南湖大桥桥台病害综合分析

南湖大桥桥台病害综合分析

郭旺军

南宁市城乡规划设计研究院

摘要：本工程采用综合分析对桥梁病害的产生及发展有了明确的认识，能有针对性地采取对策，避免了检测措施的升级和加固范围的扩大。说明了常规资料有效保存的重要性。

关键词：综合分析相互验证桥梁病害

1.旧桥病害分析方法综述

（1）现状调查法。主要是通过目测或简单的仪器辅助调查桥梁现状，检测项目包括桥梁全部构件：如桥墩、桥台、主梁、主梁横向接缝、伸缩缝、支座、桥台搭板、护栏等，调查内容包括：设计施工时间、外观尺寸、完整性、裂缝形式和宽度、施工质量、缺损等。然后通过对桥梁各部件的加权分析，得到桥梁的综合病害评价，从而给桥梁的养护维修提供依据。

（2）计算复核法。旧桥病害分析和维修加固，一般需要复核桥梁的承载能力，即分析桥梁结构能承受荷载作用的程度。荷载作用有汽车荷载、车辆荷载、土压力、风力、结构自重等。按荷载等级根据规划选用。桥梁的结构强度主要根据桥梁的形式、结构尺寸、和材料强度通过建模分析计算。一般用设计图纸和施工竣工图中的数据，尺寸和材料强度需要现场测量复核。

（3）荷载试验法。通过在桥梁结构上施加外载，记录荷载作用下的挠度、应力、应变等，将测试结果与结构按相应荷载下的计算值或有关规范规定值作比较，从而评定桥梁结构的承载能力。这种方法比较直观，为大家所接受，缺点是需要中断交通，费时费力。

（4）动态观察法.长期监测结构关键位置的位移、应变、及地下水位等，通过各指标的变化趋势来判断结构的安全，并提供预警。本方法主要用于较复杂的工程如大型斜拉桥、悬索桥、地质复杂的隧道、正在施工的工程等。

（5）综合分析法.综合分析有两种。第一种为分析结构安全的各个影响因素，并分析每个因素对整体结构安全的权重，然后调查结构各个因素的得分进而计算出结构安全的综合指标。另一种为综合地分析运用以上各种方法。本文讨论的是第二种方法。

2.项目背景

南湖大桥是民族大道上的一座重要桥梁，桥梁跨越南湖。桥梁长438米，宽45米，由8跨35m跨桥面连续钢筋混凝土T梁组成。桥台采用轻型桥台，钢筋混凝土承台桩基础。桥台侧面挡土结构为俯斜式挡土墙（浆砌片石），平面呈L型布置（单象限）；南湖西岸挡墙基础为扩大基础，南湖东岸挡墙基础增加了震动灌注桩，桩径45cm。步梯采用的与挡墙分离的基础，为钢筋混凝土结构。

市民反映南湖大桥下桥步梯与挡土墙分离，裂缝最宽处可以伸进一个成年人的拳头，目测裂缝约有15cm。

3.项目病害综合分析

针对本桥的病害原因分析，采取了多种方法进行综合分析。

首先去现场对桥梁的病害和周边环境进行了充分的检测考察，结果如下：

（1）东北侧桥台挡土墙步梯位移严重，向外位移12cm，向下位移10cm，东北侧挡墙出现明显的裂缝多处。东北侧挡土墙上的人行道出现反坡；

（2）西北侧桥台挡土墙出现了明显的裂缝多处；

（3）钢筋混凝土主梁没有出现裂缝，钢筋混凝土桥梁没有出现裂缝；（4）东南侧、西南侧桥台挡土墙没有出现病害。（5）桥梁东北侧挡土墙往外12米为地铁车站施工基坑，上面运行着其施工机械，地铁的区间隧道经过西北侧桥台挡土墙附近。

从桥梁病害出现的位置来看，地铁线经过桥梁北侧附近，且病害最严重的桥梁东北侧，对应为地铁车站基坑施工位置，推测为地铁施工是桥梁的病害的原因之一。从桥梁病害出现的时间来看，根据桥梁的养护单位介绍，地铁施工前桥梁为正常养护，没有出现什么病害，推断桥梁病害主要是在地铁施工之后出现。

查阅了原桥梁的竣工图，桥梁结构体系见项目背景介绍。值得注意的是，桥梁的桥台桩基础与挡土墙基础、步梯基础是三个独立的体系。根据原桥梁图纸的材料尺寸及地勘资料，原桥台基础、原挡土墙、原步梯基础在正常工况承载力满足要求。推断桥头出现了病害是外界环境改变所致。

查阅了地铁车站基坑的基本图纸和尺寸，以及地铁施工的监控资料。地铁车站基坑距离挡土墙边缘13米，基坑深度15米。地铁施工对桥梁的影响分析如下：基坑开挖的应力释放，挡墙步梯发生的一定的侧向位移；基坑开挖不可避免的要抽取地下水，当地下水位严重下降后，土壤的空隙水压力减小，固体颗粒的应力增加，从而发生土体的排水固结，地面产生沉降，俗称“漏斗效应”。根据地勘资料，东北侧挡土墙位置的淤泥质图深度达10米，空隙率大，更容易发生排水固结。这是东北侧挡土墙和步梯沉降较大的原因。

那么桥台桩基会不会受影响呢？通过分析，答案是受影响较小。桥台桩基深度25米，且深入持力层灰岩中，灰岩弹性模量大，几乎不受“漏斗效应”影响，因而不会发生沉降。从桥梁主体和桥面没有发现病害可以得到验证。

那么挡土墙和步梯的病害是否会持续发展呢？是否会持续发展，主要看地铁施工影响了地下水和扰动了桥台基础。可以从对地下水和挡土墙变形沉降的监控数据进行分析。从东北侧挡土墙附近的地下水监测情况来看，地下水在某个时间有大幅的下降，之后恢复到原来的水平，虽然有小幅的震荡，但基本趋于稳定。从变形监测来看，位移和沉降已趋于稳定。可以得出结论，虽然地铁仍然在继续，但关键部分已完成，对桥台挡土墙和步梯的影响已有限。

4.旧桥病害综合分析流程图

旧桥病害综合分析是指采用多种病害分析方法，分别推断出多种可能的病害结论，然后将多种病害分析方法耦合在一点，从而得出比较确切的病害结论和合理的病害处理办法。

5.综合分析结论和病害处治方法

通过以上分析可以得出结论：（1）桥梁主体结构（包括桩基础桥台）是安全的，地铁施工的影响微乎其微；（2）桥台侧面的挡土墙和步梯出现病害的原因可以确实是地铁施工造成：大桥桥台附近的地铁车站基坑在开挖过程中，由于抽排地下水，形成漏斗效应，对大桥桥台分离式挡土墙和步梯的破坏最严重，基坑建设完成后（建成地下连续墙等隔水措施），南湖对地下水的迅速补给，漏斗效应迅速减弱，外界作用力对挡土墙的破坏趋近于停止；（3）挡土墙已经形成了开裂、步梯已经下沉分离等结构破坏，对其加固维修不可或缺；加固维修的实施时间为地铁车站施工完成后，而不需要立即采用结构加固措施。

6.结语

本工程采用综合分析，通过现状调查、承载能力复核计算、监控数据分析、施工模拟分析、地勘资料分析等方法对桥梁病害的原因进行综合分析，各种方法相互验证，对桥梁病害的产生及发展有了明确的认识，能有针对性地采取对策；避免了检测措施的升级和加固范围的扩大。本工程的病害综合分析需要原桥梁的竣工图、原地勘资料、地铁施工的现场监控数据等，说明了常规资料有效保存的重要性。

7.参考文献

[1]宗周红朱三凡夏樟华大跨径连续刚构桥安全性评估的综合分析方法[j]铁道学报2011,33（7）

[2]陈维生浅谈旧桥加固方法及发展趋势[j]科技纵横2009,4

[3]张舍浅谈公路桥梁病害的起因、检测与加固[j]安徽建筑工业学院学报2005,13（1）

[4]李广信、张丙印、于玉贞清华大学土木工程系列教材:土力学清华大学出版社2003,10