淺析橋梁墩臺與基礎(chǔ)的維修加固

李振平

摘 要：簡要論述了墩臺與基礎(chǔ)在橋梁工程中的重要性及其在整個橋梁使用周期中所能遭受到的不利因素，提出了墩臺與基礎(chǔ)常見的病害類型及其維修加固方案，最大限度的降低了橋梁運營安全風險，體現(xiàn)了新時期以人為本的基本理念。對養(yǎng)護單位、設(shè)計單位及施工單位均有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：墩臺與基礎(chǔ);維修加固;綜合修整;承載能力。

0? 引言

墩臺和基礎(chǔ)是橋梁的重要組成部分，是直接承受橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載，同時將荷載傳遞給地基的受力結(jié)構(gòu)。在長年使用過程中，不僅要抵抗受到永久作用、可變作用、偶然作作用和地震作用，還要抵抗耐久性因素產(chǎn)生的影響，經(jīng)過多年使用后，將會出現(xiàn)不同程度的損壞，產(chǎn)生各種缺陷，必須及時進行維修加固。

1 ?墩臺基礎(chǔ)的維修

墩臺的維修主要包括：清除墩臺頂面污穢和防止頂面積水;對砌縫砂漿脫落處進行勾縫，處理風化表面;修補局部表面破損，修整鑲面;處理裂紋;處理因砂漿流失而造成的內(nèi)部空洞現(xiàn)象;對風化、破損和裂紋等病害進行綜合修整;修整損壞的支承墊石;墩臺變位的觀測和處理;改善臺后排水設(shè)備等。

1? 勾縫

圬工砌體墩臺身出現(xiàn)砌縫砂漿松散脫落的病害時，就需要重新勾縫。勾縫時，可用手鑿或風動鑿子鑿去已破損的灰縫，深3～5cm，用壓力水徹底沖洗干凈，然后用水泥砂漿重新勾縫。勾縫前先刷一層純水泥漿使砂漿與砌石能很好地結(jié)合。勾縫宜用凹形縫，以抵抗風化較為耐久。

2? 表面局部修補

當圬工表面局部損壞、脫落不太嚴重時，可以將破損部分清除，鑿毛洗凈，然后用水泥砂漿分層填補至需要厚度，并將表面抹平。當損壞深度和范圍較大時可在新舊混凝土結(jié)合處設(shè)置牽釘，必要時掛鋼筋網(wǎng)，立好模板澆灌混凝土。

3? 鑲面石修理

墩臺身鑲面石破損時，可以個別更換或換以預(yù)制混凝土塊。如鑲面石僅松動而沒有破碎，可采用搗墊半干硬性水泥砂漿的方法進行整治。如鑲面石更換的面積很大，為了使它能很好地和原有圬工結(jié)合牢固，可在原圬工上安裝帶倒刺的套扣，用錨釘或爪釘與套扣相連來承托新的鑲面石。

4? 表面風化的整治

圬工表面風化、剝落、蜂窩麻面可加M10水泥砂漿防護，如用手工抹漿，則先將風化剝落表層徹底鑿除，并將表面鑿毛，用水沖洗干凈并保持濕潤，然后分層抹漿，每層為10～15cm，總厚度一般為20～30cm。壓力噴漿適用于面積較大的抹面。將圬工表面處理沖洗后，在原有圬工面上每隔30～80cm 插入牽釘，掛上鋼絲網(wǎng)，鋼絲直徑2.4mm，網(wǎng)格5～10cm，鋼絲網(wǎng)與表面間至少應(yīng)保持10mm 的距離，然后用噴漿機噴漿。

5? 墩臺裂紋整治

對于微細而數(shù)量較多的裂紋，可用噴漿或抹漿的方法來處理，也可涂二層環(huán)氧樹脂涂料封閉。涂刷前應(yīng)用鋼絲刷去除裂紋附近圬工表面上的污穢、油漆和灰塵，并用丙酮擦洗（如用水沖洗，則須待干燥后才能涂環(huán)氧樹脂涂料）。

對于一般的表面裂紋，可采用環(huán)氧樹脂砂漿或環(huán)氧膩子膩補。

2? 基礎(chǔ)局部沖空或破損的修補

位于水下部位破損基礎(chǔ)的修補，應(yīng)根據(jù)水深和地質(zhì)情況采用不同的修補方法。

1? 水深較淺的基礎(chǔ)采用草袋圍堰隔水，將基礎(chǔ)周邊的水抽干后，直接澆注混凝土或砌石填補沖空和破損部分，恢復(fù)基礎(chǔ)的整體性。

2? 水深較大的基礎(chǔ)一般采用不抽水直接澆注水下混凝土的維修方法。

首先，將預(yù)制拼裝的鋼筋混凝土薄壁套箱圍堰下沉到損壞處附近河底，然后在套箱與橋墩間澆注水下混凝土，以包裹損壞或沖空處，恢復(fù)基礎(chǔ)的整體性。水深在3m 以上時，亦可采用以麻袋盛裝干硬性混凝土（每袋裝置量為麻袋容積的2/3），通過潛水作業(yè)將袋裝混凝土分層填塞沖空部分，后加的袋裝混凝土的堆積寬度要比原基礎(chǔ)寬0.2～0.4m。

當基礎(chǔ)置于風化巖石上，基底外緣已被沖空時，應(yīng)及時清除表面嚴重風化部分。在淺水時，填以混凝土，并將周圍風化地基用水泥砂漿封閉。在深水時，要采取潛水作業(yè)，并鋪以袋裝干硬性混凝土。

3? 鋼筋混凝土灌注樁和打入樁基礎(chǔ)受水沖刷、侵蝕時，應(yīng)首先檢查樁身損傷程度，并用水泥砂漿修補到原來狀態(tài);如樁身有空洞，可灌注水泥混凝土進行修復(fù);當出現(xiàn)鋼筋外露銹蝕、樁身縮頸時，應(yīng)采用外包混凝土進行加固補強;同時，在被沖刷的樁基周圍拋填大塊石、石籠護底或鐵筋混凝土石塊防護，以免繼續(xù)沖刷。

當河床受到水流沖刷而危及橋梁墩臺基礎(chǔ)時，必須采取防護措施。根據(jù)河床地質(zhì)情況及沖刷范圍的不同，選擇可靠的防護方法。

3 ?墩臺基礎(chǔ)的加固

基礎(chǔ)加固的常用方法有：擴大基礎(chǔ)加固法、增補樁基法（打入樁或鉆孔灌注樁）和人工地基加固（改良地基）法等。

1? 擴大基礎(chǔ)加固法

對于基礎(chǔ)承載力不足、埋置深度太淺或沉降變形過大的石砌和混凝土剛性基礎(chǔ)，一般采用在基礎(chǔ)周圍加寬擴大基礎(chǔ)的承載面積的方法進行加固。

擴大基礎(chǔ)底面積應(yīng)由地基強度驗算確定。當?shù)鼗鶑姸葷M足要求而缺陷僅僅表現(xiàn)為不均勻沉降變形過大時，采用擴大基礎(chǔ)底面積的加固，主要由地基變形計算來加以選定。

擴大基礎(chǔ)加固法可按下列順序進行施工：

1）通常在須加寬的范圍內(nèi)先打板樁圍堰，橋梁墩臺基底土壤不好時，尚應(yīng)作必要的加固處理;

2）挖去堰內(nèi)土壤;

3）在堰內(nèi)把水抽干后，鋪砌石塊（漿砌）或澆筑混凝土加寬基礎(chǔ);

4）要注意新舊基礎(chǔ)的牢固結(jié)合，必要時應(yīng)設(shè)置錨固連接鋼筋（植筋或膨脹螺栓），將新舊基礎(chǔ)牢固地結(jié)合成整體。

2? 補樁基加固

對于承載能力不足的樁基礎(chǔ)，一般采用在樁基礎(chǔ)的周圍補加鉆孔樁或打入預(yù)制鋼筋混凝土樁，并擴大原有承臺，以提高基礎(chǔ)的承載力，增加基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

增補樁基法加固墩臺基礎(chǔ)的優(yōu)點是不需要抽水筑壩等水下施工作業(yè)，且加固效果顯著。其缺點是需搭設(shè)打樁架和開鑿橋面，對橋頭原有架空線路及陸上、水上交通均有影響。

對單排架樁式橋墩采用打樁（或鉆孔灌注樁）加固時，如原有樁距較大（在4～5倍樁徑時），可在樁間插樁。如原有樁距較小且通航凈跨允許縮小時，可在原排架兩側(cè)增加樁數(shù)，成為三排式的墩樁。

如在樁間加樁，可鑿除原有蓋梁并澆筑新蓋梁，將新舊樁頂連接起來。但此時必須檢查原有蓋梁在加樁頂部能否承受與原來方向相反的彎矩，如不能承受則必須加固原有蓋梁或重新澆筑蓋梁。加固原有蓋梁時，可在蓋梁頂部增設(shè)鋼筋。

當橋臺垂直承載力不足時，一般可在臺前增加一排樁并澆筑蓋梁，以分擔上部結(jié)構(gòu)傳來的壓力。打樁（或鉆孔樁）時可利用原有橋面作腳手架，在橋臺上開洞插樁。增澆的蓋梁可單獨受力，也可聯(lián)結(jié)在一起，使舊蓋梁、舊樁及新樁一起受力。

3? 人工地基加固

基礎(chǔ)下面的天然土基松軟，或上層土壤雖好，但深層土質(zhì)不良可能引起基礎(chǔ)沉陷時，可采用人工地基加固方法，以提高地基的承載能力。人工地基加固方法很多，一般常用的有砂樁法和注漿法等。

1）砂樁法

當軟弱的地基層較厚時，可用砂樁法改善地基的承載能力。加固施工時首先將鋼管或木樁打入基礎(chǔ)周圍的軟弱土層中，將樁拔出后形成孔道，然后向孔中灌注經(jīng)過干燥的粗砂，進行搗實，形成砂樁，使土的密實度提高，間接達到加固地基的目的。

2）注漿法

注漿法是向基礎(chǔ)下面土層灌注水泥漿，通過水泥漿凝固硬化將松散的土層固結(jié)為具有一定強度的整體，以達到提高土基承載能的目的。施工時首先在基礎(chǔ)下面土層中鉆孔（直孔和斜孔）或打入管樁，形成注漿孔道，然后，通過注漿孔道，向土層注入水泥漿。

4 ?橋臺滑移傾斜的處理

1? 支撐法加固

1）對因橋梁墩臺的尺寸不足，難以承受臺背土壓力，向往橋孔方向產(chǎn)生傾斜或滑移的埋置式橋臺，可采取修筑撐壁法進行加固處理。

2）對于單孔小跨徑的橋臺，為防止橋臺滑移，可在兩臺之間增設(shè)水平支撐。

2? 增建輔助擋土墻加固

對于因橋臺臺背水平土壓力過大而引起的橋臺傾斜，可在臺背加建輔助擋土墻，以增強橋臺的擋土能力。

3? 減輕荷載法

筑于軟土地基上的橋臺，由于填土較高而受到較大側(cè)向土壓力作用，使橋臺產(chǎn)生前移，以致發(fā)生傾斜。一般采用更換臺背填土，減小土壓力辦法，減輕橋臺基礎(chǔ)所受荷載。

5? 橋梁墩臺身的加固

1? 實體墩臺身的加固

1）當橋梁墩臺出現(xiàn)貫通裂縫時，為防止裂縫的繼續(xù)發(fā)展，一般采用鋼筋混凝土圍帶或鋼箍進行加固。加固時，在墩身上、中、下分設(shè)三道圍帶;其間距應(yīng)大致相當于橋墩側(cè)面的寬度。每個圍帶的寬度，則根據(jù)裂縫分夯情況而定，一般為墩臺高度的1/10左右，厚度采用10～20cm。為加強圍帶與墩臺的連接，應(yīng)在墩身內(nèi)應(yīng)設(shè)置錨固連接鋼筋（植筋或膨脹螺栓）。將圍帶內(nèi)設(shè)置的鋼筋網(wǎng)與錨固連接鋼筋綁扎，然后立外模板，澆筑混凝土。

2）當墩臺損壞嚴重，如有嚴重裂縫及大面積表面破損、風化和剝落時，可采用圍繞整個墩臺設(shè)置鋼筋混凝土護套的方法進行加固。

2? 樁柱式墩臺的墩柱加固

對于承載力不足或出現(xiàn)嚴重裂縫的鋼筋混凝土圓形截面墩柱，一般采用纏繞粘貼高強復(fù)合纖維布（碳纖維或芳綸纖）的方法加固。

用于纏繞纖維約束加固的膠粘劑應(yīng)符合混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范對碳纖維復(fù)合材浸漬/粘貼用膠粘劑安全性能要求。對圓形墩柱環(huán)向圍束的纖維織物層數(shù)應(yīng)不少于2層;環(huán)向圍束上、下層之間的搭接寬度不應(yīng)小于50mm，纖維織物環(huán)向斷點的延伸長度不應(yīng)小于200mm，且各條帶搭接位置應(yīng)相互錯開。

3? 抗凍、抗鹽腐蝕維修加固

對于水位變化處因凍融循環(huán)造成的混凝土腐蝕剝落破壞的墩柱，應(yīng)采用具有抗凍性的引氣混凝土進行修補。必要時還應(yīng)采用纏繞纖維約束加固進行補強，提高墩柱的抗壓承載力。

在海洋大氣及海（鹽）水環(huán)境的混凝土防腐蝕采用高耐久性、高抗氯離子滲透性、高強度以及良好工作性的高性能混凝土是基本措施，另外在混凝土表面尚可采用防腐涂層。其涂層涂裝范圍為表濕區(qū)（浪濺區(qū)及平均潮位以上的水位變動區(qū)）和表干區(qū)（大氣區(qū)）。涂層系統(tǒng)的設(shè)計使用年限應(yīng)不少于10 年;涂層施工時混凝土齡期應(yīng)不少于28天，并通過驗收合格。

防腐蝕涂料應(yīng)具有耐堿性、附著性和耐蝕性，底層涂料尚應(yīng)具有良好滲透能力，表層涂料尚具有耐老化性，表濕區(qū)防腐涂料應(yīng)具有濕固化、耐磨耐沖擊和耐老化等性能。涂層與混凝土粘結(jié)力不小于1.5MPa。

涂層系統(tǒng)應(yīng)由底層、中間層和面層或底層和面層配套涂料涂膜組成，配套上下層涂料間應(yīng)具有相溶性。

6? 結(jié)語

墩臺與基礎(chǔ)習慣上稱為橋梁的下部結(jié)構(gòu)，而且大部分位于地面線以下，默默背負所有的重量。一旦下部結(jié)構(gòu)有安全風險，那么上部結(jié)構(gòu)的安全風險就會數(shù)倍的增長，所以，必須不惜代價保證下部結(jié)構(gòu)的安全運營。對下部結(jié)構(gòu)特別是對基礎(chǔ)的檢查過程中，一定要嚴格按照規(guī)范詳細檢查，不可因為復(fù)雜的環(huán)境條件而缺項、漏項，甚至麻痹大意。然后根據(jù)本文中詳細描述的維修加固方案進行針對性的維修加固，保障橋梁工程安全運營，同時也保障了人民的生命和財產(chǎn)安全，有重要的社會意義。

參考文獻

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