某U 型桥台开裂原因分析及处治

■巫升杰 ■三明市交通规划设计院，福建 三明 365000

浆砌片(块)石U 型桥台因造价低廉、施工方便、承载能力较高等优点，在我国上世纪90 年代前采用较为广泛，但由于施工质量、后期养护等因素，桥台开裂、沉降、位移等现象较为普遍，且随着交通荷载的不断增大，原设计桥梁墩台承载能力已不能满足现有交通荷载等级的要求，考虑到经济、技术、施工难度、对交通的影响等因素，目前较多采用加大截面、外包钢、预应力、喷射混凝土等方法进行加固［1］，从众多加固实例来看，基本能达到预期质量及经济指标。以下对某浆砌片(块)石U 型桥台的开裂原因进行分析，并提出综合的治理方案。

1 桥梁概况

该桥为上世纪90 年代建成并投入使用，设计荷载汽-20、挂-100。上部结构采用20 孔跨径16 米钢筋混凝土空心板梁桥，板高85cm;下部结构桥墩为柱式桥墩、钻孔灌注桩基础，桥台为浆砌片(块)石U 型桥台，扩大基础，硬质亚粘土。1990 年竣工投入使用，2010 年对该桥桥面铺装进行拆除，重新铺筑桥面铺装和设置钢筋混凝土护栏。

后期检查中发现该桥20#桥台出现较为严重的病害。伸缩缝橡胶条脱落，雨水下渗，梁端与背墙间隙被混凝土及杂物填充，严重制约桥梁上部结构的热伸长;台后上游侧路面沉降严重，表层积水并下渗，台体结构内泄水孔未见明显排水迹象;桥台侧墙出现外移，上大下小，侧墙后端出现45°向后下延伸的阶梯型斜向裂缝，最大缝宽达5cm，墙背与前墙交接处亦出现向下延伸的垂直裂缝现象。经养护人员观察，以上病害有缓慢发展的趋势。

2 裂缝原因分析

(1)桥台路面排水设施不完善，雨水下渗，且台内泄水装置堵塞未及时清理维护，导致台腔内积水难以排出，台内土水压力增大，超过砌体所能承受侧压力，引起侧墙出现向外侧较大变形，最终导致侧墙前后端出现严重开裂现象。

(2)从开挖出的台腔填筑材料来看，填料质量较差，材料透水性较差且压实质量为达到要求，加上重型车辆不断增加，荷载作用下产生垂直下沉变形，形成基坑，重车作用下对侧墙产生向外挤压变形。

(3)桥梁端部伸缩缝堵塞，温度升高时空心板伸长受约束，使桥台受到梁体传来的较大温度应力，挤压台腔内填料，致使台腔填料向两侧挤出变形，引起侧墙及前墙开裂。

因浆砌片(块)石U 型桥台整体抗弯拉能力的限制［2］，在以上因素的综合作用下，最终引起桥台向外侧出现挤出性变形，且侧墙向后下方出现45°延伸的阶梯型斜向裂缝，最大缝宽达5cm，侧墙与前墙交接处亦出现向下延伸的垂直裂缝现象。

考虑到桥梁现状、经济因素、目前的加固技术及对交通的影响程度，最终决定对该桥实行加固设计，要求加固后承载能力达到最新公路桥梁设计规范的要求。

3 桥台加固设计及处治

根据该桥的病害状况及加固设计要求，对该桥采用了预应力水平对拉锚索加固侧墙、中空注浆锚杆外加钢筋网喷射混凝土加固前墙、综合排水设计等综合治理方案，具体如下。

(1)对桥台侧墙采用锚索框架加固，如图1 所示。利用框架结构约束开裂的侧墙，使其形成整体结构，并为锚索预应力张拉提供锚固体，框架结构通过布置在侧墙上的植筋与墙体形成整体。在桥台的两翼侧墙设置3 根横梁3 根竖肋和1 根顶梁，横梁、竖肋宽度为40cm，厚度为30cm，顶梁的宽度为25cm，厚度为30cm，混凝土标号为C30，横肋及竖肋与锥坡连接处沿锥坡做成台阶，框架格梁覆盖侧墙全部开裂部分。

图1 锚索框架示意图

图2 桥台前墙加固示意图

(2)采用预应力对拉锚索使左右桥台侧墙与填料形成整体。病害范围内，设置3 排预应力水平对拉锚索，沿锥坡呈阶梯型分布，如图1所示，通过对拉锚索，使桥台本身实施自平衡，有效平衡侧墙的侧覆力矩，从而限制桥台的变形;通过钻孔注浆将钢绞线固定于深部地层中，对侧墙表面产生预压应力，从而达到加固体稳定或限制其变形的目的。这种桥台加固技术，最大优势在于占用体外空间小，对地层没有过多要求［3］，同时该法没有改变原桥结构的基础上加强了结构的整体性，其施工工艺简单易行，是一种经济有效的桥台加固方法［4］。

锚索水平向间距为2.3 米，纵向间距为2.1 米，锚索孔道采用钻孔设施垂直于侧墙沿水平方向钻取直径为110mm 的孔道，锚索钢筋采用4 根直径为15.24mm 标准强度1860KPa 高强度低松弛预应力钢绞线制作，单孔对拉锚固拉力为500KN，锚筋防腐采用在钢绞线涂防腐油，外套波纹塑料管，再注水泥浆等多层防腐措施处理，对锚方向与路线垂直，框架节点张拉锚固点进行加固处理，为确保钢绞线顺直，每间隔1～1.5 米设置一道架线环。锚具采用OVM15 锚具，钢板采用普通碳素结构钢(A3)，封锚采用C40 混凝土，锚孔注浆采用1:1 水泥砂浆，水灰比为0.38～0.48，注浆采用高压注浆，注浆压力为0.5～1.0MPa。

(3)桥台前墙采用中空锚杆与钢筋网喷射混凝土进行加固，如图2所示。锚杆穿透前墙伸入墙内填料，并采用压力注浆，使墙体裂隙及土体松散空间得以填充，墙体与墙前填料形成整体受力，增强墙体整体稳定性，并减少台前填料沉降;墙面采用钢筋网喷射混凝土对表层松散、裂隙进行封闭，并与锚杆结构体形成整体，进一步增加了墙体的稳定性。

锚杆采用直径为25mm 的中空注浆锚杆，单根长度350cm，在墙面采用梅花形布置，水平间距和竖直间距均为100cm 左右;墙面钢筋网与与锚杆焊接，形成整体，外层采用20cm 厚C25 喷射混凝土覆盖。压力注浆在锚索框架施工后进行，用水灰比1:0.8 的灰浆，注浆压力0.4～0.6MPa，注浆时以压力控制，注满为止。注浆孔的布置应使砌体缝隙在有效半径以内，采取交错布置，灌浆孔选在裂缝较大处。灌浆前先用压水方法检查灌浆咀及砌体孔隙通畅情况，注水压力控制在0.4～0.6MPa，检查完后用压缩空气将孔隙水吹挤干。

(4)清理伸缩缝梁端与背墙间的土石垃圾，以使上部梁板自由伸缩。

(5)完善地表及台内排水设施。台后加设雨水井，截断台后路面雨水;台内通过注浆后钻孔并埋设透水性排水管方式，及时排除台内积水。

4 加固效果分析

该桥加固后，目前已经使用一年的时间，从管养单位反馈的信息可知，使用情况良好，裂缝和沉降得到了有效控制。

5 结束语

随着老桥、危桥的不断增多，对桥梁进行加固和维修改造是节省工程造价、缩短建设周期的有效办法，但在进行加固的设计过程中，应分析桥梁病害的产生原因，对症下药，才能起到事半功倍的效果。

［1］张劲泉.桥梁维修与加固手册［M］.人民交通出版社，2007(5).

［2］谭晓琦.用预应力对穿锚索方法加固高填土桥台的工程实例［J］.公路，2008(1).

［3］方立人.预应力锚索在圬工桥台加固中的应用［J］.山西建筑，2012(6).

［4］吴闽西.拉杆平衡法在U 型桥台加固中的应用［J］.交通科技，2012(10).