重力式U型橋臺(tái)病害及加固技術(shù)的應(yīng)用

付大國(guó)

摘要： 作為最為常見的一種橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式，重力式U型橋臺(tái)在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多，其主要通過自身的重力進(jìn)行外力平衡。重力式U型橋臺(tái)具有較為復(fù)雜的受力形式，特別是在自重力、汽車活載及土壓力等作用下，極易產(chǎn)生病害，如橋臺(tái)臺(tái)身裂縫、基礎(chǔ)不均勻裂縫等，這些病害的產(chǎn)生將對(duì)重力式U型橋臺(tái)質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，為此必須重視橋臺(tái)加固施工。本文在充分掌握重力式U型橋臺(tái)病害機(jī)理的同時(shí)，提出了相應(yīng)的加固方法，以期全面提升工程建設(shè)質(zhì)量。

Abstract： As the most common form of abutment structure， the gravity U-shaped abutment is widely used in the design of bridges. It mainly uses its own gravity to balance the external forces. Gravity U-shaped abutments have more complex forms of stress， especially under the influence of self-gravity， vehicle live load and earth pressure， it is easily to produce diseases， such as abutment bench cracks and uneven foundation cracks. These diseases will seriously affect the quality of gravity U-shaped abutments， so it is necessary to pay attention to the construction of abutment reinforcements. In this paper， while fully grasping the mechanism of gravity-type U-shaped abutment， a corresponding reinforcement method is proposed in order to fully improve the quality of project construction.

關(guān)鍵詞： 重力式U型橋臺(tái)；病害機(jī)理；加固方法

Key words： gravity U-shaped abutment；disease mechanism；reinforcement method

中圖分類號(hào)：U445.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）18-0188-02

0 引言

在我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)高速發(fā)展的今天，公路運(yùn)輸發(fā)展迅猛，橋梁工程作為道路交通的重要組成部分，也得到了極大的發(fā)展。但不可否認(rèn)的是其弊端也正在逐漸顯現(xiàn)。在設(shè)計(jì)、施工、材料等方面的問題，加劇了橋梁結(jié)構(gòu)老化速度，進(jìn)而產(chǎn)生了大量病害。依照結(jié)構(gòu)部位的不同，可將橋梁病害分為兩類，即上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)病害。下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)不僅是橋梁和兩側(cè)道路的連接紐帶，更是工程的主要承重結(jié)構(gòu)，直接關(guān)系到橋梁的運(yùn)行安全。基于此，必須找出橋臺(tái)結(jié)構(gòu)病害原因，提高橋梁通行安全。本文以重力式U型橋臺(tái)為例，在全面了解其病害原因的同時(shí)，提出了橋臺(tái)加固方法，這對(duì)橋梁工程建設(shè)研究意義重大。

1 重力式U型橋臺(tái)病害機(jī)理

作為橋梁主要結(jié)構(gòu)之一，橋臺(tái)支撐著橋梁上部結(jié)構(gòu)，它利用支座傳遞下來的荷載，將上部結(jié)構(gòu)傳給地基基礎(chǔ)。重力式橋臺(tái)的主要成分包括臺(tái)帽、臺(tái)身、基礎(chǔ)及側(cè)墻。重力式橋臺(tái)應(yīng)用最常見的一種形式是重力式U型橋臺(tái)，在平面上其前墻與兩個(gè)側(cè)墻可構(gòu)成U型，因此被稱為重力式U型橋臺(tái)，相比其他橋臺(tái)形式，其特點(diǎn)為構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工便捷及成本少，在填土高度8～10m或大跨度橋梁中應(yīng)用較多。但在具體應(yīng)用中，此類橋臺(tái)具有極為復(fù)雜的受力情況，導(dǎo)致病害頻發(fā)。典型病害類型及病害機(jī)理如下：

1.1 橋臺(tái)前墻開裂

前墻開裂是重力式U型橋臺(tái)的最為常見的病害類型。其病害機(jī)理包括2點(diǎn)，第一，作為橋臺(tái)的重要承重構(gòu)件，重力式U型橋臺(tái)的前墻極為關(guān)鍵。如橋臺(tái)寬度較小，通常不易產(chǎn)生前墻開裂現(xiàn)象。相反，橋臺(tái)具有較大寬度時(shí)，設(shè)計(jì)中如依舊選取整體式U型橋臺(tái)，且中間無變形縫設(shè)置的情況，前墻則會(huì)出現(xiàn)裂縫。第二，橋臺(tái)基礎(chǔ)局部地基承載力不足，具有較為嚴(yán)重的基礎(chǔ)不均勻沉降問題，同時(shí)因溫度具有較大變化，導(dǎo)致橋臺(tái)前墻脹縫產(chǎn)生，進(jìn)而有豎向裂縫產(chǎn)生于橋臺(tái)前墻。

1.2 橋臺(tái)側(cè)墻開裂

產(chǎn)生橋臺(tái)側(cè)墻開裂的病害機(jī)理一般為超載問題嚴(yán)重，導(dǎo)致橋面鋪裝層開裂或滲水，橋臺(tái)臺(tái)后填土吸水飽和，進(jìn)而大大增加橋臺(tái)臺(tái)后土壓力，出現(xiàn)側(cè)墻外傾開裂。或因橋臺(tái)基礎(chǔ)局部地基承載力不夠，基礎(chǔ)不均勻沉降，使橋臺(tái)側(cè)墻開裂。

1.3 橋臺(tái)臺(tái)后填土下沉

重力式U型橋臺(tái)臺(tái)后填土下沉病害主要是因?yàn)闃蚺_(tái)臺(tái)背回填土施工不規(guī)范。在施工臺(tái)背回填土過程中，需一層一層地壓實(shí)，各層厚度可控制在20～30cm范圍內(nèi)，且合理控制石料粒徑，相比各層厚度，石料顆粒直徑需控制在其75%左右，只有這樣才提高臺(tái)后填土密實(shí)度。同時(shí)，施工過程中，為趕超工期等，極易出現(xiàn)填土壓實(shí)度不足或在橋臺(tái)內(nèi)直接填筑大塊石等，導(dǎo)致通車后橋臺(tái)臺(tái)后填料自然沉降，而產(chǎn)生開裂問題。

2 重力式U型橋臺(tái)加固施工技術(shù)的應(yīng)用

針對(duì)橋臺(tái)加固可由兩點(diǎn)分析，其一，增強(qiáng)橋臺(tái)薄弱部位抵抗能力；其二，降低荷載。本文在全面分析重力式U型橋臺(tái)病害機(jī)理的前提下，提出了以下幾種加固方法。

2.1 前墻布置錨桿加固法

因橋臺(tái)臺(tái)后填土下沉，而產(chǎn)生橋臺(tái)臺(tái)后路面下沉、凹陷等問題時(shí)，汽車通過橋臺(tái)位置時(shí)很容易出現(xiàn)跳車現(xiàn)象，而跳車現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)增加橋臺(tái)所承受的汽車沖擊力，如此隨著汽車通過數(shù)量的增加，臺(tái)背土體產(chǎn)生的土壓力會(huì)大大增加，進(jìn)而加大橋臺(tái)前墻所承受的水平推力，導(dǎo)致外傾現(xiàn)象，因此加固時(shí)，如將一排或多排錨桿設(shè)置到橋臺(tái)前墻內(nèi)，可促使橋臺(tái)成為一個(gè)整體受力。當(dāng)然必須合理控制錨桿設(shè)置數(shù)量，如橋臺(tái)高度較低時(shí)，錨桿數(shù)量過多，則無法提升錨桿約束前墻的能力，且過多錨桿，也會(huì)大大加重橋臺(tái)重量。因此，必須在前墻合理設(shè)置錨桿，以此對(duì)橋臺(tái)順橋向位移加以有效制約。本文選取25m橋臺(tái)寬度，15m橋臺(tái)高度，22m側(cè)墻長(zhǎng)度，加固時(shí)，進(jìn)行一排～四排錨桿地分別設(shè)置，不斷增加錨桿設(shè)置排水，降低最大第一主拉應(yīng)力值的幅度將明顯增大，但下降速度卻有所緩解。隨著第一主拉應(yīng)力值的不斷減小，則可對(duì)橋臺(tái)裂縫進(jìn)行合理控制。為了對(duì)錨桿加固后橋臺(tái)應(yīng)力改變進(jìn)行更為直觀的分析，可由所有橋臺(tái)分別將其最大第一主拉應(yīng)力值取出，如表1所示。

由此可見，與不設(shè)置錨桿情況相比，橋臺(tái)錨桿設(shè)置無論是多少排，其最大第一主拉應(yīng)力值都有所下降，且伴隨錨桿數(shù)量的增多，最大第一主拉應(yīng)力值下降的幅度也會(huì)有所提升，25%為其最高值。

2.2 側(cè)墻對(duì)拉鋼絞線加固法

如重力式橋臺(tái)臺(tái)后填土具有較大壓力，在水平土壓力過大的作用下，橋臺(tái)側(cè)墻極易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，這種情況下，在橋臺(tái)兩側(cè)側(cè)墻之間張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線，可實(shí)現(xiàn)側(cè)墻抵抗土壓力能力的有效提升。重力式U型橋臺(tái)選取張拉預(yù)應(yīng)力鋼索法加固橋臺(tái)時(shí)，需先挖出臺(tái)背填土，進(jìn)行橋臺(tái)卸載，隨后修補(bǔ)側(cè)墻裂縫，利用計(jì)算確定張拉所需鋼絞線數(shù)量，之后在適當(dāng)位置布設(shè)鋼絞線，并做好張拉、錨固作用，隨后將輕質(zhì)土材料回填到橋臺(tái)臺(tái)后，為防止鋼絞線張拉過程中，因側(cè)墻部分位置受力較大，而壓碎混凝土，需在側(cè)墻外側(cè)澆筑混凝土墊梁上錨固鋼絞線，以此實(shí)現(xiàn)應(yīng)力集中減小的作用。

本文橋臺(tái)選取20m寬度，16m高度，22m為側(cè)墻長(zhǎng)度，加固施工中需將一排～三排鋼絞線布設(shè)到橋臺(tái)側(cè)墻位置，每排對(duì)拉8根。加固時(shí)，將大大降低橋臺(tái)最大第一主拉應(yīng)力值，且在不斷增加鋼絞線排數(shù)的同時(shí)，將大大增加最大第一主拉應(yīng)力值的降低幅度，在橋臺(tái)側(cè)墻對(duì)拉鋼絞線時(shí)，可有效降低橋臺(tái)高度范圍內(nèi)的第一主拉應(yīng)力值，其變化如表2所示。

由此可見，橋臺(tái)加固法選用橋臺(tái)側(cè)墻布設(shè)對(duì)拉鋼絞線時(shí)，與不設(shè)置鋼絞線情況相比，橋臺(tái)最大第一主拉應(yīng)力值降低較為顯著。在對(duì)拉鋼索數(shù)量增加時(shí)，將增大橋臺(tái)最大第一主拉應(yīng)力值降低的幅度，因此，以3排作為橋臺(tái)側(cè)墻鋼索設(shè)置排數(shù)時(shí)，20%為其最大第一主拉應(yīng)力值減小率。

2.3 基礎(chǔ)壓漿加固法

因橋臺(tái)位置地基承載力較差，且在車輛荷載長(zhǎng)期作用下，不均勻沉降極易產(chǎn)生于橋臺(tái)地基，該問題廣泛產(chǎn)生于軟土地基。此時(shí)可選取壓漿法進(jìn)行加固。其優(yōu)勢(shì)在于無需中斷交通，且能夠大大提升壓漿后地基承載力，具有良好加固效果。

加固過程中，通常以靜壓注漿為主，是指按照液壓、氣壓等原理，在管道輸送下把漿液向基礎(chǔ)內(nèi)緩緩灌入，松散土粒在注漿液作用下能使構(gòu)成一個(gè)整體。除此之外，還可選取高壓噴射注漿法施工，要求注漿管道在鉆機(jī)輔助下向相應(yīng)位置運(yùn)送，隨后通過高壓設(shè)備進(jìn)行漿液噴射，在高壓作用下漿液能夠獲取極大沖力，以此沖擊土粒，保證土體充分結(jié)合漿液，構(gòu)成一個(gè)整體，進(jìn)而達(dá)到地基基礎(chǔ)加固的作用。

3 結(jié)束語

綜上所述，自改革開放以來，我國(guó)路橋工程發(fā)展迅猛，為滿足日益增多的交通量需求，必須重視橋梁工程施工質(zhì)量。重力式U型橋臺(tái)是最常見的橋臺(tái)形式之一，因多種因素的影響，病害問題愈加嚴(yán)重，為此，必須采取科學(xué)、合理的加固技術(shù)，全面提升工程質(zhì)量。

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