浆砌片石U形桥台病害特征分析及加固技术要点

摘要 文章以龙岩市新罗区合溪大桥浆砌片石U形桥台侧墙开裂处治项目为依托，结合实际钻孔取芯和现场测绘桥台尺寸进行了建模分析计算，分析了桥台病害成因，根据病害成因提出多个处治方案，并经比选后确定了一个安全、施工便捷、经济的加固方案。同时，在施工期间总结了桥台框架梁和轻质泡沫混凝土的加固技术要点。结果表明，该方案工期短，加固效果好，可为后续浆砌片石U形桥台的加固工程提供参考。

关键词 浆砌片石；U形桥台；建模分析；框架对拉；轻质泡沫混凝土

中图分类号 U416 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）24-0049-03

0 引言

公路桥梁是道路跨越河流、山谷或者道路的重要构造物。U形桥台因其构造较为简单，经济性较好、稳定性较高，是众多重力式桥台采用最多的一种。早年受施工材料、设计水平和造价的限制，U形桥台多采用浆砌片石材质，且桥台均比较高大，受限于桥台体积大，自重也大，且台后回填量也大。当砌筑施工不规范、基础承载力不足、台后回填材料及工艺不规范时，极易出现桥台台身开裂、台后路面大面积下沉、路面网裂等病害。

目前，针对U形桥台病害分析及加固处治，国内外均开展了相关研究，张杰[1]通过有限元数值模拟后分析不同宽度、高度桥台的受力模式，总结了桥台结构的裂损机理；林灿[2]分析了不同工况下跳车产生的动力荷载对桥台结构的影响；杨国宇[3]通过对轻质泡沫混凝土在桥梁工程中的特点和优势进行分析后，总结出台后采用轻质泡沫混凝土回填的应用意义。该文以龙岩市新罗区合溪大桥桥台加固工程为背景，通过现场实测数据结合现场地质勘察分析桥台病害成因，并在多方案比选结合有限元软件计算后，提出了台后换填轻质泡沫混凝土、侧墙增设对拉精轧螺纹钢的加固措施，可作为后续浆砌片石U形桥台加固工程的参考。

1 桥梁概况

1.1 桥梁概况

合溪大桥位于福建省龙岩市新罗区白沙镇，中心桩号为K1+046.302，桥梁总长162.0 m，上部结构采用4×30 m、预应力混凝土T梁，桥梁总宽10.8 m，行车道宽9.0 m。上部承重构件由5片T梁构成，桥台类型为重力式桥台和重力式桥墩，扩大基础。该桥建设年限久远，相关设计及竣工资料丢失。通过现场调查、取芯及测绘，可知桥台的具体尺寸见图1所示：

1.2 桥台病害情况

针对桥梁专项检测，发现桥台存在以下缺陷：

（1）铁山台右侧前墙与侧墙交接处有1条竖向裂缝，长10 m，宽1 cm；右侧侧墙有20条斜向裂缝，长0.5

～4 m，宽5 mm；苏坂台右侧侧墙与前墙交接处有1条竖向裂缝，宽8 mm，左右侧墙共有15条斜向裂缝。

（2）桥台台后路面网裂，下沉。

（3）伸缩缝损坏。

2 桥台病害原因分析

U形桥台主要由台后回填、前墙、侧墙和基础组成。车辆荷载通过台帽及台后填土压力的形式作用到桥梁各个构件。根据现场调查测绘的桥梁资料，结合桥台基础勘察情况，对桥台病害成因分析如下：

（1）该研究描述桥台采用浆砌片石，局部基础为浆砌块石，坑探显示存在局部砂浆不饱满的情况，桥台前墙基础位于中风化岩层中，局部侧墙位于碎块状岩层中。分析认为前墙及侧墙的基础不均匀，导致局部基础不均匀沉降使得交接处的应力集中过大而出现竖向裂缝。

（2）针对台后填土取芯显示，台后填土含水率高，且存在大块石含水回填。桥台未设置泄水孔，台后填土水无法排出，增大台后土压力，台后回填不够密实导致台后路面在车辆荷载作用下出现不均匀沉降而开裂，路面裂缝的出现导致地表水下渗至台后，从而进一步增大填土含水率及台后土压力，导致侧墙出现较多的斜向及竖向裂缝。

（3）现场查看发现目前运营的重型车辆较多，由于桥梁位置线形较好、车速较快，车辆通过桥台时跳车较为严重，冲击荷载也是造成桥台开裂的主要成因之一。

3 桥台加固设计及施工

结合上述成因分析，该研究对此桥台采用台后换填、侧墙框架对拉、台后换填及框架对拉相结合的加固方案进行对比。

3.1 加固方案比对

（1）方案一：台后换填

将台后填土全部换为轻质泡沫混凝土，轻质泡沫混凝土具有自重轻、透水性好、承载力较常规填土高。通过对台后进行换填，能够减轻台后自重，减少基础不均出现的不均匀沉降，增强排水功能，减少地表下渗水对桥台结构的影响。

（2）方案二：侧墙框架对拉加固

侧墙增设框架梁和精轧螺纹钢对拉，通过新增框架梁增大侧墙自身刚度，通过精轧螺纹钢对拉消除侧向土压力。

（3）方案三：台后换填轻质泡沫土+侧墙框架对拉加固

将台后局部换填为轻质泡沫混凝土，增设框架梁和精轧螺纹钢对拉，通过减轻台后自重，加大排水性能和新增对拉后，能够实现施工快、加固有效的措施。

如前所述，该研究的桥台病害主要是台后回填不规范、基础地质不均匀而导致，从经济性、施工便捷性和安全性考虑，拟采用方案三即台后换填轻质泡沫土+侧墙框架对拉加固的措施。该方案不仅能够解决台后排水不畅及自重大的问题，还能利用对拉加固解决既有开裂问题，提高了既有桥台的整体性，限制裂缝的进一步发展。

3.2 加固方案

该研究针对台后13 m范围的台后局部，将其换填为轻质泡沫混凝土，而侧墙则结合现状地面线各增设四对精轧螺纹钢对拉，局部结合需求增设框架梁加强侧墙刚度的处治方案。

3.3 加固方案实施要点

根据上述方案，此桥加固施工的主要工序如下：（1）封闭交通；（2）拆除桥台搭板、伸缩缝；（3）按照设计台阶尺寸挖除局部台背的回填材料；（4）布置锚杆框架及锚杆，并增设排水设施；（5）分层（单层浇筑厚度宜按0.3～0.8 m控制）分段水平浇筑泡沫轻质土直至设计高度；（6）养护泡沫轻质土；（7）泡沫轻质土质量检验与验收；（8）搭板施工；（9）开放交通。

该方案在实施过程中的主要要点如下：

（1）在水平钻孔作业时，应核查支架的稳定性以确保水平钻孔的稳定性，钻孔过程应根据掘进情况适时调整钻孔位置和方向。

（2）在安装拉精轧螺纹钢前，应核查钻孔及套管的长度及位置，确保钻孔位置与方案一致后方可进行对拉精轧螺纹钢的安装。

（3）对拉精轧螺纹钢进行张拉前，可以选取20%的设计张拉力进行试张拉[4]，通过试拉可以熟悉张拉设备，使得锚具及精轧螺纹钢密贴。正式张拉采用五级施加预应力，每级张拉力施加后进行观测，观测时间不小于10 min。张拉完成后，采用锚具进行锁定后持续观测48 h，确保精轧螺纹钢无明显的松弛现象，如果存在应力损失和对拉精轧螺纹钢松弛的问题，应核查问题后进行针对性的处治。

（4）对拉精轧螺纹钢完成张拉后，采用纯水泥浆进行压浆填充，水泥浆的配合比应结合当地情况参照规范选取。钻孔的压浆不宜超过张拉后24 h。此次注浆拉锚孔应采用一侧往另外一侧注浆的方式进行，待另外一侧排气孔中泛浆后及时停止注浆。经过30 min后可以进行二次补浆，如此补浆3～4次[5]。

（5）侧墙植筋应核查植入深度，确保注胶饱满，并做原位拉拔试验。

（6）该工程泡沫混凝土回填空间小，浇筑和开挖过程应采用人工开挖，防止大型机械设备对既有桥台产生破坏。

（7）泡沫混凝土气泡群应采用发泡设备预先制取，而不宜采用搅拌方式进行制取。

（8）轻质泡沫混凝土浇筑应沿道路纵向一侧，通过分层、分块的方式向另外一侧浇筑。为确保质量，每层浇筑厚度应根据施工时的天气温度进行确定，每层厚度宜在0.5～1.0 m。

（9）桥台台后换填完成后，应及时对台后搭板及路面进行浇筑，新浇筑的搭板和路面采用必要的排水及防水措施，减少地表水的下渗。

（10）桥梁加固后应定期对侧墙新增的泄水孔进行清理，确保台后积水及时排出[6]。

4 有限元数值模拟

该研究根据前面采用的台后换填、侧墙增设对拉精轧螺纹钢锚杆的加固方案，通过有限元计算软件Midas/FEA建立的模型如图2所示：

此次计算荷载按照公路-II级选用，换算的均布荷载为35 kN/m2；侧墙增设对拉精轧螺纹钢力为300 kN。根据实测地质层及相关规范经验参数，选取的各材料参数见表1所示：

此次计算参照加固和未加固两种方式进行，通过分析两种模型下桥台侧墙的位移和应力变化情况，从理论层面显示其加固效果。经计算应力及位移，未加固前桥台侧墙的最大横桥向位移为2.3 cm，整个桥台侧墙处于往外变形状态，在侧墙顶部及中部出现应力集中现象，与桥台侧墙出现的斜线裂缝及网裂区域相近；通过换填及侧墙框架对拉处治后，桥台侧墙应力明显变小，对拉作用使得桥台侧墙往内侧收拢，横桥向位移为-0.6 cm。结构计算显示，桥梁加固后能够减少侧墙的横桥向变形，侧墙应力减小、刚度增加，达到方案预期的加固效果。

5 结论

U形桥台采用局部换填及锚杆对拉的方案，提高了侧墙的刚度及截面面积，同时约束了侧墙的进一步外倾，换填后的轻质泡沫混凝土提高了台后换填的排水性能，解决了台后填筑不规范的问题。该方案经济实惠，工期短，处治效果好。该项目的处治成功，为后续浆砌片石高大桥台的加固提供了经验参考和技术指导。

参考文献

[1]张杰.山区U型桥台裂损机理及加固研究[D].重庆：重庆交通大学， 2021.

[2]林灿.动力荷载和桥台后填土共同作用对桥台受力的影响分析[D].贵阳：贵州大学， 2015.

[3]杨国宇.轻质泡沫混凝土技术在公路桥台台背回填中的应用研究[J].中国水泥工程建设， 2024（10）：91-93+96.

[4]武建，朱纬，朱雨林.预应力锚杆在桥台加固中的应用[J].湖南交通科技， 2007（4）：73-76.

[5]吴闽西，吴玥楠.拉杆平衡法在U型桥台加固中的应用[J].交通科技， 2012（S1）：26-28.

[6]姚建军.新岭后大桥锥坡加固施工技术探讨[J].福建交通科技， 2021（8）：79-84.