■申曉彤

(福建省交通安全質(zhì)量監(jiān)督局，福州 350001)

1 前言

經(jīng)多年運(yùn)營，國省干線聯(lián)六線某大橋橋臺處出現(xiàn)混凝土開裂、掉塊、橋梁支座錯位、橋臺土體隆起等工程病害(見圖1～2)。該大橋梁跨越河溝及省道，場區(qū)屬剝蝕微丘及沖海積平原地貌，6號臺靠近山側(cè)，坡體殘坡積土，下伏花崗巖及其風(fēng)化層；0號厚層軟土。兩側(cè)橋臺及橋墩采用樁基礎(chǔ)，以中風(fēng)化花崗巖為基礎(chǔ)持力層。上部構(gòu)造采用5×25mPC連續(xù)T梁橋，橋梁全長129m。下部構(gòu)造橋墩采用柱式墩、基礎(chǔ)為樁基；橋臺為肋臺配樁基礎(chǔ)。

為了及時了解和掌握橋臺動態(tài)變形發(fā)展情況，為治理措施提供依據(jù)，對大橋橋臺及軟土深層變形進(jìn)行綜合監(jiān)測。

圖1 現(xiàn)場工程病害(橋臺開裂、支座滑移)

圖2 現(xiàn)場工程病害(橋臺變形懸空)

2 綜合監(jiān)測方法及設(shè)備

2.1 監(jiān)測方法

2.1.1 橋臺及墩柱位移監(jiān)測

根據(jù)結(jié)構(gòu)物特征設(shè)計布置48個位移監(jiān)測點(diǎn)，分別在左右幅6號橋臺、左右幅0號橋臺及左右幅5號墩柱、左右幅1號墩柱上。選擇粘貼反光片的方式進(jìn)行布置監(jiān)測點(diǎn)(如圖3)。通過全站儀對監(jiān)測點(diǎn)的坐標(biāo)變化情況進(jìn)行測量，監(jiān)測橋臺及墩柱位移。

圖3 現(xiàn)場位移監(jiān)測點(diǎn)布置圖

2.1.2 傾角監(jiān)測

臺背位置為填方路基，路基填筑施工可能會對附近橋臺產(chǎn)生影響，利用傾角儀測試法監(jiān)測可以及時反饋橋臺及墩柱受到的影響情況。設(shè)計布置了18個傾角監(jiān)測點(diǎn)，左幅6號臺、左右幅5號墩柱、左右幅0號臺、左右幅1號墩柱分別布置兩個，右幅6號臺布置了4個，如圖4所示。

(1)傾角儀測試法主要工作原理

將固定式傾角儀安裝在橋梁結(jié)構(gòu)物上，當(dāng)結(jié)構(gòu)物發(fā)生變形，傾角儀可以測量出結(jié)構(gòu)物相對于重力軸線的傾角，使用安裝位置的幾何尺寸，就可以推算出結(jié)構(gòu)物監(jiān)測點(diǎn)位移情況。

(2)測量及安裝方法

固定式傾角儀安裝通過膨脹螺栓直接固定到結(jié)構(gòu)體上，也可以在結(jié)構(gòu)體上先搭建一個平臺，使用三角支架和鐵板，傾角儀再固定到平臺上。現(xiàn)場可通過電腦使用相關(guān)軟件直接進(jìn)行測試，利用電腦接觸的RS485轉(zhuǎn)換器測量。

圖4 現(xiàn)場傾斜計監(jiān)測點(diǎn)

2.1.3 深層土體水平位移監(jiān)測

由于淤泥土抗剪強(qiáng)度低，隨著荷載的施加，淤泥層有可能在荷載作用下發(fā)生剪切破壞而側(cè)向擠出，從而導(dǎo)致地基失穩(wěn)。埋設(shè)測斜管可監(jiān)測軟土層在荷載作用下不同深度處的側(cè)向變形情況。

(1)儀器設(shè)備

采用由測斜探頭、讀數(shù)器和測斜管組成的測斜系統(tǒng)進(jìn)行。測斜管是一種可精確地測量沿垂直方向土層或圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位移的工程測量儀器，擬采用目前廣泛應(yīng)用的高精度測斜管(規(guī)格 70，外徑：φ70，內(nèi)徑：φ59，導(dǎo)槽寬：5.4，導(dǎo)槽深：2，管長：2m 或 4m，壁厚偏差：≤14%，導(dǎo)管扭角：≤0.2°/m)。

測斜管的工作原理是根據(jù)擺錘受重力作用為基礎(chǔ)測定以擺錘為基準(zhǔn)的弧角變化，從而計算土體在不同高程的水平位移。當(dāng)土體產(chǎn)生位移時，埋入土體中的測斜管隨土體同步位移，測斜管的位移量即為土體的位移量。一般先在土體中埋設(shè)一豎直、互成90°的4個導(dǎo)槽的PVC測管，測管在土體中受力變形，將測斜儀探頭放入測斜管導(dǎo)槽內(nèi)，放入測斜管內(nèi)的活動測頭，每間隔一定距離測出的量是各個不同分段點(diǎn)上測斜管的軸與垂直線的夾角傾角變化 ΔXi， 而該段測管相應(yīng)的位移增量 ΔSi為：ΔSi＝Li·SinΔXi，式中Li為各段點(diǎn)之間的單位長度。測得各分段位移后，可由測斜管底部或頂部為基準(zhǔn)開始累加，求得任一高程處的實際位移數(shù)值。

當(dāng)測斜管埋設(shè)的足夠深時，管底可以認(rèn)為是位移不動點(diǎn)，管口的水平位移值Δn就是各分段位移增量的總和：

在測斜管兩端都有水平位移的情況下，需要實測管口的水平位移Δ0，并向下推算各測點(diǎn)的水平位移值Δ，即：

測斜管可以測單向位移，也可測雙向位移。

(2)布設(shè)方法

用鉆探成孔法鉆孔至設(shè)計孔深，要求測斜管嵌入軟土下相對穩(wěn)定層不小于2m，以作為嵌固端。在清干凈孔內(nèi)淤泥后，放入測斜管，管側(cè)用細(xì)砂等材料回填，且充填物的變形模量介于槽管和周圍土層之間，如圖5。

圖5 測斜管測量原理及埋設(shè)示意圖

(3)測量方法

測量時，將活動式測頭放入測斜管，使測頭上的導(dǎo)向滾輪卡在測斜管內(nèi)壁的導(dǎo)槽中，沿槽滾動，活動式測頭可連續(xù)測定沿測斜管整個深度的水平位移變化。

(4)監(jiān)測資料的整理、分析

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)繪制位移-深度曲線。繪制時以孔底為基準(zhǔn)點(diǎn)，并分析不同土層間的水平相對位移，計算土層不同深度的側(cè)向位移及其位移速率，分析其潛在破壞面和穩(wěn)定性。本次監(jiān)測共設(shè)計布置22個測斜孔。

2.2 監(jiān)測設(shè)備

監(jiān)測工作所使用的儀器設(shè)備見下表1：

表1 儀器設(shè)備概況表

3 現(xiàn)場監(jiān)測情況及數(shù)據(jù)分析

3.1 現(xiàn)場監(jiān)測情況

按處理方案進(jìn)行綜合整治后，于2017年9月6日至2017年9月25日間再進(jìn)行第二階段工后效果監(jiān)測。

3.2 橋臺變形處治前監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析

布置在橋臺及墩柱各監(jiān)測點(diǎn)的縱向位移較小，未見明顯發(fā)展。

水平位移監(jiān)測結(jié)果顯示：6#承臺上各位移監(jiān)測點(diǎn)的位移有發(fā)展，最大累計水平位移量8.1mm(監(jiān)測點(diǎn)WZ6-4，左幅6#承臺(蓋梁))；0#承臺監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示本階段位移有發(fā)展，最大累計水平位移量5.5mm(監(jiān)測點(diǎn)WZ0-1，左幅0#承臺(蓋梁))。通過對布置在6#、0#橋臺上的位移監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)總體分析，各位移監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示位移發(fā)展趨勢是由6#橋臺向5#橋墩的方向。

(1)測點(diǎn)位移監(jiān)測結(jié)果分析：由于橋臺卸載，加上原橋臺已位移較大(伸縮縫已基本達(dá)位移極限)，目前變形量已較小。但如不及時處理，結(jié)構(gòu)次應(yīng)力加劇，結(jié)構(gòu)破壞不可預(yù)見。

(2)各傾角監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示：本階段各傾角監(jiān)測點(diǎn)的傾角數(shù)據(jù)有存在波動情況，6#承臺傾角監(jiān)測點(diǎn)QZ6-2(左幅 6# 承臺)、QZ6-5(左幅 6# 承臺)、QY6-1(右幅 6# 承臺)、QY6-4(右幅6#承臺)的傾角存在變形發(fā)展，傾向朝向橋梁方向。QZ6-5(左幅6#承臺)的傾角最大，最大傾角為540"。

(3)傾角儀監(jiān)測結(jié)果分析：該監(jiān)測數(shù)據(jù)僅作為總體變形趨勢分析。橋梁承臺傾角有所變形，且左幅較大，說明左幅墩柱及橋臺仍在受力，變形有所發(fā)展。

由表1可知，相對原生產(chǎn)菌株，新菌株的種曲孢子數(shù)平均降低14.6%，圓盤制曲成曲孢子數(shù)平均降低46.29%，同時中性蛋白酶提升38.46%，谷氨酰胺酶提升18.25%，淀粉酶方面表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，與篩選時的結(jié)果一致，論證了該菌株在制曲質(zhì)量方面的突出優(yōu)勢。

(4)深層水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：深層水平位移監(jiān)測孔 A1、A2、A3(布點(diǎn)位置：右幅 6# 承臺(臺背))淺部土體范圍水平位移仍在發(fā)展；深層水平位移監(jiān)測孔A6(布點(diǎn)位置：右幅6#承臺橋下)距孔口約7.5m深度范圍位移有發(fā)展；深層水平位移監(jiān)測孔B15(布點(diǎn)位置：左幅6#承臺橋下)距孔口約9m深度范圍位移有發(fā)展。

(5)深孔位移監(jiān)測結(jié)果分析：由于埋置時間較短，目前主要反映位移發(fā)展的深度位置，位移量較小。各項監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果顯示6#承臺仍存在著變形發(fā)展趨勢，整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

監(jiān)測數(shù)據(jù)及曲線詳見圖7～10。

3.3 橋臺變形原因分析

根據(jù)深孔位移監(jiān)測鉆孔顯示，綜合所有監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場變形情況，初步分析橋臺變形主要原因：6#臺靠近山體，從6#臺往5#墩方向軟土由薄變厚，軟土厚度從2.3m變厚至11.4m，即軟土存在下臥硬層斜面，在高填方荷載作用下，軟土發(fā)生蠕移，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)變形。

圖6 綜合監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖

3.4 針對橋臺變形的綜合處治方案

針對現(xiàn)場情況結(jié)合對監(jiān)測成果的分析，為保證橋臺地基及橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全，采取以下措施進(jìn)行處理：

(1)左右幅 6#承臺周邊與5#墩柱之間采用3排攪拌樁施工，形成帷幕，限制該段深層土體的側(cè)向移動。

(2)對6#承臺與橋下下穿公路之間緩坡反壓。

(3)臺背后路基填方采用輕質(zhì)泡沫混凝土填筑，減小路基填土自重對承臺的側(cè)向土壓力。

(4)已出現(xiàn)的病害情況，6#承臺上部蓋梁結(jié)構(gòu)部分重筑，承臺進(jìn)行計算并加固補(bǔ)強(qiáng)。

(5)加大監(jiān)測周期，并結(jié)合現(xiàn)場施工處理情況針對性進(jìn)行監(jiān)測。

3.5 橋臺變形處治后監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

布置在橋臺及墩柱各監(jiān)測點(diǎn)的縱向位移未見明顯發(fā)展，處治后變形已趨穩(wěn)定，如圖7所示。

圖7 右幅6#承臺縱向位移量-時間曲線圖

(1)水平位移監(jiān)測結(jié)果顯示：6#承臺上各位移監(jiān)測點(diǎn)本階段的位移發(fā)展程度較小，最大累計水平位移量為9.1mm；0#承臺監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示本階段位移未見明顯發(fā)展，最大累計水平位移量為4.8mm。處治后變形已趨穩(wěn)定(見圖8)。

圖8 右幅6#承臺水平向位移量-時間曲線圖

(2)各傾角監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示：本階段各傾角監(jiān)測點(diǎn)的傾角數(shù)據(jù)有存在波動情況，處治后變形已趨穩(wěn)定(見圖9)。

(3)深層水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：深層水平位移監(jiān)測孔 A1、A2、A3(布點(diǎn)位置：右幅 6# 承臺(臺背))本階段由于施工處理原因管口以下3m左右均有破壞，管口數(shù)據(jù)有波動，深部土體未見位移發(fā)展；本階段大部分位移監(jiān)測孔呈土體蠕動變形狀態(tài)，處治后變形已趨穩(wěn)定(見圖10)。

圖9 右幅6#承臺傾角-時間曲線圖

圖10 深層土體水平位移-深度-時間曲線綜上所述，處治后基本達(dá)到預(yù)期效果。

4 結(jié)論

(1)通過深孔測斜鉆孔地層分析，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場變形情況，初步分析橋臺變形主要原因：6#臺靠近山體，從6#臺往5#墩方向軟土由薄變厚，軟土厚度從2.3m變厚至11.4m，即軟土存在下臥硬層斜面，在高填方荷載作用下，軟土發(fā)生蠕移，進(jìn)而引起橋臺結(jié)構(gòu)變形。。

(2)通過對綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，確定橋臺結(jié)構(gòu)變形原因，制定有效的綜合治理方案，并以監(jiān)測及驗證處理效果，實踐證明是有效可行的，為類似工程提供參考。

(3)橋臺傾角監(jiān)測作為一種新監(jiān)測方案，還存在一定爭議，但因本橋臺搶險工程的特殊性，治理后運(yùn)營良好，還需結(jié)合橋臺墩柱結(jié)構(gòu)的變形及受力機(jī)理，對該監(jiān)測數(shù)據(jù)作進(jìn)一步研究。