预应力框架技术在加固圬工桥台侧墙上的应用

雪彦鹏

（重庆中信沪渝高速公路有限公司 重庆 401147）

预应力框架技术在加固圬工桥台侧墙上的应用

雪彦鹏

（重庆中信沪渝高速公路有限公司 重庆 401147）

本文针对浆砌片石桥台侧墙开裂及外鼓的病害特征，提出了一种钢筋混凝土预应力框架加固技术。该技术是通过在桥台两侧侧墙上现浇钢筋混凝土框架来提高侧墙整体性，并达到避免侧墙竖向裂缝的进一步扩展的目的。并通过桥台两侧张拉预应力来达到阻止侧墙继续向两侧外鼓的趋势。实践证明，该方法能有效治理砌石桥台常见病害，可为同类桥台的加固与维修设计及施工实践提供参考。

圬工桥台；侧墙；加固；预应力

引言

桥台作为桥梁的下部结构，是桥梁的重要组成部分，起着支挡台后路基填土并把桥跨与路基连接起来的作用。片石由于其抗压强度高、稳定性强和取材方便等特点，在我国常被用作建筑砌体材料，尤其在片石丰富的西南地区，更是被广泛应用，因此公路桥梁中普遍采用的都是浆砌（块）片石结构的桥台。

近年来，随着我国经济的迅速发展以及运输物流业的日渐繁荣，道路车辆日趋繁忙，再加上超载超速等因素的影响，浆砌片石桥台频繁出现不同程度的台身开裂、砌体倾斜以及砌体砂浆剥落等病害现象，危及桥梁寿命与交通安全，急需进行维修加固。以往，工程上对砌石桥台维修加固普遍采取的是向地基持力层灌浆和“壁可法”封闭裂缝来处治。但是，由于砌石桥台自身散粒结构的特殊性以及病害表现的复杂性，该方法的加固效果不太理想，且因其应用范围限制，也很难达到理想的效果。然而若要直接拆除桥台侧墙开裂和外鼓部分重新砌筑，一方面耗资较大，另一方面需中断交通，影响人们正常的工作、生活。探索安全、经济、科学的桥台侧墙加固技术具有积极的现实意义。

1 预应力加固桥台侧墙技术简介

分析圬工桥台的受力特点，调查其病害位置及严重程度，根据加固整治要求，合理确定加固点位置，在桥台侧墙上增设钢筋混凝土框架，通过锚杆使侧墙与框架稳固连接，增强侧墙整体性。张拉预应力钢绞线，阻止侧墙继续外鼓。如图1。其实施工步骤如下：孔位放线→成孔→锚索制作与安放→成孔注浆→钢筋混凝土圈梁施工→预应力锚索张拉、锁定。

2 加固技术原理分析

2.1 破坏机理分析

砌体是结构工程中应用广泛的一种二相复合材料，与其它主要结构材料相比，其物理性质更加不均匀。砌石桥台侧墙在填土自重及外荷载作用下会发生台身开裂、外倾等病害。桥台侧墙在填土自重和外荷载作用下土体会沿破坏面破坏，如图2。

图2 桥台填土强度破坏面示意图

图3 桥台侧静止土压力示意图

作用在单位长度上的静止土压力为和土楔体自重的合力。填土在外荷载作用下土体中将产生剪应力和剪切变形，当填土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就会沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。所以，桥台填土的强度破坏将造成对墙体过大的侧向土压力，如图3。

2.2 加固机理分析

因这种夹于两面侧墙间的填土有别于常规挡土墙后的填土，故采用静止土压力进行计算。因侧墙墙背是倾斜的，作用在单位长度上的静止土压力为水平静止土压力E0和背面上土体自重W0的合力,如图3所示。

在自重以及外荷载作用下距底面中心的偏心距为

式中:z是E0作用点距底面的高度；G为单位长度上侧墙自重；W0作用点距底面中心点的距离；h2是侧墙自重作用点距底面中心点的距离。

由上述计算可验算在组合工况Ⅰ下e是否满足要求。

2.3 加固计算

在钢筋混凝土框架上布设预应力钢绞线，每层钢绞线距离侧墙底部的高度为li。预应力钢绞线在单位长度上会产生拉力T。因为加固后对底面偏心距验算相应也要计入不同高度上预应力钢绞线在单位长度上产生的拉力T的作用，所以在自重以及外荷载作用下距底面中心的偏心距为

从式中可以明显看出加固后的底面偏心距会明显小于加固前偏心距的值。

同理在计算绕墙趾的倾覆稳定系数时也同样要计入TΣli

同样可以看出k值较加固前会增大。由此上两项计算结果可明显看出，通过预应力框架加固技术加固桥台侧墙，可以有效减小偏心距，并增大绕墙趾的倾覆稳定系数，从而增加桥台侧墙在填土自重和外荷载作用下对桥台侧墙的压力作用下的稳定和安全性。

3 工程应用

3.1 工程概况

重庆市某桥，桥长31m，桥面净宽5.4m。对该桥现场勘察，发现主拱存在以下严重病害：某方向桥台上下游两侧墙均出现鼓凸现象，平均鼓凸量为5cm；同侧桥台下游侧墙距离拱脚5m处侧墙竖向开裂，裂缝长5m。

3.2 加固方案实施

对该桥，针对其病害，进行了加固方案比选，最终采纳对桥台侧墙实行预应力钢筋混凝土框架技术，局部病害处补强的综合加固方法。

按照上述计算方法，经过计算，可知加固前后的计算结果（见表1）。

表1

4 结论

综合分析，本文加固技术相比传统的侧墙加固方法，如灌浆法、壁可法及拆除桥台侧墙外鼓部分等具有以下优点：

（1）工期短，费用低，维修加固工序之间可以连续施工。

（2）施工简单，工序简明，可在不中断交通的情况下通过限速限载完成加固作业，对周边人群的日常生活影响较小。

（3）加固效果显著，多座砌石桥台的维修加固实践中已取得了良好效果。至本文完稿时为止，加固的桥台已运行一年多，状态依然良好，各项工程指标均满足使用要求，未见异常病害出现，表明本文的加固技术是有效的，可为同类桥台的维修加固提供设计方案及实践参考。

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

雪彦鹏（1972-），男，高级工程师，交通部注册监理工程师，主要从事公路桥梁工程施工、监理以及高速公路项目管理工作。

余咏梅

施工经验