預(yù)應(yīng)力框架技術(shù)在加固圬工橋臺側(cè)墻上的應(yīng)用

雪彥鵬

（重慶中信滬渝高速公路有限公司 重慶 401147）

預(yù)應(yīng)力框架技術(shù)在加固圬工橋臺側(cè)墻上的應(yīng)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(cè)墻開裂及外鼓的病害特征，提出了一種鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力框架加固技術(shù)。該技術(shù)是通過在橋臺兩側(cè)側(cè)墻上現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架來提高側(cè)墻整體性，并達(dá)到避免側(cè)墻豎向裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展的目的。并通過橋臺兩側(cè)張拉預(yù)應(yīng)力來達(dá)到阻止側(cè)墻繼續(xù)向兩側(cè)外鼓的趨勢。實(shí)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(shè)計及施工實(shí)踐提供參考。

圬工橋臺；側(cè)墻；加固；預(yù)應(yīng)力

引言

橋臺作為橋梁的下部結(jié)構(gòu)，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(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)和取材方便等特點(diǎn)，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(qū)，更是被廣泛應(yīng)用，因此公路橋梁中普遍采用的都是漿砌（塊）片石結(jié)構(gòu)的橋臺。

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及運(yùn)輸物流業(yè)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(xiàn)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(xiàn)象，危及橋梁壽命與交通安全，急需進(jìn)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(jié)構(gòu)的特殊性以及病害表現(xiàn)的復(fù)雜性，該方法的加固效果不太理想，且因其應(yīng)用范圍限制，也很難達(dá)到理想的效果。然而若要直接拆除橋臺側(cè)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(jīng)濟(jì)、科學(xué)的橋臺側(cè)墻加固技術(shù)具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 預(yù)應(yīng)力加固橋臺側(cè)墻技術(shù)簡介

分析圬工橋臺的受力特點(diǎn)，調(diào)查其病害位置及嚴(yán)重程度，根據(jù)加固整治要求，合理確定加固點(diǎn)位置，在橋臺側(cè)墻上增設(shè)鋼筋混凝土框架，通過錨桿使側(cè)墻與框架穩(wěn)固連接，增強(qiáng)側(cè)墻整體性。張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線，阻止側(cè)墻繼續(xù)外鼓。如圖1。其實(shí)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(yù)應(yīng)力錨索張拉、鎖定。

2 加固技術(shù)原理分析

2.1 破壞機(jī)理分析

砌體是結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用廣泛的一種二相復(fù)合材料，與其它主要結(jié)構(gòu)材料相比，其物理性質(zhì)更加不均勻。砌石橋臺側(cè)墻在填土自重及外荷載作用下會發(fā)生臺身開裂、外傾等病害。橋臺側(cè)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(qiáng)度破壞面示意圖

圖3 橋臺側(cè)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(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，當(dāng)填土中某點(diǎn)由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時，土就會沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對滑動，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。所以，橋臺填土的強(qiáng)度破壞將造成對墻體過大的側(cè)向土壓力，如圖3。

2.2 加固機(jī)理分析

因這種夾于兩面?zhèn)葔﹂g的填土有別于常規(guī)擋土墻后的填土，故采用靜止土壓力進(jìn)行計算。因側(cè)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(diǎn)距底面的高度；G為單位長度上側(cè)墻自重；W0作用點(diǎn)距底面中心點(diǎn)的距離；h2是側(cè)墻自重作用點(diǎn)距底面中心點(diǎn)的距離。

由上述計算可驗(yàn)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(shè)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每層鋼絞線距離側(cè)墻底部的高度為li。預(yù)應(yīng)力鋼絞線在單位長度上會產(chǎn)生拉力T。因?yàn)榧庸毯髮Φ酌嫫木囹?yàn)算相應(yīng)也要計入不同高度上預(yù)應(yīng)力鋼絞線在單位長度上產(chǎn)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(wěn)定系數(shù)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(xiàng)計算結(jié)果可明顯看出，通過預(yù)應(yīng)力框架加固技術(shù)加固橋臺側(cè)墻，可以有效減小偏心距，并增大繞墻趾的傾覆穩(wěn)定系數(shù)，從而增加橋臺側(cè)墻在填土自重和外荷載作用下對橋臺側(cè)墻的壓力作用下的穩(wěn)定和安全性。

3 工程應(yīng)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(xiàn)場勘察，發(fā)現(xiàn)主拱存在以下嚴(yán)重病害：某方向橋臺上下游兩側(cè)墻均出現(xiàn)鼓凸現(xiàn)象，平均鼓凸量為5cm；同側(cè)橋臺下游側(cè)墻距離拱腳5m處側(cè)墻豎向開裂，裂縫長5m。

3.2 加固方案實(shí)施

對該橋，針對其病害，進(jìn)行了加固方案比選，最終采納對橋臺側(cè)墻實(shí)行預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土框架技術(shù)，局部病害處補(bǔ)強(qiáng)的綜合加固方法。

按照上述計算方法，經(jīng)過計算，可知加固前后的計算結(jié)果（見表1）。

表1

4 結(jié)論

綜合分析，本文加固技術(shù)相比傳統(tǒng)的側(cè)墻加固方法，如灌漿法、壁可法及拆除橋臺側(cè)墻外鼓部分等具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）工期短，費(fèi)用低，維修加固工序之間可以連續(xù)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(yè)，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(shí)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(yùn)行一年多，狀態(tài)依然良好，各項(xiàng)工程指標(biāo)均滿足使用要求，未見異常病害出現(xiàn)，表明本文的加固技術(shù)是有效的，可為同類橋臺的維修加固提供設(shè)計方案及實(shí)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(jiān)理工程師，主要從事公路橋梁工程施工、監(jiān)理以及高速公路項(xiàng)目管理工作。

余詠梅

施工經(jīng)驗(yàn)