(shè)觀測點，按照監(jiān)測頻率采用全站儀進行觀測位移變化。根據(jù)對蓋梁頂位移6個月共9次的監(jiān)測結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，6墩、8墩均往主線路基內(nèi)側(cè)偏移，第九期與第七期的監(jiān)測數(shù)據(jù)差值約7 mm，有傾斜趨勢。

在過渡墩頂伸縮縫處安裝觀測輔助工具，在觀測周期內(nèi)采用鋼直尺測量刻度變化。根據(jù)對伸縮縫開口寬度6個月共6次的監(jiān)測結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，在監(jiān)測周期內(nèi)伸縮縫梁端開口值變化幅度最大約8 mm，由于是在通車狀態(tài)下進行測量并且觀測溫度不同，所以認為該變化量屬于正常范圍內(nèi)。

3.6 地表位移與沉降監(jiān)測結(jié)果

在匝道橋第3聯(lián)各個橋墩兩側(cè)橋位周邊，選取適當位置在橋下主線左改渠擋墻頂、左坡腳、左路肩、中央隔離帶左路肩、中央隔離帶右路肩、右路肩、右坡腳等處埋設(shè)了7排共36個地表觀測點，根據(jù)對監(jiān)測結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，地表位移最大值為10 mm左右，位移方向無明顯規(guī)律，同一測點不同期次的位移方向差別較大，個別點方向完全相反，說明路基無明顯位移。

采用地表位移觀測點，并適當加密布設(shè)沉降觀測點，采用精密水準儀按觀測頻率進行監(jiān)測。根據(jù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，路基累計沉降量最大值為12 mm，路基沉降主要發(fā)生在跨線橋大樁號側(cè)，此段路基下面與施工便道位置相對應(便道為后期施工，地基預壓時間短，由于壓實困難，可能造成壓實度不足)，其它路段沉降量較小，據(jù)此推算本段路基沉降已經(jīng)收斂。

3.7 橋梁受力狀況分析

采用有限元分析軟件MIDAS以上部結(jié)構(gòu)采用設(shè)計縱坡、平曲線，墩柱對上部結(jié)構(gòu)的支撐符合設(shè)計支座滑動方向，地基對樁基礎(chǔ)的約束按照“m”法計算水平方向抗力為關(guān)鍵點構(gòu)建計算模型，其中第3聯(lián)上、下部結(jié)構(gòu)采用空間梁單元模擬，共計339個單元﹑334個節(jié)點，有限元模型見圖2。

圖2 A匝道橋第3聯(lián)有限元模型

為模擬梁體移動的現(xiàn)狀，分析移位原因，結(jié)合現(xiàn)場檢測、監(jiān)測資料，計算分析按5種工況進行模擬，工況詳見表1。

表1 主要計算工況

通過有限元計算對各個工況分析結(jié)果可知，上部結(jié)構(gòu)箱梁整體向下游側(cè)滑動，滑動形態(tài)與實際現(xiàn)狀基本一致。

4 調(diào)查分析及處治建議

綜合外觀檢查、監(jiān)測分析、受力分析可得出以下幾點結(jié)果，(1)匝道橋位于山前河谷洪積斜地，軟土層厚度橫向變化劇烈，下為基巖，軟土穩(wěn)定性差；(2)恒載作用下上部結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，但是也發(fā)現(xiàn)，保持8～2、8～3樁頂向下1～3 m范圍內(nèi)土體穩(wěn)定，對維持整體穩(wěn)定比較關(guān)鍵；(3)填土路基向外側(cè)滑移，帶動8墩樁基頂部向路基外側(cè)移動，以及隨后上部結(jié)構(gòu)啟動滑移，幾種情況聯(lián)合造成目前整體移位現(xiàn)狀。根據(jù)分析結(jié)果，建議首先對偏位的橋墩進行糾偏，同時保證糾偏后的橋墩處于穩(wěn)定狀態(tài)，可以通過減少作用在橋墩上的作用力及增加橋墩抗力兩種途徑解決，可采用增加橋墩的水平抗推剛度，使其能夠承擔現(xiàn)有的靜土壓力，然后對樁基作用方向的土體進行固化，減少作用在橋墩上的土壓力，作為輔助手段及安全貯備的方案。

5 結(jié)束語

軟土區(qū)域由于土體構(gòu)造的不穩(wěn)定性，位于其上的橋梁結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)位移等問題，隨著時間的發(fā)展，極大地威脅運營安全。針對此類問題，希望對相似橋梁病害加強重視，早發(fā)現(xiàn)、早處治。以本工程為例，希望為運營管養(yǎng)單位針對軟土區(qū)域橋梁日常巡檢關(guān)注要點提供參考，為以后其他橋梁出現(xiàn)相類似問題后續(xù)檢測與監(jiān)測提供寶貴經(jīng)驗。