重力式U型桥台病害及加固技术的应用

付大国

摘要： 作为最为常见的一种桥台结构形式，重力式U型桥台在桥梁设计中应用较多，其主要通过自身的重力进行外力平衡。重力式U型桥台具有较为复杂的受力形式，特别是在自重力、汽车活载及土压力等作用下，极易产生病害，如桥台台身裂缝、基础不均匀裂缝等，这些病害的产生将对重力式U型桥台质量造成严重影响，为此必须重视桥台加固施工。本文在充分掌握重力式U型桥台病害机理的同时，提出了相应的加固方法，以期全面提升工程建设质量。

Abstract： As the most common form of abutment structure， the gravity U-shaped abutment is widely used in the design of bridges. It mainly uses its own gravity to balance the external forces. Gravity U-shaped abutments have more complex forms of stress， especially under the influence of self-gravity， vehicle live load and earth pressure， it is easily to produce diseases， such as abutment bench cracks and uneven foundation cracks. These diseases will seriously affect the quality of gravity U-shaped abutments， so it is necessary to pay attention to the construction of abutment reinforcements. In this paper， while fully grasping the mechanism of gravity-type U-shaped abutment， a corresponding reinforcement method is proposed in order to fully improve the quality of project construction.

关键词： 重力式U型桥台；病害机理；加固方法

Key words： gravity U-shaped abutment；disease mechanism；reinforcement method

中图分类号：U445.72 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0188-02

0 引言

在我国交通运输事业高速发展的今天，公路运输发展迅猛，桥梁工程作为道路交通的重要组成部分，也得到了极大的发展。但不可否认的是其弊端也正在逐渐显现。在设计、施工、材料等方面的问题，加剧了桥梁结构老化速度，进而产生了大量病害。依照结构部位的不同，可将桥梁病害分为两类，即上部结构与下部结构病害。下部结构桥台不仅是桥梁和两侧道路的连接纽带，更是工程的主要承重结构，直接关系到桥梁的运行安全。基于此，必须找出桥台结构病害原因，提高桥梁通行安全。本文以重力式U型桥台为例，在全面了解其病害原因的同时，提出了桥台加固方法，这对桥梁工程建设研究意义重大。

1 重力式U型桥台病害机理

作为桥梁主要结构之一，桥台支撑着桥梁上部结构，它利用支座传递下来的荷载，将上部结构传给地基基础。重力式桥台的主要成分包括台帽、台身、基础及侧墙。重力式桥台应用最常见的一种形式是重力式U型桥台，在平面上其前墙与两个侧墙可构成U型，因此被称为重力式U型桥台，相比其他桥台形式，其特点为构造简单、施工便捷及成本少，在填土高度8～10m或大跨度桥梁中应用较多。但在具体应用中，此类桥台具有极为复杂的受力情况，导致病害频发。典型病害类型及病害机理如下：

1.1 桥台前墙开裂

前墙开裂是重力式U型桥台的最为常见的病害类型。其病害机理包括2点，第一，作为桥台的重要承重构件，重力式U型桥台的前墙极为关键。如桥台宽度较小，通常不易产生前墙开裂现象。相反，桥台具有较大宽度时，设计中如依旧选取整体式U型桥台，且中间无变形缝设置的情况，前墙则会出现裂缝。第二，桥台基础局部地基承载力不足，具有较为严重的基础不均匀沉降问题，同时因温度具有较大变化，导致桥台前墙胀缝产生，进而有竖向裂缝产生于桥台前墙。

1.2 桥台侧墙开裂

产生桥台侧墙开裂的病害机理一般为超载问题严重，导致桥面铺装层开裂或渗水，桥台台后填土吸水饱和，进而大大增加桥台台后土压力，出现侧墙外倾开裂。或因桥台基础局部地基承载力不够，基础不均匀沉降，使桥台侧墙开裂。

1.3 桥台台后填土下沉

重力式U型桥台台后填土下沉病害主要是因为桥台台背回填土施工不规范。在施工台背回填土过程中，需一层一层地压实，各层厚度可控制在20～30cm范围内，且合理控制石料粒径，相比各层厚度，石料颗粒直径需控制在其75%左右，只有这样才提高台后填土密实度。同时，施工过程中，为赶超工期等，极易出现填土压实度不足或在桥台内直接填筑大块石等，导致通车后桥台台后填料自然沉降，而产生开裂问题。

2 重力式U型桥台加固施工技术的应用

针对桥台加固可由两点分析，其一，增强桥台薄弱部位抵抗能力；其二，降低荷载。本文在全面分析重力式U型桥台病害机理的前提下，提出了以下几种加固方法。

2.1 前墙布置锚杆加固法

因桥台台后填土下沉，而产生桥台台后路面下沉、凹陷等问题时，汽车通过桥台位置时很容易出现跳车现象，而跳车现象的出现会增加桥台所承受的汽车冲击力，如此随着汽车通过数量的增加，台背土体产生的土压力会大大增加，进而加大桥台前墙所承受的水平推力，导致外倾现象，因此加固时，如将一排或多排锚杆设置到桥台前墙内，可促使桥台成为一个整体受力。当然必须合理控制锚杆设置数量，如桥台高度较低时，锚杆数量过多，则无法提升锚杆约束前墙的能力，且过多锚杆，也会大大加重桥台重量。因此，必须在前墙合理设置锚杆，以此对桥台顺桥向位移加以有效制约。本文选取25m桥台宽度，15m桥台高度，22m侧墙长度，加固时，进行一排～四排锚杆地分别设置，不断增加锚杆设置排水，降低最大第一主拉应力值的幅度将明显增大，但下降速度却有所缓解。随着第一主拉应力值的不断减小，则可对桥台裂缝进行合理控制。为了對锚杆加固后桥台应力改变进行更为直观的分析，可由所有桥台分别将其最大第一主拉应力值取出，如表1所示。

由此可见，与不设置锚杆情况相比，桥台锚杆设置无论是多少排，其最大第一主拉应力值都有所下降，且伴随锚杆数量的增多，最大第一主拉应力值下降的幅度也会有所提升，25%为其最高值。

2.2 侧墙对拉钢绞线加固法

如重力式桥台台后填土具有较大压力，在水平土压力过大的作用下，桥台侧墙极易出现开裂现象，这种情况下，在桥台两侧侧墙之间张拉预应力钢绞线，可实现侧墙抵抗土压力能力的有效提升。重力式U型桥台选取张拉预应力钢索法加固桥台时，需先挖出台背填土，进行桥台卸载，随后修补侧墙裂缝，利用计算确定张拉所需钢绞线数量，之后在适当位置布设钢绞线，并做好张拉、锚固作用，随后将轻质土材料回填到桥台台后，为防止钢绞线张拉过程中，因侧墙部分位置受力较大，而压碎混凝土，需在侧墙外侧浇筑混凝土垫梁上锚固钢绞线，以此实现应力集中减小的作用。

本文桥台选取20m宽度，16m高度，22m为侧墙长度，加固施工中需将一排～三排钢绞线布设到桥台侧墙位置，每排对拉8根。加固时，将大大降低桥台最大第一主拉应力值，且在不断增加钢绞线排数的同时，将大大增加最大第一主拉应力值的降低幅度，在桥台侧墙对拉钢绞线时，可有效降低桥台高度范围内的第一主拉应力值，其变化如表2所示。

由此可见，桥台加固法选用桥台侧墙布设对拉钢绞线时，与不设置钢绞线情况相比，桥台最大第一主拉应力值降低较为显著。在对拉钢索数量增加时，将增大桥台最大第一主拉应力值降低的幅度，因此，以3排作为桥台侧墙钢索设置排数时，20%为其最大第一主拉应力值减小率。

2.3 基础压浆加固法

因桥台位置地基承载力较差，且在车辆荷载长期作用下，不均匀沉降极易产生于桥台地基，该问题广泛产生于软土地基。此时可选取压浆法进行加固。其优势在于无需中断交通，且能够大大提升压浆后地基承载力，具有良好加固效果。

加固过程中，通常以静压注浆为主，是指按照液压、气压等原理，在管道输送下把浆液向基础内缓缓灌入，松散土粒在注浆液作用下能使构成一个整体。除此之外，还可选取高压喷射注浆法施工，要求注浆管道在钻机辅助下向相应位置运送，随后通过高压设备进行浆液喷射，在高压作用下漿液能够获取极大冲力，以此冲击土粒，保证土体充分结合浆液，构成一个整体，进而达到地基基础加固的作用。

3 结束语

综上所述，自改革开放以来，我国路桥工程发展迅猛，为满足日益增多的交通量需求，必须重视桥梁工程施工质量。重力式U型桥台是最常见的桥台形式之一，因多种因素的影响，病害问题愈加严重，为此，必须采取科学、合理的加固技术，全面提升工程质量。

参考文献：

[1]田国旺.重力式斜交U型高桥台加固的非线性有限元数值模拟研究[J].吉林交通科技，2010（04）.

[2]胡昌斌，张涛，孙晓亮.斜交U型桥台台身破裂病害机理分析与加固设计[J].福州大学学报（自然科学版），2007（04）.

[3]栾建平，荣耀，尹华杰.U型桥台裂缝成因统计分析[J].南昌航空大学学报（自然科学版），2009（01）.