某U 型橋臺(tái)開(kāi)裂原因分析及處治

■巫升杰 ■三明市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福建 三明 365000

漿砌片(塊)石U 型橋臺(tái)因造價(jià)低廉、施工方便、承載能力較高等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)上世紀(jì)90 年代前采用較為廣泛，但由于施工質(zhì)量、后期養(yǎng)護(hù)等因素，橋臺(tái)開(kāi)裂、沉降、位移等現(xiàn)象較為普遍，且隨著交通荷載的不斷增大，原設(shè)計(jì)橋梁墩臺(tái)承載能力已不能滿足現(xiàn)有交通荷載等級(jí)的要求，考慮到經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、施工難度、對(duì)交通的影響等因素，目前較多采用加大截面、外包鋼、預(yù)應(yīng)力、噴射混凝土等方法進(jìn)行加固［1］，從眾多加固實(shí)例來(lái)看，基本能達(dá)到預(yù)期質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。以下對(duì)某漿砌片(塊)石U 型橋臺(tái)的開(kāi)裂原因進(jìn)行分析，并提出綜合的治理方案。

1 橋梁概況

該橋?yàn)樯鲜兰o(jì)90 年代建成并投入使用，設(shè)計(jì)荷載汽-20、掛-100。上部結(jié)構(gòu)采用20 孔跨徑16 米鋼筋混凝土空心板梁橋，板高85cm;下部結(jié)構(gòu)橋墩為柱式橋墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)為漿砌片(塊)石U 型橋臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)，硬質(zhì)亞粘土。1990 年竣工投入使用，2010 年對(duì)該橋橋面鋪裝進(jìn)行拆除，重新鋪筑橋面鋪裝和設(shè)置鋼筋混凝土護(hù)欄。

后期檢查中發(fā)現(xiàn)該橋20#橋臺(tái)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的病害。伸縮縫橡膠條脫落，雨水下滲，梁端與背墻間隙被混凝土及雜物填充，嚴(yán)重制約橋梁上部結(jié)構(gòu)的熱伸長(zhǎng);臺(tái)后上游側(cè)路面沉降嚴(yán)重，表層積水并下滲，臺(tái)體結(jié)構(gòu)內(nèi)泄水孔未見(jiàn)明顯排水跡象;橋臺(tái)側(cè)墻出現(xiàn)外移，上大下小，側(cè)墻后端出現(xiàn)45°向后下延伸的階梯型斜向裂縫，最大縫寬達(dá)5cm，墻背與前墻交接處亦出現(xiàn)向下延伸的垂直裂縫現(xiàn)象。經(jīng)養(yǎng)護(hù)人員觀察，以上病害有緩慢發(fā)展的趨勢(shì)。

2 裂縫原因分析

(1)橋臺(tái)路面排水設(shè)施不完善，雨水下滲，且臺(tái)內(nèi)泄水裝置堵塞未及時(shí)清理維護(hù)，導(dǎo)致臺(tái)腔內(nèi)積水難以排出，臺(tái)內(nèi)土水壓力增大，超過(guò)砌體所能承受側(cè)壓力，引起側(cè)墻出現(xiàn)向外側(cè)較大變形，最終導(dǎo)致側(cè)墻前后端出現(xiàn)嚴(yán)重開(kāi)裂現(xiàn)象。

(2)從開(kāi)挖出的臺(tái)腔填筑材料來(lái)看，填料質(zhì)量較差，材料透水性較差且壓實(shí)質(zhì)量為達(dá)到要求，加上重型車輛不斷增加，荷載作用下產(chǎn)生垂直下沉變形，形成基坑，重車作用下對(duì)側(cè)墻產(chǎn)生向外擠壓變形。

(3)橋梁端部伸縮縫堵塞，溫度升高時(shí)空心板伸長(zhǎng)受約束，使橋臺(tái)受到梁體傳來(lái)的較大溫度應(yīng)力，擠壓臺(tái)腔內(nèi)填料，致使臺(tái)腔填料向兩側(cè)擠出變形，引起側(cè)墻及前墻開(kāi)裂。

因漿砌片(塊)石U 型橋臺(tái)整體抗彎拉能力的限制［2］，在以上因素的綜合作用下，最終引起橋臺(tái)向外側(cè)出現(xiàn)擠出性變形，且側(cè)墻向后下方出現(xiàn)45°延伸的階梯型斜向裂縫，最大縫寬達(dá)5cm，側(cè)墻與前墻交接處亦出現(xiàn)向下延伸的垂直裂縫現(xiàn)象。

考慮到橋梁現(xiàn)狀、經(jīng)濟(jì)因素、目前的加固技術(shù)及對(duì)交通的影響程度，最終決定對(duì)該橋?qū)嵭屑庸淘O(shè)計(jì)，要求加固后承載能力達(dá)到最新公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

3 橋臺(tái)加固設(shè)計(jì)及處治

根據(jù)該橋的病害狀況及加固設(shè)計(jì)要求，對(duì)該橋采用了預(yù)應(yīng)力水平對(duì)拉錨索加固側(cè)墻、中空注漿錨桿外加鋼筋網(wǎng)噴射混凝土加固前墻、綜合排水設(shè)計(jì)等綜合治理方案，具體如下。

(1)對(duì)橋臺(tái)側(cè)墻采用錨索框架加固，如圖1 所示。利用框架結(jié)構(gòu)約束開(kāi)裂的側(cè)墻，使其形成整體結(jié)構(gòu)，并為錨索預(yù)應(yīng)力張拉提供錨固體，框架結(jié)構(gòu)通過(guò)布置在側(cè)墻上的植筋與墻體形成整體。在橋臺(tái)的兩翼側(cè)墻設(shè)置3 根橫梁3 根豎肋和1 根頂梁，橫梁、豎肋寬度為40cm，厚度為30cm，頂梁的寬度為25cm，厚度為30cm，混凝土標(biāo)號(hào)為C30，橫肋及豎肋與錐坡連接處沿錐坡做成臺(tái)階，框架格梁覆蓋側(cè)墻全部開(kāi)裂部分。

圖1 錨索框架示意圖

圖2 橋臺(tái)前墻加固示意圖

(2)采用預(yù)應(yīng)力對(duì)拉錨索使左右橋臺(tái)側(cè)墻與填料形成整體。病害范圍內(nèi)，設(shè)置3 排預(yù)應(yīng)力水平對(duì)拉錨索，沿錐坡呈階梯型分布，如圖1所示，通過(guò)對(duì)拉錨索，使橋臺(tái)本身實(shí)施自平衡，有效平衡側(cè)墻的側(cè)覆力矩，從而限制橋臺(tái)的變形;通過(guò)鉆孔注漿將鋼絞線固定于深部地層中，對(duì)側(cè)墻表面產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，從而達(dá)到加固體穩(wěn)定或限制其變形的目的。這種橋臺(tái)加固技術(shù)，最大優(yōu)勢(shì)在于占用體外空間小，對(duì)地層沒(méi)有過(guò)多要求［3］，同時(shí)該法沒(méi)有改變?cè)瓨蚪Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性，其施工工藝簡(jiǎn)單易行，是一種經(jīng)濟(jì)有效的橋臺(tái)加固方法［4］。

錨索水平向間距為2.3 米，縱向間距為2.1 米，錨索孔道采用鉆孔設(shè)施垂直于側(cè)墻沿水平方向鉆取直徑為110mm 的孔道，錨索鋼筋采用4 根直徑為15.24mm 標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860KPa 高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，單孔對(duì)拉錨固拉力為500KN，錨筋防腐采用在鋼絞線涂防腐油，外套波紋塑料管，再注水泥漿等多層防腐措施處理，對(duì)錨方向與路線垂直，框架節(jié)點(diǎn)張拉錨固點(diǎn)進(jìn)行加固處理，為確保鋼絞線順直，每間隔1～1.5 米設(shè)置一道架線環(huán)。錨具采用OVM15 錨具，鋼板采用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼(A3)，封錨采用C40 混凝土，錨孔注漿采用1:1 水泥砂漿，水灰比為0.38～0.48，注漿采用高壓注漿，注漿壓力為0.5～1.0MPa。

(3)橋臺(tái)前墻采用中空錨桿與鋼筋網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行加固，如圖2所示。錨桿穿透前墻伸入墻內(nèi)填料，并采用壓力注漿，使墻體裂隙及土體松散空間得以填充，墻體與墻前填料形成整體受力，增強(qiáng)墻體整體穩(wěn)定性，并減少臺(tái)前填料沉降;墻面采用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土對(duì)表層松散、裂隙進(jìn)行封閉，并與錨桿結(jié)構(gòu)體形成整體，進(jìn)一步增加了墻體的穩(wěn)定性。

錨桿采用直徑為25mm 的中空注漿錨桿，單根長(zhǎng)度350cm，在墻面采用梅花形布置，水平間距和豎直間距均為100cm 左右;墻面鋼筋網(wǎng)與與錨桿焊接，形成整體，外層采用20cm 厚C25 噴射混凝土覆蓋。壓力注漿在錨索框架施工后進(jìn)行，用水灰比1:0.8 的灰漿，注漿壓力0.4～0.6MPa，注漿時(shí)以壓力控制，注滿為止。注漿孔的布置應(yīng)使砌體縫隙在有效半徑以內(nèi)，采取交錯(cuò)布置，灌漿孔選在裂縫較大處。灌漿前先用壓水方法檢查灌漿咀及砌體孔隙通暢情況，注水壓力控制在0.4～0.6MPa，檢查完后用壓縮空氣將孔隙水吹擠干。

(4)清理伸縮縫梁端與背墻間的土石垃圾，以使上部梁板自由伸縮。

(5)完善地表及臺(tái)內(nèi)排水設(shè)施。臺(tái)后加設(shè)雨水井，截?cái)嗯_(tái)后路面雨水;臺(tái)內(nèi)通過(guò)注漿后鉆孔并埋設(shè)透水性排水管方式，及時(shí)排除臺(tái)內(nèi)積水。

4 加固效果分析

該橋加固后，目前已經(jīng)使用一年的時(shí)間，從管養(yǎng)單位反饋的信息可知，使用情況良好，裂縫和沉降得到了有效控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著老橋、危橋的不斷增多，對(duì)橋梁進(jìn)行加固和維修改造是節(jié)省工程造價(jià)、縮短建設(shè)周期的有效辦法，但在進(jìn)行加固的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)分析橋梁病害的產(chǎn)生原因，對(duì)癥下藥，才能起到事半功倍的效果。

［1］張勁泉.橋梁維修與加固手冊(cè)［M］.人民交通出版社，2007(5).

［2］譚曉琦.用預(yù)應(yīng)力對(duì)穿錨索方法加固高填土橋臺(tái)的工程實(shí)例［J］.公路，2008(1).

［3］方立人.預(yù)應(yīng)力錨索在圬工橋臺(tái)加固中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2012(6).

［4］吳閩西.拉桿平衡法在U 型橋臺(tái)加固中的應(yīng)用［J］.交通科技，2012(10).