橋梁下部結(jié)構(gòu)病害成因及加固方法研究

王佩祥 重慶交通大學 土木工程學院

橋梁的下部結(jié)構(gòu)不僅是整個橋梁結(jié)構(gòu)主要的承重結(jié)構(gòu)和傳力構(gòu)件，還起著抵擋臺后土壓力、穩(wěn)定橋頭路基、連接引道和橋上線路的作用，可以說下部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量直接關(guān)系到橋梁的運行情況，因此為了提高橋梁的安全性和使用壽命，相關(guān)學者必須明白下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害原因及機理， 并能夠有針對性地提出加固措施。

1 下部結(jié)構(gòu)常見的病害類型及機理

1.1 橋臺病害

橋臺按照受力狀態(tài)的不同分為重力式橋臺和輕型橋臺。其中重力式橋臺自重大，主要靠自身的重力來平衡臺后的土壓力，根據(jù)這一受力特點，橋臺內(nèi)部土壓力過大造成的橋臺前墻產(chǎn)生的斜裂縫是造成病害問題出現(xiàn)的主要原因。其常見的病害類型及機理如下：

（1）橋臺前墻開裂。據(jù)調(diào)查，前墻開裂是重力式橋臺最容易出現(xiàn)的病害，當橋臺寬度較大時，由于沒有設置變形縫，橋臺受溫度、地基不均勻沉降后的變形無處釋放，導致橋臺前墻脹縫產(chǎn)生，進而出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

（2）橋臺側(cè)墻開裂。當橋面鋪裝層開裂或滲水時，橋臺臺后填土吸水飽和，大大增加了橋臺所承受的土壓力，出現(xiàn)側(cè)墻外傾開裂，或在橋臺臺后土回填過程中壓實度不足，導致基礎局部地基承載力不夠， 基礎不均勻沉降， 使橋臺側(cè)墻開裂。

輕型橋臺是指利用結(jié)構(gòu)的抗彎能力來減少圬工體積使橋臺輕量化的結(jié)構(gòu)，其具有重量輕、剛度小的特點，因此若橋臺高度較高，容易在臺后土壓力的作用下出現(xiàn)傾斜，甚至臺身開裂的現(xiàn)象。

1.2 橋墩病害

（1）橋墩是整個橋梁結(jié)構(gòu)最容易承受撞擊力的部位，一旦被船舶、汽車等撞擊，墩柱將會產(chǎn)生傾斜、變位等病害。

（2）墩帽、墩身及擋塊等混凝土結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)裂縫。如混凝土收縮徐變、溫度應力、基礎不均勻沉降等原因都會在橋墩處產(chǎn)生豎向或水平裂縫，影響橋墩的強度和耐久性。

1.3 基礎病害

基礎根據(jù)埋深條件可以分成淺基礎和深基礎。其中淺基礎主要為擴大基礎，由于基礎直接與土層接觸，在水的作用下土層可能出現(xiàn)掏空、不均勻沉降等現(xiàn)象，從而產(chǎn)生基礎混凝土開裂、基礎變位或傾斜、基礎下沉等病害。

深基礎主要采用樁基礎的形式，其施工比淺基礎復雜，因此施工質(zhì)量對樁基礎的工作性能有著不可忽視的影響，常見的病害有樁基傾斜、樁頭破損、樁基暴露等，這些病害大多是施工質(zhì)量不佳造成的，如若處理不好將會導致基礎的承載能力下降，進而影響整座橋梁的安全性。

2、 下部結(jié)構(gòu)病害加固措施

2.1 基礎加固

基礎加固主要有擴大基礎加固法、增補樁基加固法、人工地基加固法等。

其中擴大基礎加固法指按臺階狀增大基礎的底面積，增大基礎埋深，同時分散上部結(jié)構(gòu)的荷載的方法。

增補樁基加固法指在現(xiàn)有樁基礎埋置深度不足或發(fā)生樁頭外露、傾斜等狀況時通過增加樁的數(shù)量，擴大承臺面積，來提高基礎承載力的方法。

常見的人工地基加固方法有換土墊層法、擠密砂樁法等，通過對地基進行人工處理加固，提高地基土的承載力及其變形性質(zhì)，從而達到穩(wěn)定基礎的作用。

2.2 橋臺加固

橋臺出現(xiàn)病害大多數(shù)情況下由于臺后土壓力過大，因此最簡單的方法就是在臺后設置擋土墻來平衡臺后土壓力。但設置擋土墻所需空間過大，并且影響橋梁的美觀，此時可以通過設置預應力地錨，將臺后填土的土側(cè)壓力通過預應力錨桿傳給地基，此加固方法占用空間小，但是需要承載能力高的地基才能達到良好的加固效果。在地層狀況不好的地區(qū)，可以通過設置預應力自錨的形式，即通過橋臺本身的自平衡來達到加固的目的。

2.3 橋墩加固

當橋墩由于基礎埋置深度不夠，或因施工質(zhì)量不佳等原因?qū)е露丈沓霈F(xiàn)細小裂縫時可考慮可采用鋼筋混凝土鋼箍進行加固；當墩身出現(xiàn)較大、較長、較深，且足以危害橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的裂縫時， 則應采用圍繞整個墩臺設置鋼筋混凝土護套的方法進行加固，鋼筋套箍加固混凝土柱后， 能對其所包圍的核心混凝土起約束作用， 使之處于三軸受壓的應力狀態(tài)， 具有較高的抗壓強度和極限壓縮變形。

對于蓋梁出現(xiàn)裂縫的問題，可以采用體外預應力、增加截面面積和配筋、粘貼碳纖增強復合材料等方式改善混凝土受力狀況， 限制裂縫發(fā)展，增強蓋梁的強度和抗彎剪能力，進而提高蓋梁承載力。

結(jié)束語

橋梁下部結(jié)構(gòu)的病害類型多種多樣，橋梁下部結(jié)構(gòu)的加固方法也需要不斷改善和創(chuàng)新，這就需要專業(yè)的橋梁工作者通過多方案比選， 從中選擇經(jīng)濟、實用的加固方案。同時在施工時密切關(guān)注可能產(chǎn)生病害的部位，及時采取有效的措施進行防護。公路運營后， 需要加強養(yǎng)護工作，發(fā)現(xiàn)病害及時處理，降低運行安全風險和加固維修成本。