柯代川

摘 要：文章主要對橋墩樁基的現(xiàn)場施工情況，運(yùn)用有限元分析軟件abaqus著重分析了橋墩樁基偏位的受力情況，并在此基礎(chǔ)上提出了合理的糾偏施工措施。可以使用卸載止推、反相堆載、挖坑卸荷、強(qiáng)力牽拉等方法對樁基偏位進(jìn)行綜合的糾正。事實(shí)證明，經(jīng)過一段時(shí)間的緩慢糾正，兩樁基能大致上恢復(fù)到原位，經(jīng)檢測完全能滿足設(shè)計(jì)的要求。

關(guān)鍵詞：橋墩樁基；偏位；受力分析；糾偏

當(dāng)前我國的跨江、跨海公路和鐵路的橋梁大部分都是采用直徑較大的獨(dú)立樁基，因而對橋墩樁基的偏位要求很嚴(yán)格。在樁基的實(shí)際施工過程中，由于各方面的原因?qū)е聵痘钡默F(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，比如施工處理不當(dāng)或者沒有科學(xué)地考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況等等。因而必須對發(fā)生偏斜的橋墩樁基進(jìn)行科學(xué)的糾偏施工，文章結(jié)合工程實(shí)例，對某橋墩樁基偏位進(jìn)行了受力分析，并就此實(shí)施了糾偏施工。

1 工程概況

郜河特大橋位于朔黃鐵路神池南至肅寧北段線路上，為了跨越郜河而特意建造。其中心里程為K288+041.41，孔跨布置為22-23米。橋梁全長為731.5米，使用的是預(yù)應(yīng)力混凝土梁。整個(gè)橋梁處在平坡道和直線上，雙線之間的距離為4米。橋梁處的河床面比較平整，起伏較小，河床面高程在101.4米到103.3米。橋梁的橋臺采用的是雙線鋼筋混凝土耳墻式，橋墩使用的是單線鋼筋混凝土圓端形板式墩。

2 橋墩樁基偏位成因及受力分析

2.1 橋墩樁基偏位成因

一些人為因素導(dǎo)致橋梁在建成后的河床面嚴(yán)重下切，這是由于當(dāng)?shù)氐睦习傩战?jīng)常在橋的上下游挖砂、取土。上游出現(xiàn)一個(gè)沿水流方向長約200米，沿橋身方面約170米，深度約為9.5米的砂坑。下游出現(xiàn)了一個(gè)沿水流方向長約300米，沿橋身方面約260米，深度約為8.5米的砂坑。前幾年在對橋梁的上游水庫進(jìn)行清淤加固處理時(shí)，因挖砂產(chǎn)生的局部砂坑引起了3號和4號橋墩的傾斜。5號橋墩也出現(xiàn)小程度的傾斜。3號、4號、5號墩偏位的示意圖和統(tǒng)計(jì)見圖1和表1。

圖1 橋梁上行線橋墩的偏位示意圖

表1 上、下行線橋墩偏位情況統(tǒng)計(jì)表

2.2 橋墩樁基偏位受力分析

首先使用abaqus軟件建立一個(gè)橋梁的三維有限元模型，然后對橋墩樁基偏位進(jìn)行受力分析，模型如圖2所示。利用模型進(jìn)行計(jì)算時(shí)，橋墩采用梁單元，彈性模量取為30MPa，泊松比取為0.2。載荷需要考慮橋梁的自重以及橋梁上正常情況下的列車活動載荷。文章一共建立了以下三個(gè)情況的模型，以便更好地對比分析。

2.2.1 分析橋梁在載荷的作用下，各橋墩基樁沒有發(fā)生偏位時(shí)的受力狀況。

2.2.2 分析橋梁在載荷作用下，3號、4號、5號橋墩在上行線偏位情況下的受力狀況。

2.2.3 分析橋梁在載荷作用下，3號、4號、5號橋墩在下行線偏位性抗下的受力狀況。

由前文可知，該橋梁的橋墩樁基偏位主要發(fā)生在3號、4號、5號墩，所以該3個(gè)墩的臨近梁板的影響很大，其他墩臺上的梁板影響可以忽略不計(jì)。文章中主要針對3號、4號和5號墩臨近梁板進(jìn)行對比分析。圖3和圖4分別是橋梁墩樁基無偏位時(shí)，梁板的軸力圖和彎矩圖。

圖3 橋梁墩樁基無偏位時(shí)梁板的軸力圖

圖4 橋梁墩樁基無偏位時(shí)梁板的彎矩圖

通過模擬計(jì)算可得出梁板的最大正軸力為148.9kN，最大的負(fù)軸力為148.5kN。梁板中的最大正彎矩為654.8kN·m，最大負(fù)彎矩為437.1kN·m。

當(dāng)按照橋梁上行線測量進(jìn)行模型計(jì)算時(shí)，梁板的軸力圖和彎矩圖如圖5和圖6所示。計(jì)算得出梁板的最大正軸力為154.kN，最大負(fù)軸力為152.3kN。梁板的最大正彎矩為721.7kN·m，最大負(fù)彎矩為493.5kN·m。相比無橋墩樁基偏位，軸力最大增加了3.7%，彎矩最大增加了12.9%。

圖5 橋梁墩樁基上行線偏位梁板軸力圖

圖6 橋梁墩樁基上行線偏位梁板彎矩圖

當(dāng)按照橋梁下行線測量進(jìn)行模型計(jì)算時(shí)，梁板的軸力圖和彎矩圖如圖7和圖8所示。計(jì)算得出梁板的最大正軸力為155.3kN，最大負(fù)軸力為153kN。梁板的最大正彎矩為730.7kN·m，最大負(fù)彎矩為518.8kN·m。相比無橋墩樁基偏位，軸力最大增加了4.3%，彎矩最大增加了18.7%。

圖7橋梁墩樁基下行線偏位梁板軸力圖

圖8橋梁墩樁基下行線偏位梁板彎矩圖

通過模型計(jì)算，對比三種情況，橋梁墩臺的偏位大大增加了梁板的軸力和彎矩，最大增加幅度分別達(dá)到了4.3%和18.7%。這就增加了橋梁正常運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，某些應(yīng)力集中的部位很容易出現(xiàn)損壞，因此必須及時(shí)地對橋墩樁基偏位進(jìn)行糾正。

3 糾偏施工的研究

如果糾偏后的樁基處于順直微彎的狀態(tài)，且沒有產(chǎn)生斷樁的現(xiàn)象，那么糾偏對樁基以后的使用不會產(chǎn)生不良的影響。如果將偏位樁基拆除重建，不僅難度大，工程周期長，而且成本很高，因而拆除返工的方案不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)橋墩樁基偏位的受力分析可知，要想糾正樁基的位置，需要在樁基偏移的一方人為地施加外力來減小樁身的壓力差，直到樁基恢復(fù)原位為止?？梢允褂眯遁d止推、反相堆載、挖坑卸荷、強(qiáng)力牽拉等方法對樁基偏位進(jìn)行綜合的糾正。本工程中決定采用以下糾偏方案。

首先，對1-9號的局部河床進(jìn)行加固，對橋墩樁基承臺進(jìn)行托換。由于1-6號橋墩受上下游挖砂的影響大，河床面已經(jīng)下切到了93.5的高程，為了安全起見，應(yīng)該采用鉆孔樁基礎(chǔ)對1-9號的橋墩樁基承臺進(jìn)行托換。其次，為了避免砂坑的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大而影響其他橋墩基礎(chǔ)的安全使用性能，本方案中對7號和8號橋墩之間的迎水側(cè)采取了旋噴樁加固地基，并增設(shè)一個(gè)混凝土墻對橋墩進(jìn)行保護(hù)。最后，由于目前砂坑距離0號臺還有一定的安全距離，為了防止砂坑向0號臺處擴(kuò)張，本方案中對砂坑的四周進(jìn)行地基加固，采用的主要是旋噴樁方法，并增設(shè)混凝土墻對橋墩進(jìn)行保護(hù)。糾偏過程中的防護(hù)示意圖如圖9所示。

4 結(jié)束語

文章通過有限元分析軟件abaqus計(jì)算了郜河特大橋的橋墩樁基偏位的受力情況，結(jié)果表明橋梁墩臺的偏位大大增加了梁板的軸力和彎矩，最大增加幅度分別達(dá)到了4.3%和18.7%，大大地增加了橋梁損壞的幾率。針對計(jì)算結(jié)果，確定適當(dāng)?shù)募m偏方案。事實(shí)證明，該方案是成功的。糾偏加固完成至今，郜河特大橋沒有發(fā)生任何的異常情況。

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