湯 浩
(中交基礎設施養(yǎng)護集團有限公司,北京 100011)
U型橋臺是我國公路大多數(shù)橋梁橋臺經(jīng)常使用的結構形式,其構造相對簡單,底部受力面積大,產(chǎn)生的應力比較小,材料可以用混凝土以及塊石砌筑,填土比較高和跨徑稍大的橋梁經(jīng)常使用此結構形式的橋臺。
文章針對湖北某高速2座U型橋臺的橋梁病害情況展開分析,并對加固后的橋臺進行了復測,為后期的養(yǎng)護工作順利開展提供了指導。
1#橋全長592.8m,采用4×28m+3×34m預應力混凝土等截面連續(xù)箱梁,箱梁為單箱單室截面,頂寬12.0m、底寬6.5m、兩側翼緣寬2.75m,橋面為單向5%的橫坡,箱梁中心處梁高1.8m。橋臺均采用U型橋臺、擴大基礎。橋臺處設置80型異型鋼單縫式伸縮裝置,支座采用GPZ(Ⅱ)4SX和GPZ(Ⅱ)4DX盆式橡膠支座。
2#橋全長165.60m,采用5×30m五跨一聯(lián)預應力混凝土連續(xù)箱梁,橋面為單向-2%的橫坡,箱梁第1~4跨為單箱單室截面,第5跨為單箱雙室截面。橋臺均采用U型橋臺、擴大基礎。橋臺處設置80型異型鋼單縫式伸縮裝置,支座采用GPZ(Ⅱ)5SX和GPZ(Ⅱ)5DX盆式橡膠支座。
1#橋7號臺共有12條豎向裂縫,長度為0.5~8m、寬度為1~15mm,超過10mm的有1條,裂縫寬度為15mm、裂縫深度為465mm,裂縫深度已經(jīng)超過保護層厚度,具體如表1所示。
2#橋5號臺共有4條豎向裂縫,長度為2.6~5m、寬度為2~15mm,超過10mm的有2條,裂縫寬度均為15mm、裂縫深度分別為538mm、514mm,裂縫深度已經(jīng)超過保護層厚度,具體位置如表2所示。
從病害可以明顯看出,橋臺裂縫主要為豎向裂縫,且很多裂縫寬度較寬。
以上2座橋橋臺結構形式均為U型橋臺,橋臺裂縫均較寬,裂縫寬度超過10mm的裂縫其裂縫深度已經(jīng)超過保護層厚度,造成此類病害的原因可以歸納為以下幾個方面。
(1)U型橋臺有一個比較大的缺點就是橋臺往往是封閉的,這就會造成填土比較容易積水。該項目橋區(qū)位于長江中游和上游的結合區(qū)域、湖北省的西部,處在秦巴山脈與武陵山脈向江漢平原的過渡地帶;屬亞熱帶季風性濕潤氣候,四季分明,春秋較長;年平均降水量為992.1~1404.1mm,降雨往往比較集中,夏季是一年中降雨最多的時段,也常伴有暴雨、大風、冰雹等天氣。而該項目的橋臺兩側都沒有安裝排水孔道,這會造成橋臺內部的水排不出去,且該項目的橋臺填土都是采用的黏性土,所以填土使得內部的內摩擦角比較大,導致產(chǎn)生的土側壓力比較大,進而可能造成前墻或側墻的向外傾覆,橋臺裂縫也就隨之產(chǎn)生。
表1 1#橋7號橋臺病害表
表2 2#橋5號橋臺病害表
(2)這2座橋臺的高度都比較高,造成橋臺后面的填土高度加高,在較大的荷載壓力作用下,就會引起橋臺的抵抗力不夠,從而使橋臺產(chǎn)生裂縫。
(3)橋臺因填土的質量較差,或在施工過程中壓實度不夠,在雨水的長期侵蝕下,填土就可能會產(chǎn)生不均勻的沉降,進而會造成橋臺的側墻與前墻相交處產(chǎn)生裂縫。
(4)在臺內填土或者鋪筑路面時,往往會采用重型壓路機進行碾壓,這就有可能造成橋臺側墻向外傾斜甚至產(chǎn)生變形,進而會產(chǎn)生橋臺裂縫。因此在橋臺填土最好選用較輕質的材料,同時也要做好排水工作。
(5)如果臺后的土壓力比較大,而且施工過程中質量沒有得到很好的控制,結構設計尺寸在設計過程考慮不周,如橋臺高度太高、橋臺寬度太大,在此基礎上一旦恒載過大,就可能造成傾覆力矩大于抗傾覆力矩,導致橋臺產(chǎn)生裂縫。
(6)橋臺基礎在施工過程中質量控制不到位,在長期雨水侵蝕下,可能會發(fā)生不均勻沉降,造成橋臺側墻前傾或者后傾,進而橋臺產(chǎn)生裂縫。
(1)對超寬裂縫的處理,首先應該布置永久性觀測點觀察裂縫的開展情況:放一把鋼尺橫跨裂縫兩側,裂縫一側與墻體用膠粘死,另外一側是自由端,自由端上方粘一把鋼尺,這樣當裂縫開展的時候,通過刻度尺的距離變化即可觀測到裂縫的開展情況。另外,應該測量橋臺垂直度,觀察橋臺支座剪切變形情況以及路面沉降情況,以便更好地判斷裂縫的成因。
(2)觀察裂縫開展情況。如果裂縫沒有開展,可以進行裂縫修補處理,如表面封閉修補法、壓力注漿修補法。如果裂縫有開展,可以采取以下加固措施:①可以在橋臺側墻之間穿預應力鋼束,施加預應力抵抗對側墻的土壓力。為了抵抗錨固處的局部壓力,可以在側墻外設混凝土框架墻,將錨固位置墻體換成高強混凝土,同時分散錨固點。②用鋼板把前墻和側墻做整體包圍結構。③沿著裂縫兩側用鋼板把裂開的兩側側墻錨固在一起。
通過在裂縫兩側布置觀測點,發(fā)現(xiàn)裂縫寬度有較小的增加,在這種情況下,基本認定應對橋臺進行加固,故管理處決定對橋臺進行加固。對1#橋7號橋臺和2#橋5號橋臺進行了加固維修,加固方式為在橋臺的側墻及前墻進行粘貼鋼板加固,加大橋臺整體剛度,限制裂縫繼續(xù)開展,并對鋼板進行防腐處理。
對加固后的橋臺進行了復測,從檢測結果來看,粘貼鋼板加固基本實現(xiàn)了對既有病害的修復以及抑制了病害發(fā)展,加固位置處未見新病害,但是同時也出現(xiàn)了以下問題。
(1)加固鋼板出現(xiàn)生銹情況。在鋼板表面局部出現(xiàn)銹蝕,由于湖北處于多雨地帶,因此鋼板防銹處理成為了一個關鍵。
(2)未加固部分出現(xiàn)開裂。粘貼鋼板對于抑制橋臺的開裂有積極作用,但是由于并未對整個橋臺進行加固,導致新裂縫開展。不過新開展裂縫數(shù)量較少,裂縫寬度較細,深度在規(guī)范允許范圍內。
因此,應加大巡查力度,一旦發(fā)現(xiàn)病害擴展跡象明顯和鋼板銹蝕嚴重,及時處理,防止出現(xiàn)鋼板強度削弱導致對橋臺裂縫的約束減弱,進而增加病害嚴重程度。
U型橋臺是我國橋梁常用結構形式,但是由于一些局限性,該種結構形式也容易出現(xiàn)一些典型病害,即橋臺豎向裂縫。為了避免典型病害的出現(xiàn),在設計和施工過程中都應認真謹慎,完善設計理念,應從不同方面來印證設計的合理性以及安全性,為橋臺的質量安全提供保障。另外,在施工過程中,應提高施工質量,按照規(guī)范嚴格施工,及時發(fā)現(xiàn)在施工過程中的問題,并和設計部門進行溝通,從而完善設計。對于大體積混凝土,應關注重要施工節(jié)點,注意施工工序,不要冒進,按照規(guī)范要求對混凝土進行養(yǎng)護,以免出現(xiàn)干縮裂縫。后期管養(yǎng)單位在養(yǎng)護過程中,如由于一些特殊原因,病害已經(jīng)形成,管養(yǎng)單位應重視并及時處理,避免病害進一步惡化,造成不可彌補的損失。處理方法應咨詢專業(yè)隊伍,提出可行的方案,以免結構得不到良好地修復??傊还茉谠O計階段、施工階段還是養(yǎng)護階段,都應該仔細、認真、負責,為橋梁的質量提供可靠的保障。