叶 奂,陆栩梁

（1.浙江数智交院科技股份有限公司,浙江 杭州 310000; 2. 浙江交工高等级公路养护有限公司,浙江 杭州 310000）

0 引言

桥梁结构纠偏是一项较为复杂的系统工程，根据上下部结构不同偏位情况主要有上部结构纠偏、下部结构纠偏、上下部结构联动纠偏。其中桥梁下部结构中的单桩柱式结构侧向稳定性相对较弱[1]，其在不平衡土压力情况下容易出现倾斜、偏位等病害。此类病害隐患突出，轻则损坏桥梁构件，重则影响桥梁安全，甚至出现垮塌事故。桩柱偏位后，如何快速、安全、高效地进行桥梁结构纠偏至关重要，该文结合实际案例，分析适用于单桩柱桥墩偏位的自反力纠偏技术。

1 常规处治思路

在地质不良、淤泥覆盖层较厚的桥位处，因不均衡土压力引起桥梁单桩柱式桥墩偏位的情况较为常见[2]。当结构发生偏位后，应立即进行周边环境和偏位成因调查，并开展结构物的检测和评估工作。桥梁结构偏位处治是在准确分析偏位原因的基础上采取有针对性的纠偏复位设计，在桥梁桩基完整性较好，且可在修复后继续使用的前提下，单桩柱结构偏位处治一般可分临时约束、桥墩纠偏、结构加固三步进行处治。

单桩柱式桥墩发展偏位，往往是由于自身侧向稳定性弱，当不利因素（一般是不均匀土压力）消除后，其复位所需的纠偏力不大，因此纠偏方案一般采用“自反力顶推+应力消散孔”为主。具体做法是利用墩、梁间相互作用提供纠偏时所需的反力，通常包括竖向、纵向和横向三个方向，竖向主要指上部梁体顶升，纵向和横向则是桥墩水平向复位，其特点都是借助结构自身提供反力。

项目实施过程进行必要监测，明确各部位的应力变化，确保桥梁纠偏施工过程中的安全，并根据实际监控手段及设备提出合理且满足现行规范的预警值，在出现异常情况时及时预警，便于调整纠偏力和优化实施方案。

2 实体工程分析

案例桥梁全长146 m，共两联：（4×18+4×18）m。上部结构为钢筋混凝土连续箱梁，下部结构为桩柱式墩台，摩擦桩基础。第0、2、4、6、8 号墩为双桩柱结构，双柱间设系梁或盖梁；第1、3、5、7 号墩处独柱墩采用单柱单桩的形式。

2.1 现场调查及检测

由于桥下管道开挖作业，形成了5 m 左右高差的不均衡土压力，导致3#墩独柱墩出现偏位，其墩顶最大偏位往小桩号方向滑移43 cm 左右（详见图1），开挖检查后，发现其桩柱接头附近已出现多条裂缝，最大宽度为0.54 mm。

图1 桩柱偏位情况

2.2 设计方案

2.2.1 临时约束

通过墩顶限位及螺杆对拉，对3#墩进行临时约束（详见图2），防止偏位进一步发展，同时结合实时监测情况，尝试采用螺杆对拉加载，使墩柱往好（原设计）的方向发展。

图2 墩顶临时约束装置

2.2.2 桥墩纠偏：自反力纠偏+应力消散孔

桥墩由于堆载在软土层产生较大附加应力，形成滑动面对桥梁桩基产生侧向压力，导致桥桩偏位。纠偏是采用钢结构反力架和橡胶垫片固定伸缩缝宽度、安装梁间横向限位装置，并通过梁底与墩顶之间增设顶推千斤顶，利用桥梁自身0#、2#、4#三个双柱式墩为3#单桩柱式墩提供复位所需反力，进行桥墩顶推纠偏施工（详见图3）。

图3 自反力纠偏体系示意

2.2.3 桥墩加固

考虑到墩柱已出现较大裂缝，为确保结构安全，在纠偏工作完成后，对3#墩进行加桩、承台及扩大墩身加固。在原桥桩基两侧新增桩基提高桥墩抗倾覆能力，并通过拼宽立柱增设支座，适当拉大间距设置，提高梁端梁体抗扭能力。

2.3 理论计算

桥梁桩基偏位问题，可通过软土中滑动面深度计算、桩身受力分布确定、纠偏力计算和桩身内力校核、桩基内外侧土体预处理、纠偏力施加、桩身位移监测以及土体分层回填的步骤实施纠偏。

对桩身尺寸和偏位数据复核后，进行施工前的理论计算。桩身受力计算采用浙江省交通运输厅科技项目—《深厚软基桥梁桩基移位机理及复位技术研究》中利用p-y曲线法所建立一种新的滑动土层中桩身受力模型，并进行相应简化。根据式（1）和式（2）计算桩身相对桩长，判断是否为弹性桩，若不为弹性桩，须根据刚性桩挠度和转角变化规律重新设计相应的纠偏方案。多个工程实例计算结果表明，沿海一带深厚软土中长度在30 m 以上的桥梁灌注桩多为弹性桩或弹性长桩。

根据现场地质勘察报告和地面堆载情况，确定土体内摩擦角φ和地面堆载宽度b值，根据式（3）计算软土地基中滑动面深度。通过式（4）计算主动桩区和被动桩区极限土抗力Pu，并根据桩身水平力平衡确定稳定土体中土抗力为0 位置，绘制桩身受力示意图。结合桩身材料特性和受力情况进行桩身强度校核，对满足工程质量要求的桥墩进行纠偏。

2.3.1 桩身刚度计算

对于水平地基系数随深度线性增加的地基，桩的相对刚度系数T和相对桩长Zmax可通过式（1）和（2）求得。

式中，m——随深度增长的水平地基反力系数（N/m4）；E 、I 分别为桩的弹性模量（N/m2）和惯性矩（m4）；b0——考虑桩周土空间受力的计算宽度（m）。

2.3.2 滑动面深度计算

根据式（3）计算土体中滑动面深度。

式中，φ——土体内摩擦角；b——堆载宽度。

2.3.3 极限土抗力计算

利用式（4）计算极限土抗力Pu，Pu即为桩周土作用在桩身上由堆载产生的水平力。

式中，x——泥面下深度；B——桩的计算宽度；Cu——原状黏土不排水抗剪强度试验值。饱和黏性土的不排水剪强度大小与黏聚力值相同，即Cu=c。

2.4 施工控制

2.4.1 施工控制

顺桥向纠偏的施工原理为在桥纵轴方向的墩台和梁体上设置反力架，施加水平千斤顶施力，借助临时滑移面，将立柱向预期方向顶推纠偏，最后再设置临时限位装置。水平推力在理论计算范围内逐级匀速增加，分级加载初始值为50 kN，每25 kN 作为一个分级，每一级加载完成后持荷不小于0.5 h，并根据现场监控监测位移、应力、应变情况，分析后得出结果，视情况随时调整顶推力后继续加载顶推，直至垂直度满足规范要求为止。

2.4.2 数据监测

为确保纠偏在施工复位过程中能遵循设计思路、符合实际情况，用常规的计算或测量手段，很难准确、迅速地得出桥梁在各种工况下的受力状况，因此施工中采用位移传感器和倾角传感器，将纠偏复位的实施情况反应到控制电脑上（详见图4），确保纠偏过程安全、高效，实现可视化纠偏，起到指导和控制施工顺序以及危险预警作用。

图4 位移数据实时显示

3 处治效果评估

纠偏加固后桥梁整体状况良好，墩柱纠偏量已满足纠偏目标值要求，桥墩竖直度均未超出1‰H 允许偏差和2 cm 偏移量要求[3]，各指标均已满足设计及规范要求。项目实现了快速、安全、高效地纠偏处治，确保了桥梁运营安全。

4 结论

该文根据理论基础研究，提出了临时约束、桥墩纠偏、结构加固的三步处治思路；结合真实案例，分别从检测、设计、施工、监控等角度阐述了单桩柱结构发生偏位后，利用自反力体系纠偏的技术实现有效限位、高效纠偏、可靠加固；通过处治效果评估验证了“三步处治思路”和“自反力纠偏技术”的有效性和可行性，值得类似工程参考和借鉴。