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    某軟土地區公路橋梁橋臺病害及加固研究
    發布時間:2014-08-05

      文本摘要:某軟土地區橋梁出現橋臺前移,立柱及帽梁產生裂縫,橋頭跳車、路面鋪裝起拱破損的病害,針對這一軟土地區橋梁比較普遍的病害,作者通過對某橋橋臺病害的病因分析及處理方案的研究,提出對橋梁設計的一些建議,供讀者參考。

      關 鍵 詞:軟土公路橋梁橋臺病害及加固

      軟土是在江河海濱、內陸湖塘盆地及多雨地區的坡谷和山間洼地等地區的近代水下沉積的一種飽和粘性土。它的物理力學特性非常差,主要表現為高含水率(ω>35%)、高孔隙比(e>1.0)、快剪內摩擦角及粘著力小、強度低、高壓縮性、滲透系數小、沉降持續時間長,它還具有觸變性和蠕變性。在這樣的軟土地區修建橋梁時,若設計時考慮不周或施工中若不尊重科學將會帶來嚴重后果,特別是橋臺部分,若處之不當,輕則影響橋臺樁基礎,造成橋臺樁基位移或開裂,重則橋毀人亡,多年來,我國在軟土地區修建了大量的橋梁,經常碰到由于橋臺軟土地基處理不當造成橋梁病害的問題。下面針對浙江某公路橋實例,對軟土地區橋梁的橋臺病害進行原因分析及采取的幾種處理方法及處理效果進行探討。

      1.橋梁病害工程實例分析

      1.1 工程概述及病害現狀

      該橋跨越浙江某市一河溝,為三孔l6米空心板梁,該橋于1999年施工,建成于2000年7月,橋臺類型為樁柱式橋臺,臺后填土高度為5.5米,臺后接擋墻,運行后逐漸出現以下病害:1.臺后擋墻下沉、前移,頂緊橋臺,空心板梁相互頂緊,局部橋面鋪裝起拱破裂。2.左右兩橋臺前墻出現裂縫;帽梁中間出現豎向裂縫一條。3.兩橋臺立柱出現三條橫向貫通裂縫。

      1.2 病害原因分析

      從病害現狀分析,造成病害發生的主要原因是:由于橋址處地質條件差,橋臺及臺后擋土墻的基礎未能進行有效的處理,在經過路面活載及路基自重的作用造成臺后土體的下沉、滑動引起擋墻滑動前移,其基礎頂緊橋臺系梁,從而產生較大的水平力作用于橋臺,引起橋臺產生轉角及水平位移,由于橋臺的水平位移,造成梁部之間及梁部與橋臺之間的梁縫縮小直至頂緊,對兩橋臺的耳墻產生反向水平頂推力,由于耳墻的水平抗力不夠造成耳墻的剪切破壞產生裂縫,同時在橋臺系梁底部由于受到河床地基的反向水平抵抗力,使得橋臺立柱成了梁的受力形式,這與設計時按照柱的受力形式考慮不一致,立柱由于受到較大彎矩的作用而產生裂縫。

      1.3 加固方案及其比較:

      根據橋址現場地形、地貌、地質情況、周邊施工環境及交通要求等因素綜合考慮,本橋加固主要有橋面部分修補及橋臺基礎加固處理兩部分,其中橋面部分的修補需要在加固的橋臺沉降及位移穩定后進行,對梁部接縫處橋面鋪裝層拆除后修復,處理起來相對簡單,因此本橋加固的主要工作是對橋臺部分病害進行加固,根據病害產生原因,本文主要研究了如下兩個方案:

      方案一:在橋臺前面進行加固處理(見圖1)

      本橋產生病害原因之一是由于臺后填土在自重及路面荷載作用下產生滑動引起的,這是產生橋臺病害的外因,本加固方案的主要原理是根據這一病因,通過對產生橋臺病害的滑動土體進行處理,采用改善橋臺處地基的物理力學特性及逆向加載的方法來維持既有臺后的土體狀態的穩定,防止病害進一步加劇,減輕臺后水平作用力對橋臺結構的影響,同時對既有橋臺本身進行修補、加強以達到加固目的。具體實施方法為:先將橋臺前面河床底地基實施旋噴樁加固,形成復合地基,改善臺前地基土的物理力學性質,增強其抗滑能力,防止臺后填土產生的深層滑動的加劇,減輕臺后填土深層滑動對橋臺的影響,待旋噴樁施工完畢后在樁頂設框架式聯結承臺將各樁利用樁頭鋼筋聯結起來形成一個整體基礎,共同承受橋臺系梁傳遞的水平力,同時對橋臺立柱及橋臺帽梁產生的裂縫進行修補及鋼板加固處理,減輕外部環境對橋臺受力鋼筋的銹蝕及腐蝕作用,增強結構強度,施工完畢后,在承臺頂部填土并夯實,對橋臺進行反壓,在臺前產生反向水平土壓力,抵消臺后部分水平土壓力,減輕臺后水平力對橋臺的影響,同時臺前填土增強了對臺后滑動土體的抵抗力,填土外部采用漿砌片石進行鋪砌防止河水對土體的沖刷。另外對橋臺后擋土墻還需進行注漿加固,減少臺后土體的沉降并產生對滑動土體的抵抗作用,待兩個橋臺施工完畢后鑿除橋臺前墻鋼筋混凝土2厘米作為粱縫。最后對橋面進行修補處理。

      方案二:對橋臺結構進行加固處理(見圖2)。

      由于本橋設計時對臺后水平力的考慮不足,加上臺后擋土墻的設計不合理,才造成目前的病害,這是產生橋臺病害的內因。本加固方案的主要原理是根據這一病因,通過對既有樁柱式橋臺進行加固,將樁柱式橋臺改變為肋板式橋臺,加強橋臺結構強度,提高橋臺的臺后水平抵抗力,同時對橋臺周圍地基進行注漿改善其力學特性達到加固目的。具體實施方法為:在既有橋臺臺后增加一排4根ψ1.2米的鉆孔樁與既有橋臺對應布置,加固樁基施工完畢后,在原橋臺樁基周圍進行注漿加固,改善樁基周圍地基土的物理力學性質,減少臺后回填土的后期沉降量。

      然后將原橋臺樁基、加固樁基用承臺聯結形成群樁共同承受外力。并將原橋臺立柱用鋼筋混凝土墻包裹起來與承臺連為一體。同時在四個橋臺立柱后設置肋板進行加強形成肋板式橋臺結構,共同承受水平及豎向外力,大大的增強了橋臺結構的強度,能有效的減少基礎沉降及水平位移。本方案要求左右兩橋臺對稱施工,保證兩橋臺的施工進度一致,以防止兩橋臺的受力不對稱造成破壞。在橋臺加固施工完畢后鑿除橋臺前墻鋼筋混凝土2厘米作為梁縫。最后對橋面進行修補處理。

      兩種方案的比較

      以上兩種方案是根據橋臺產生病害的外因和內因而采取的加固方案,分別采用了逆向加載減輕臺后土體滑動對橋臺結構的影響和增加橋臺結構強度的方法來進行加固,都能達到加固目的,但其加固效果、對既有交通及周邊環境的的影響各有優缺點。第一種加固方案的優點是能保證車輛正常通行,施工影響面小,工期短,相對投資較少;缺點是壓縮了原有的河道,對河道的通航及行洪能力有較大影響,由于是在臺前進行加固影響了橋梁的整體美感,不是一個徹底的解決方案;第二種方案在保證部分通行能力的條件下只能按照半幅施工半幅行車進行施工。因此在施工時需要進行施工防護,對既有道路的通行能力影響較大,同時地下管線的拆除及恢復對附近居民的生活影響也較大,其施工影響面大,工期長,相對投資較大,但對河道的通航及行洪能力沒有影響,相對加固措施比較徹底一些。

      2.對軟土地區橋臺設計的建議

      由于軟土土質軟弱,其抗剪強度不足,加上臺后填土性能不佳、填土速率過快、施工質量較差或排水不良等因素的影響,致使橋頭路堤沿某一滑動面滑移,同時使橋臺產生位移,這是軟土地區橋梁病害事故中發生最多的一種。因此在軟土地區修建橋梁,要充分考慮軟土力學特性差的缺點,在橋位選擇上要盡量避開深層軟土區。當無法避開時需要采取必要的地基加固措施或采用水平抵抗力較強的橋臺及其基礎結構形式。目前采用較為成功的措施主要有臺前反壓,即在臺前設反壓馬道或護坡;延長橋孔,避免臺后填土過高;橋頭地基進行砂井預壓,碎石樁、旋噴樁、粉噴樁等加固處理;臺后填土采用比重小、內摩擦角大的輕質材料,減輕臺后土體的滑動所帶來的影響;橋臺結構形式宜采用整體性好的輕型橋臺,如框架式橋臺、肋板式橋臺等;橋臺基礎一般宜采用樁基礎,但需充分考慮其水平抗力。所有這些措施的核心就是盡量減小橋臺臺后填土對橋臺結構產生的水平力和增強橋臺結構的整體強度。當一種措施難以滿足要求時,可采用多種措施進行綜合處理。

      3.結語

      軟土地區橋梁設計及施工中,橋臺部分的處理是一個需要特別注意的問題,除在設計中要對其處理措施進行充分考慮外,施工時更需要重視其施工質量,特別是臺后土的回填,是橋梁附屬工程施工的一道必要工序,但長期以來一直不受到重視,施工質量難以得到保證,經常造成由于橋頭沉降引起橋頭跳車的病害,這是公路建設中是一個比較普遍的現象,而軟土地基路段更顯得尤為突出,若沉降過大可致使橋梁橋臺至基礎或下部構造開裂,如何處理好橋梁軟基橋頭,顯得尤為重要。通過對本文所講的橋臺病害實例分析及加固措施,我們應該從中吸取經驗教訓,軟土的性質雖極為惡劣,只要在設計中充分考慮各種不利因素的影響,針對軟土的特性做好橋式方案的設計,在施工中采用正確合理的方法,是完全可以避免類似病害發生的。鑒于本橋的加固尚未實施,篇中未采用具體的地名及橋名請見諒。對于軟土地區橋梁橋臺產生病害的原因及加固方法很多,國內外對于橋梁加固的技術日益成熟,以上只是針對具體某一位置的加固方案提出自己的見解,供大家參考。



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