公路桥梁系梁及桩基检测与加固方案

祁朝相

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

0 引言

我国作为桥梁第一大国，基础设施建设近年来仍然一直快速发展。截至2019年年底，我国已修建的公路桥梁达到了87.83万座、全长6063.46万米，比上年增加2.68万座、494.86万米，其中，特大桥梁5716座、1033.23万米，大桥108344座、2923.75万米[1]。

公路桥梁耐久性面临着严峻的考验，部分桥梁出现一些耐久性问题，随着运营时间的延长，部分桥梁也产生一些危机桥梁运营安全的隐患。对于结构出现病害尤其可能危及到结构安全的，一旦中断交通，则会造成较大的社会影响[2]。以出现基础沉降导致桩基与系梁结合处开裂病害检测分析为例，提出一些相应的处置方法措施，以供后续设计及养护相关人员参照。

1 桥梁病害现状及成因分析

1.1 桥梁结构概况

某桥梁建成于1976年，桥梁全长为235.3m，跨径布置为(9.82+5×11.4+9.82)m+2.6m(简支)+(9.82+5×11.4+9.82)m+(9.82+5×11.4+9.82)m，跨径总长为232.5m，属大桥，交角为90°。桥面净宽为7.0m，两侧各设0.5m宽混凝土护栏。桥面铺装采用沥青混凝土，设置4道型钢伸缩缝，分别位于0、7、15、22号墩台顶。该桥过渡墩及过渡墩相邻墩支座采用滚轴支座，其余均采用油毛毡支座。上部结构为钢筋混凝土连续板。下部结构7、8号桥墩为钢筋混凝土三柱式桥墩，15号桥墩原为双柱式桥墩，后经加固增加一根桩基，其余桥墩均为双柱式桥墩，桥台为钢筋混凝土三柱式桥台，基础均为桩基础。

设计荷载：汽车-15级、挂车-80。

2018年年平均日交通流量当量数为4262辆，重车混入率约为8.6%。检查时桥头两侧已设置“险桥、限载20t、限速”标志牌。该桥为窄桥，桥头两侧道路宽度为12.0m，桥面净宽为7.0m。

1.2 病害现状及成因分析

基础沉降：15-2号桩基下沉，与15-3号桩接合处系梁斜向开裂，开裂处左、右两侧系梁顶面竖向错台6cm。15号墩系梁近15-1号桩处大小桩号侧L形裂缝，长度为1.2m，宽度为1.8mm。第15、16孔现浇板板底对应15-2号柱附近有多条斜向裂缝，长度为1～2m，宽度为0.1～0.25mm。15号墩顶左侧桥面下沉明显。

与2019年1月检测时相比，15号墩系梁开裂宽度及错台高度均有明显发展；并在15号墩附近相邻两孔现浇板新增有指向15-2号柱的斜向裂缝，新增15号墩系梁近15-1号桩处大小桩号侧L形裂缝。

根据图1～图6桥梁的结构分析及病害描述，现得出以下分析：由于该桥施工时15-2号桩有效桩长不够，后期建设时在15-2号柱附近增加了15-3号桩，由于15-2号桩承载力不足，发生沉降，导致系梁与15-3号桩基连接处出现裂缝，且该桥运营年限已有44年，河床日渐冲刷也导致有效桩长减小，进一步导致15-2号桩基沉降，从而进一步扩大了系梁处的裂缝，2019年1月至7月期间，裂缝宽度由31.4mm增长为33.2mm，且系梁错台高度由57mm增长为60mm，严重影响行车安全。

图1 15号墩桩基沉降系梁断裂(2019年7月)

图2 15号墩桩基沉降系梁断裂(2019年1月)

图3 15号墩桩基沉降系梁断裂错台(2019年7月)

图4 15号墩桩基沉降系梁断裂错台(2019年7月)

图5 15号墩系梁近15-1号桩处竖缝

图6 15号墩系梁近15-1号桩处竖缝

对该桥15号墩顶桥面进行测量发现，15号墩顶与13号墩顶高差为8.4cm。15号墩顶与17号墩顶高差为7.2cm。

在桥梁已经建成并运营多年后，亟需找到方法来解决以上影响桥梁安全隐患的问题。

2 加固方案

根据以上情况，对本桥及15号墩采取如下维修措施：

(1)将15号墩系梁大、小桩号侧各凿除表面50mm厚混凝土，并各加宽200mm厚混凝土。

(2)对15-2号桥墩柱顺桥向新建承台并增加两根直径1m的桩基。

(3)对该桥桥面交通采取限高措施，限高高度为2.5m。

施工前应周密、合理组织施工工序。本次加固维修整体施工工序为：新增桩基施工→新增承台施工→原桩顶系梁加宽混凝土施工。

2.1 原桥系梁加固

针对系梁出现裂缝，对原桥15号墩系梁大、小桩号侧各凿除表面50mm厚混凝土，并各加宽200mm厚C30混凝土。在施工前须对原桥系梁与新浇注混凝土结合部位进行充分凿毛，要彻底消除构件表面的抹灰层和已软化、风化、变质部分，应露出粗骨料，且凿毛面的粗糙幅度应达到6.0mm以上，否则凿毛面无效，需进行重新凿毛，且凿毛时尽量采用小锤轻击，不能用力过大，以免损伤原有构件。

2.2 新建桩基及承台

针对15-2号桩基承载力不足出现沉降现象，采用在15号桩基桩顶处新建承台，并增加两根直径1m的新桩基，构造图详见图7及图8。

图7 新增桩基及承台构造图一

图8 新增桩基及承台构造图二

为使新建承台与原桥承台及桩基连接牢固，传力顺畅，在原桥15-2及15-3号桩基上钻孔植筋(合计168根)，使新建承台能够与原桥承台及桩基共同受力，保障15号墩不再发生沉降现象，构造图详见图9。

图9 新增桩基及承台钢筋构造图

根据上述加固方案，对新建的15号承台及15号桩基进行加固方案验算，验算荷载等级为汽车-15级、挂车-80级，具体结果见表1。

由表1可知，经过该加固方案维修后，15号承台及桩基在汽车-15级、挂车-80级荷载作用下，截面抗力能够满足要求，且抗弯承载力较加固前提高30%，轴力抗力提高61%，均有较为明显的提升。

表1 15号承台及15号桩基加固方案验算结果表

3 结论

通过对该桥系梁与承台错台及开裂问题进行现场调查及病害总结与成因分析，给出“扁担式”加固措施，即对原桥系梁进行外包混凝土加固，并新建承台及桩基等处理方法来弥补原桥桩基沉降，局部承载力不足现象，并对新建承台及原桥桩基进行可靠连接，使之能够整体参与受力，该维修方法可为后续出现此类问题的工程提高参考。