軟基條件下橋臺(tái)病害機(jī)理分析及處治

何偉南　蘆杰　何建勝

【摘 要】軟土地基修建交通基礎(chǔ)設(shè)施，會(huì)存在道路的沉降、橋梁的開裂、橋臺(tái)推移變位等問題，直接影響行車的安全，筆者提出臺(tái)背換填輕質(zhì)材料來減少地基沉降，并且要求該輕質(zhì)材料有良好的整體性和直立性來解決臺(tái)后路堤的自身壓縮和減輕路堤對(duì)橋臺(tái)的推擠。結(jié)合筆者的多年研究和工程實(shí)踐，推薦采用泡沫混凝土、泡沫珠混凝土、EPS塊體材料換填。

【關(guān)鍵詞】軟基；臺(tái)背換填；輕質(zhì)材料

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的道路交通發(fā)展迅速，在軟土地基修建交通基礎(chǔ)設(shè)施，會(huì)存在道路的沉降、橋梁的開裂、橋臺(tái)推移變位等問題，直接影響行車的安全，其中一個(gè)共性問題是，只要采用臺(tái)后擋墻的橋梁，橋臺(tái)處的立柱或蓋梁均出現(xiàn)了不同程度的病害，如立柱的環(huán)狀裂縫、蓋梁的縱向貫通裂縫、臺(tái)帽開裂、整個(gè)橋臺(tái)的前傾等病害，嚴(yán)重的直接導(dǎo)致橋梁倒塌，威脅著交通和生命安全。

1 臺(tái)后擋墻引起的病害的機(jī)理及土壓力計(jì)算

病害原因：橋臺(tái)臺(tái)后填筑高度高于路基填筑高度，形成較大的填筑荷載，同時(shí)在車輛荷載的作用下，軟土地基形成向前滑動(dòng)面，荷載直接作用在擋墻上，擋墻將大部分的擠推力作用在樁柱橋臺(tái)上（實(shí)際上放大了水平推力），由于樁柱式橋臺(tái)抗水平推力能力低，當(dāng)水平擠推力達(dá)到一定程度時(shí)，必然導(dǎo)致樁柱式橋臺(tái)的各種病害。

蓋梁設(shè)計(jì)往往按照豎向荷載產(chǎn)生效應(yīng)進(jìn)行極限和使用狀態(tài)的配筋設(shè)計(jì)，立面抗扭鋼筋配置很少，再加上臺(tái)后擋墻推力直接作用在蓋梁上，蓋梁在靠河側(cè)形成彎矩。在水平荷載及在樁柱和上部結(jié)構(gòu)的約束作用下，蓋梁立面受彎，亦出現(xiàn)裂縫，如圖3所示。

2 橋臺(tái)病害的處治措施

2.1 臺(tái)背換填

我國學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)解決橋臺(tái)病害問題已經(jīng)提出了各種各樣的處治措施，并取得了一定的成效，但考慮到對(duì)路橋過渡段處治后盡量減少對(duì)橋臺(tái)的影響，并且盡量做到高效和經(jīng)濟(jì)。筆者認(rèn)為，對(duì)于已建橋梁而言，通車多年地基已經(jīng)趨于穩(wěn)定，并且基于新建工程盡管花了很大代價(jià)進(jìn)行地基處理，但仍然無法解決橋頭跳車問題，所以盡量對(duì)地基不再作處理。為此，筆者提出臺(tái)背換填輕質(zhì)材料來減少地基沉降，并且要求該輕質(zhì)材料有良好的整體性和直立性來解決臺(tái)后路堤的自身壓縮和減輕路堤對(duì)橋臺(tái)的推擠。結(jié)合筆者的多年研究和工程實(shí)踐，推薦采用泡沫混凝土、泡沫珠混凝土、EPS塊體材料換填。

2.1.1 臺(tái)背換填開挖長度的確定

如圖4所示，路橋過渡段處治長度主要由橋臺(tái)與路堤頂面的工后差異沉降量和不產(chǎn)生跳車的容許坡降決定。一般來說，容許差異沉降量大，其處理長度相應(yīng)會(huì)短，容許差異沉降量小，其處理長度相應(yīng)會(huì)長。據(jù)有關(guān)研究資料表明：要求不產(chǎn)生橋頭跳車，橋臺(tái)與穩(wěn)定段路基的坡度應(yīng)控制在4‰～6‰以內(nèi)時(shí)。路橋過渡段處治長度L可按式（1）計(jì)算：

按上式計(jì)算出的長度L為16.7～25m，路橋過渡段實(shí)際處治長度可確定為15～25m，并且根據(jù)公路等級(jí)適當(dāng)選取，公路等級(jí)低取小值，公路等級(jí)高取大值。

2.1.2 臺(tái)背輕質(zhì)材料換填開挖深度的確定

臺(tái)后路堤換填輕質(zhì)材料的設(shè)計(jì)思路是：為避免地基產(chǎn)生沉陷或側(cè)向流動(dòng)，將地基開挖一定深度，卸除一部分地基的自重應(yīng)力，并將輕質(zhì)材料作為填料換填在地基上，以減少附加應(yīng)力。

下以換填EPS塊體為例，軟土地基開挖深度的確定如圖5所示，根據(jù)應(yīng)力補(bǔ)償原則，開挖的軟土地基土重量應(yīng)大于或等于開挖后填筑的EPS層、鋼筋混凝土板、路面結(jié)構(gòu)和車輛荷載的重量之和，按式（2）確定軟土地基開挖深度D。

2.2 橋臺(tái)病害的加固措施

2.2.1 橋臺(tái)蓋梁豎向開裂

橋臺(tái)蓋梁出現(xiàn)豎向裂縫，是由于臺(tái)后填土產(chǎn)生的土壓力引起的，屬于前期設(shè)計(jì)針對(duì)軟土地基所采用的橋臺(tái)形式不合理造成，處治這種病害往往代價(jià)很高，根據(jù)多年的處治經(jīng)驗(yàn)建議如下：如果單是橋臺(tái)蓋梁出現(xiàn)開裂，裂縫基本穩(wěn)定情況下，采用蓋梁側(cè)面粘貼數(shù)道鋼板加固，即補(bǔ)強(qiáng)蓋梁水平抗彎能力。

2.2.2 橋臺(tái)立柱環(huán)向開裂

橋臺(tái)臺(tái)后填筑高度高于原地面時(shí)，容易產(chǎn)生較大的填筑荷載，并且在車輛荷載的作用下，軟土地基易形成向前滑動(dòng)面，臺(tái)后土壓力直接作用在擋墻上，擋墻將大部分的擠推力作用在樁柱橋臺(tái)上。由于樁柱式橋臺(tái)抗水平推力能力低，當(dāng)水平擠推力達(dá)到一定程度時(shí)，必然導(dǎo)致樁柱式橋臺(tái)的各種病害，如橋臺(tái)立柱橫向開裂等。處治建議：適當(dāng)開挖，并采用外包鋼筋混凝土加固，增加的厚度為15cm左右。

3 結(jié)語

本文通過對(duì)橋臺(tái)病害機(jī)理分析，完成了臺(tái)后擋墻引起病害的土壓力計(jì)算。對(duì)橋臺(tái)病害處治，采取臺(tái)背換填及橋臺(tái)病害的加固措施。臺(tái)背換填采用泡沫混凝土、泡沫珠混凝土、EPS塊體材料換填，并計(jì)算研究換填開挖的長度和深度。橋臺(tái)病害處治主要建議采用粘貼鋼板、增大截面、外包混凝土等加固措施。

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[責(zé)任編輯：王偉平]