樁柱式橋墩病害表現及加固設計應用

趙一波，蘇文明，郝林霞

（1.山東高速工程檢測有限公司，山東 濟南 250002；2.山東廣信工程試驗檢測集團有限公司，山東 濟南 250002）

引言

隨著我國交通運輸事業的蓬勃發展，“十四五”期間又將迎來高速公路建設黃金期，對交通土建的建設速度及質量控制提出了更高的要求。樁柱式橋墩由于不需要澆筑大體積承臺，減小了施工空間且施工工藝簡單，尤其是應用于小跨徑裝配式T型梁、小箱梁等自重較小的上部結構，得到了有效地推廣。與此同時，針對此種較為普遍的下部結構型式，養護過程中的病害識別及加固處理變成一項比較重要的任務。

樁柱結合部受樁柱不同心、結合部鋼筋連接不規范、樁頭處理不當等內因影響，及受河道沖刷、橋面重載等外因影響，結合部一旦出現損傷，易出現基礎沉降、墩柱傾斜、梁體偏位等表現病害。加固設計應根據墩柱、蓋梁病害嚴重程度，宜采用頂升梁體、更換蓋梁及墩柱的方案或頂升蓋梁、更換墩柱的方案或借助現有樁基施工承臺頂升蓋梁或主梁的加固方案[2]。

1 病害表現

1.1 橋梁概況

德上高速洙趙新河大橋左幅橋為2×（5×25）m的預應力混凝土小箱梁，先簡支后結構連續，橋面全寬28 m。下部結構為雙柱式橋墩、摩擦樁基礎，肋板式橋臺、摩擦樁基礎，采用板式橡膠支座。設計荷載：公路-Ⅰ級（2004）。于2016年建成通車。

1.2 現場調查病害綜述

（1）6-1#墩柱（外側墩柱）與樁基相對偏位，結合部混凝土松散，主筋彎曲；（2）6-1#墩柱，距頂部0～3 m范圍內，16條斜向裂縫，寬度為0.15～0.8 mm；6#墩蓋梁底面、高低樁號側，多條斜向裂縫，寬度為0.1～0.6 mm；（3）6#墩蓋梁縱橋向，外側向小里程偏位6.8 cm，內側向小里程偏位1.2 cm外，呈扭轉形態；（4）6#跨主梁，5#墩頂位置，整體向外側偏位5.5 cm；5#墩頂支座向外側剪切約45°，6#墩頂支座向內側剪切約30°；（5）結構出現永久性變形，構件出現結構性裂縫，左幅橋總體技術狀況按重要部件最差評定為五類[1]。橋型布置見圖1～圖4。

圖1 樁柱結合部混凝土松散、主筋彎曲

圖2 6-1#墩柱、蓋梁斜向裂縫

圖3 5#墩頂主梁向外側偏位

圖4 5#墩頂支座剪切

1.3 成因分析

（1）柱狀結合部樁頭處理不當，混凝土質量較差，受河流周期性沖刷及橋面重載等影響，導致墩柱下沉，產生扭矩，主應力達到混凝土抗拉強度，致使橋墩及蓋梁斜向裂縫。（2）墩柱下沉，致使6#墩蓋梁向外側偏位及下沉，6#墩頂梁體相對滯后，向內側偏位，支座向內側剪切，5#墩頂向外側偏位，支座向外側剪切。（3）采用Midas建立有限元模型，模擬墩柱沉降工況，結構變形與實際情況類似，外側墩柱高樁號側受拉，最大拉應力4 MPa，與實際墩柱裂縫分布位置基本對應。有限元模型及應力云圖見圖5、圖6。

圖5 6-1#墩柱沉降工況結構變形

圖6 6-1#墩柱沉降工況墩柱應力云圖

2 加固設計

2.1 方案一（鋼管樁+貝雷梁支撐小箱梁）

本方案在6#橋墩兩側適當位置新增鋼管樁作為支撐基礎，單側鋼管樁在順橋向為兩排，鋼管樁頂通過雙支H型鋼形成支撐平面，支撐平面放置千斤頂用于梁體頂升，千斤頂位于箱梁腹板下部，橫橋向每排設置8個，千斤頂上設置貝雷梁支撐小箱梁，可采用枕木設置與貝雷梁與小箱梁間，以滿足橫坡要求。方案一設計見圖7。

圖7 方案一（鋼管樁+貝雷梁支撐小箱梁）設計

由于此方案需進行體系轉換，由原來的單支點支撐改為兩點支撐，結構驗算結果見表1。

表1 方案一結構驗算統計

2.2 方案二（鋼管樁+貝雷梁支撐蓋梁）

本方案在6#橋墩兩側適當位置新增鋼管樁作為支撐基礎，單側鋼管樁在順橋向為三排，鋼管樁頂通過雙支H型鋼形成支撐平面，支撐平面放置千斤頂用于梁體頂升，千斤頂放置鋼板以及穿過蓋梁底貝雷梁，為滿足橫坡要求，可采用枕木或其他措施調整橫坡[4]。方案二設計見圖8。

2.3 方案三（承臺+鋼管立柱支撐蓋梁）

以原橋墩兩樁基為支撐點，在原樁頭以下2.5 m澆筑平面尺寸為11.8 m×2.4 m厚2 m的承臺，承臺頂面設置鋼管立柱支撐蓋梁，鋼管立柱通過法蘭盤與承臺連接，每片小箱梁下設置兩個鋼管立柱[3]。方案三設計見圖9。

圖9 方案三（承臺+鋼管立柱支撐蓋梁）設計/cm

2.4 方案比選

三種方案優缺點及綜合對比見表2。

表2 方案比選

橋梁采用方案二進行加固，加固過程中支承蓋梁后開放橋面交通，減小了通行壓力，結構安全可靠。

3 結語

（1）由于樁柱式橋墩為下部結構型式，如果出現扭轉裂縫、墩柱傾斜、梁體偏位等表現病害，應主要考慮樁柱結合部質量缺陷所致，需及時開挖樁基復核病害。（2）確認結合部病害后，采用頂升蓋梁更換墩柱的加固設計方案，可確保不轉換結構體系，滿足保通要求。