软土地基上组合式桥台病害原因分析

【摘要】温州地区软土层厚，土体内摩擦角小、粘聚力低，在台后高填土作用及车辆荷载作用下极易发生沉降和地基变形。温州地区多座桥梁桥台存在的病害均为桥台软弱土体结构破坏、流失导致失稳造成。本文通过对两座桥梁的典型桥台病害进行分析，探讨了此类病害成因的处理对策。

【关键词】桥台病害 软土地基 病害成因 处理对策

Abstract: In this paper, analyzes the two typical bridges Bridge Abutment, to explore the causes of such diseases deal with countermeasures.Key words: bridge abutment; soft ground; disease causes; deal with countermeasures

中图分类号 : TU471.8文献标识码： A 文章编号：

0 引言

软土天然含水量大，天然孔隙比把，抗剪切强度低，压缩率高，渗透系数小，在荷载作用下地基承载力低、地基变形大、不均匀沉降大、且变形稳定历时长。温州地区为海滨平原，靠瓯江南岸，软土层厚。本文以桥台病害较为严重的两座桥梁为例，探讨此类病害的成因及处理对策。

1 桥台病害

1.1 桥梁一

某桥梁1坐落市区次干道上，设计荷载汽-20，桥长39m，总宽32m，上部结构为3×13m普通混凝土空心板，下部结构为组合式桥台（即桩柱式桥墩和悬臂式钢筋砼挡墙或重力式挡土墙组合成），原设计桥台采用护坡，后桥台前墙、耳墙改为采用悬臂式钢筋砼，挡墙底部采用石丁桩基础（25cm×25cm×250cm×53根），桩柱式墩，Φ110钻孔灌注桩基础，桩长35m。

图1桥台结构示意图

地质报告显示淤泥层厚17.5~22.9m，淤泥质粘土层厚8.6~13.5m，下部砂砾层未穿透。

桥台主要病害如下：

1）梁体端部伸出盖梁：从图2可以明显看出，经测量伸出量达30cm。

2）支座实效：伸入木棒如图3已能探查到实效的支座。

3）台后填土突然沉降。曾在道路维修后的一个月内台后产生了3cm左右的沉陷，如图4。

4）桥台立柱错位：本桥由3幅组成，从图5中可以看出在边幅和中幅间已出现错位现象。

5）立柱前倾：如图6。采用垂球粗略测量立柱的倾斜度在2％，远远超过设计0.5％范围。

在对桥台设置了图7所示的简易观测装置，对其进行3个月的连续观测，并用温度计测量观测时桥下温度。从表中读出绝对位移，再考虑温度影响后，计算出每月相对位移1.5~1.2mm。

图2桥梁病害情况

图3桥台立柱前倾 支座失效

图4台后沉降

图5桥台立柱错位

图6桥台立柱前倾

图7相对位置观测表

1.2 桥梁二

桥梁二桥台为桩柱式排架结构加台后浆砌片石挡墙构成的组合式桥台，桥台盖梁

宽1.1m，宽1m，斜长52.42m。桥墩、桥台桩基采用Ф100cm单排钻孔灌注桩。立柱Ф100cm，系梁高0.9m，宽0.7m。桥台桩底标高-36m，桩柱总长41.3m，台后30m范围内采用Ф50cm水泥搅拌桩作为高填土基础，搅拌桩桩长为8m。与桥梁一的主要区别在于该桥桥台有靠背，桩基间有系梁联系，地质情况类似。桥台主要病害如下：

1）0#、5#桥台排架整体向台后倾斜，立柱最大倾斜角度为3.720，对应系梁地面桩柱连接位置已严重断裂、前后错位2~3cm，开裂最大位置宽度16cm，最大深度76cm。

2）桥台系梁及系梁以上排架立柱明显开裂，裂缝最大宽度2mm。

3）桥台盖梁河心侧面及底面分布有多条贯通或非贯通的斜向、竖向及横向裂缝，部分裂缝还伴随渗水迹，侧面最大裂缝长度1.36m，最大宽度1mm，底面最大长度为1.21m，最大宽度0.7mm。

4）桥台背墙断裂错位，挡墙开裂，片石错位。

图8桥梁二的桥台病害照片

2 病害成因分析

依据《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)对上述两座桥梁进行受力分析，对桩柱内力进行计算并验算单桩竖向承载力、桩柱位移、裂缝、最大弯矩正截面强度（入土深度0m处）进行检算，上述项目均满足设计要求。且对桥梁一（桥梁二由于桥台立柱已断裂没检算的必要）悬臂式台后挡土墙的强度、抗滑稳定性和抗倾覆稳定性进行验算，同样满足设计要求。

从地质报告中可看出，桥台桩基主要部分均在承载力低压缩量大的软弱土层中。在未产生位移的情况下，桥台两侧由于填土高度不同立柱两侧静止土压力存在压力差，淤泥及淤泥质粘土层土体逐渐向河心滑移，台后土压力逐渐减小，转变为主动土压力，而台前桩基周围土体受基础变形影响产生被动土压力，从而使桩基受力达到平衡状态。

桩侧摩擦力的发挥取决于桩土间的相对位移，若桩土之间不存在相对位移，则桩侧摩擦力为零。桩体与桩间土的强度与刚度存在差异，在桥后土压力的作用下，土侧压力在产生重新分配，桩体范围内产生应力集中现象，但桩间土仍保持着天然土的马鞍形分布。随着地基变形的发展，桩间土的应力逐渐向桩上集中，桩土应力比也随之增大，荷载超过某一极限值后，由于刚度原因，桩首先进入塑性状态，桩体变形加大，桩上应力逐渐向桩间土转移，当应力超过土体抗剪强度后，土体逐渐向河道内滑移，从而加剧桩向河道倾斜，造成路面沉降及桥台后仰。随着变形发展，台后土压力通过桥台基础直接作用于立柱，造成立柱前倾。桥台未设置靠背，造成梁体伸出桩帽，导致支座失效。

图9桥台受台后填土夜里作用开裂原因示意图

在桥梁二出现病害后等待处置期间，为防止意外情况的发生，对台后土体进行为期一年的观测，观测点布置在台后5m位置，具体布置如下：

图10测斜孔布置位移示意图

表1

18.5

注：负表示向河心方向移动。

从上表中可以看出1#、5#孔由于在道路边缘，周围土体受到桩基的约束小，位移量较大，3#孔位于道路中心，且土体在向河心滑移过程中受前排桩基约束，位移量较小，同一深度位移累加值为负居多也说明台后土体整体向河心滑移。监测数据充验证了土体滑移是造成此类桥台病害的主要原因。

3 处理对策

针对台后土压力的内在原因提出以下对策：

方案（1）在台前设置护坡，设置平衡台后土压力。缺点：侵占河道，影响泄洪抗灾能力。优点：工程施工影响小，造价小。

方案（2）开挖台后填土，采用轻质材料，如eps填筑。缺点：工程影响较大，造成交通中断。优点：不影响河道。

4 结束语

温州地区软土地基分布广泛，设计中类似的组合式桥台较多，由于设计缺陷，类似原因造成桥梁病害普遍存在。由于设计的缺陷，土压力不平衡状态不能消除，该类病害具有普遍性，设计单位在今后的设计中应重视与加强台后基础处理的设计。

参考文献

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[2] 丁绍祥. 地基基础加固工程技术手册[M]. 武汉:华中科技大学出版社, 2008.10.

[3] 张克恭, 刘松玉. 土力学[M], 北京: 中国建筑工业出版社, 2010.10.