預應力框架技術在加固圬工橋臺側墻上的應用

雪彥鵬

（重慶中信滬渝高速公路有限公司 重慶 401147）

預應力框架技術在加固圬工橋臺側墻上的應用

雪彥鵬

（重慶中信滬渝高速公路有限公司 重慶 401147）

本文針對漿砌片石橋臺側墻開裂及外鼓的病害特征，提出了一種鋼筋混凝土預應力框架加固技術。該技術是通過在橋臺兩側側墻上現澆鋼筋混凝土框架來提高側墻整體性，并達到避免側墻豎向裂縫的進一步擴展的目的。并通過橋臺兩側張拉預應力來達到阻止側墻繼續向兩側外鼓的趨勢。實踐證明，該方法能有效治理砌石橋臺常見病害，可為同類橋臺的加固與維修設計及施工實踐提供參考。

圬工橋臺；側墻；加固；預應力

引言

橋臺作為橋梁的下部結構，是橋梁的重要組成部分，起著支擋臺后路基填土并把橋跨與路基連接起來的作用。片石由于其抗壓強度高、穩定性強和取材方便等特點，在我國常被用作建筑砌體材料，尤其在片石豐富的西南地區，更是被廣泛應用，因此公路橋梁中普遍采用的都是漿砌（塊）片石結構的橋臺。

近年來，隨著我國經濟的迅速發展以及運輸物流業的日漸繁榮，道路車輛日趨繁忙，再加上超載超速等因素的影響，漿砌片石橋臺頻繁出現不同程度的臺身開裂、砌體傾斜以及砌體砂漿剝落等病害現象，危及橋梁壽命與交通安全，急需進行維修加固。以往，工程上對砌石橋臺維修加固普遍采取的是向地基持力層灌漿和“壁可法”封閉裂縫來處治。但是，由于砌石橋臺自身散粒結構的特殊性以及病害表現的復雜性，該方法的加固效果不太理想，且因其應用范圍限制，也很難達到理想的效果。然而若要直接拆除橋臺側墻開裂和外鼓部分重新砌筑，一方面耗資較大，另一方面需中斷交通，影響人們正常的工作、生活。探索安全、經濟、科學的橋臺側墻加固技術具有積極的現實意義。

1 預應力加固橋臺側墻技術簡介

分析圬工橋臺的受力特點，調查其病害位置及嚴重程度，根據加固整治要求，合理確定加固點位置，在橋臺側墻上增設鋼筋混凝土框架，通過錨桿使側墻與框架穩固連接，增強側墻整體性。張拉預應力鋼絞線，阻止側墻繼續外鼓。如圖1。其實施工步驟如下：孔位放線→成孔→錨索制作與安放→成孔注漿→鋼筋混凝土圈梁施工→預應力錨索張拉、鎖定。

2 加固技術原理分析

2.1 破壞機理分析

砌體是結構工程中應用廣泛的一種二相復合材料，與其它主要結構材料相比，其物理性質更加不均勻。砌石橋臺側墻在填土自重及外荷載作用下會發生臺身開裂、外傾等病害。橋臺側墻在填土自重和外荷載作用下土體會沿破壞面破壞，如圖2。

圖2 橋臺填土強度破壞面示意圖

圖3 橋臺側靜止土壓力示意圖

作用在單位長度上的靜止土壓力為和土楔體自重的合力。填土在外荷載作用下土體中將產生剪應力和剪切變形，當填土中某點由外力所產生的剪應力達到土的抗剪強度時，土就會沿著剪應力作用方向產生相對滑動，該點便發生剪切破壞。所以，橋臺填土的強度破壞將造成對墻體過大的側向土壓力，如圖3。

2.2 加固機理分析

因這種夾于兩面側墻間的填土有別于常規擋土墻后的填土，故采用靜止土壓力進行計算。因側墻墻背是傾斜的，作用在單位長度上的靜止土壓力為水平靜止土壓力E0和背面上土體自重W0的合力,如圖3所示。

在自重以及外荷載作用下距底面中心的偏心距為

式中:z是E0作用點距底面的高度；G為單位長度上側墻自重；W0作用點距底面中心點的距離；h2是側墻自重作用點距底面中心點的距離。

由上述計算可驗算在組合工況Ⅰ下e是否滿足要求。

2.3 加固計算

在鋼筋混凝土框架上布設預應力鋼絞線，每層鋼絞線距離側墻底部的高度為li。預應力鋼絞線在單位長度上會產生拉力T。因為加固后對底面偏心距驗算相應也要計入不同高度上預應力鋼絞線在單位長度上產生的拉力T的作用，所以在自重以及外荷載作用下距底面中心的偏心距為

從式中可以明顯看出加固后的底面偏心距會明顯小于加固前偏心距的值。

同理在計算繞墻趾的傾覆穩定系數時也同樣要計入TΣli

同樣可以看出k值較加固前會增大。由此上兩項計算結果可明顯看出，通過預應力框架加固技術加固橋臺側墻，可以有效減小偏心距，并增大繞墻趾的傾覆穩定系數，從而增加橋臺側墻在填土自重和外荷載作用下對橋臺側墻的壓力作用下的穩定和安全性。

3 工程應用

3.1 工程概況

重慶市某橋，橋長31m，橋面凈寬5.4m。對該橋現場勘察，發現主拱存在以下嚴重病害：某方向橋臺上下游兩側墻均出現鼓凸現象，平均鼓凸量為5cm；同側橋臺下游側墻距離拱腳5m處側墻豎向開裂，裂縫長5m。

3.2 加固方案實施

對該橋，針對其病害，進行了加固方案比選，最終采納對橋臺側墻實行預應力鋼筋混凝土框架技術，局部病害處補強的綜合加固方法。

按照上述計算方法，經過計算，可知加固前后的計算結果（見表1）。

表1

4 結論

綜合分析，本文加固技術相比傳統的側墻加固方法，如灌漿法、壁可法及拆除橋臺側墻外鼓部分等具有以下優點：

（1）工期短，費用低，維修加固工序之間可以連續施工。

（2）施工簡單，工序簡明，可在不中斷交通的情況下通過限速限載完成加固作業，對周邊人群的日常生活影響較小。

（3）加固效果顯著，多座砌石橋臺的維修加固實踐中已取得了良好效果。至本文完稿時為止，加固的橋臺已運行一年多，狀態依然良好，各項工程指標均滿足使用要求，未見異常病害出現，表明本文的加固技術是有效的，可為同類橋臺的維修加固提供設計方案及實踐參考。

Prestress Framework Technology Applied to Reinforce A Side Wall of the Masonry Abutment

The paper,aim ing at the characteristic of cracking and outward bulge of the sidewall ofmortar rubble abutment,put forward the reinforced concrete prestress framework reinforcing technology.This technology used cast in place of reinforced concrete framework on either side of the abutments to improve the integrity of the sidewalls to avoid further expansion of vertical cracks on the sidewalls.And itused the prestress on both sidesof thebridgeabutment to stop the trend of bulging outward on both sides.Practicesshowed that thismethod could work w ith the common problemsofmasonry stonebridgeseffectively.Itcould provide reference for the reinforcement,repairing,designsand construction of sim ilar bridge abutments.

masonry abutment;sidewall;reinforcement;prestress

U443.21

A

1671-9107（2011）07-0019-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2011.07.019

2011-04-17

雪彥鵬（1972-），男，高級工程師，交通部注冊監理工程師，主要從事公路橋梁工程施工、監理以及高速公路項目管理工作。

余詠梅

施工經驗