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橋臺、橋墩病害及加固方法

近年來,隨著國內外交通事業的迅猛發展、運輸量的大幅度提高、車輛載重量的日益增加,以及長期在自然環境(大氣腐蝕、溫度、濕度變化等)和使用環境(荷載作用頻率的增加、材料與結構的疲勞等)的作用下,許多橋梁已漸漸不能適應現代交通的要求,直接威脅著人民生命財產的安全。

因此,對橋梁結構的維修、加固和修復等方面的研究已經引起了廣泛的關注。

相對上部結構,橋梁下部結構更容易受到病害。橋梁下部結構包括橋臺、橋墩、基礎三個方面,應及時對橋梁下部結構病害進行研究分析,選擇適合橋梁加固的關鍵技術,本篇著重講述橋臺與橋墩的病害防治和加固技術。

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橋臺病害及其加固方案

橋臺的定義:橋臺,位于橋梁兩端,支承橋梁上部結構并和路堤相銜接的建筑物。其功能除傳遞橋梁上部結構的荷載到基礎外,還具有抵擋臺后的填土壓力、穩定橋頭路基、使橋頭線路和橋上線路可靠而平穩地連接的作用。

橋臺一般是石砌或素混凝土結構,輕型橋臺則采用鋼筋混凝土結構。在岸邊或橋孔盡端介于橋梁與路堤連接處的支撐結構物。它起著支撐上部結構和連接兩岸道路同時還要擋住橋臺背后填土的作用。

橋臺基本上可以分為以下幾類:1、重力式橋臺;2、輕型橋臺;3、框架式橋臺;4、組合橋臺;5、承拉橋臺。前兩種橋臺應用較廣,本篇主要講前兩種。

1.1 重力式橋臺

1.1.1常見病害

(1)橋臺的前墻向橋孔前傾,兩側與側墻連接處出現由上至下的豎向裂縫,也有可能兩側墻向外傾斜,特別是高橋臺較易出現這種病害,主要原因是臺內土壓力過大。

(2)臺帽下的前墻上產生斜裂縫,主要是活動支座失靈或支座下的臺帽中未設置擴散應力的鋼筋網,砌筑質量差,或臺帽受到過大沖擊力所致。

(3)臺身前墻出現豎向裂縫,大致在中部,由上至下的開裂,一般是橫向兩端的下沉量比中間大,由下至上的開裂則相反。

(4)臺身出現大面積網裂、風化、剝落、缺損,一般為材料強度不高、砌筑質量不好造成的。

1.1.2可選加固方法

(1)對臺身前墻前傾,視傾斜程度及發展情況,可采用全部或部分填料,最好是在破壞棱體范圍內挖出臺后填料,更換為砂礫石、碎石或干砌、漿砌片石等側壓力較小的材料,或者增加或加長搭板或加厚前墻,或者在臺后增加橋孔。

拱橋在換填料時,應采取措施保持拱推力對橋臺的平衡,如在橋孔設臨時拉桿或臺后設臨時支撐承受水平力。

(2)對拱橋橋臺因推力產生向臺后滑動或傾斜,可根據現場地形及地質情況,加厚兩側墻,所加厚部分要與原臺身牢固結合,但同時也增加自重或在兩側墻后端增設鋼筋混凝土擋板,以增大側墻與土體的接觸面,提高土抗力。

(3)如果跨徑不大,橋下空間又許可時,可在墩臺之間設置鋼拉桿,承受部分水平推力,限制或阻止水平位移。對于多孔拱橋,應注意各孔之間的推力平衡。如果臺后不能開挖而臺前有條件,可在臺前增設支撐墻、支撐肋、支撐桿等,有條件時可改成埋置式橋臺,還可在臺身上設置一至多道鋼筋混凝土水平U形箍,錨固在臺身上。

(4)臺帽下的裂縫可采用高強度等級水泥漿或砂漿灌注封閉,如果是支座引起的要先更換支座。

(5)對臺身前墻豎向裂縫,如是基礎橫向不均勻沉降引起,且沉降尚未終止,應先加固地基,再用水泥漿或砂漿灌縫封閉后,采用鋼筋混凝土圍帶、鋼箍或增大前墻厚度等方法加固。

(6)對臺身大面積開裂、破損、風化、剝落的,可采用外包鋼筋混凝土套箍加固。

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1.2 輕型橋臺

輕型橋臺的形式很多,如:各種埋置式臺、薄壁橋臺、U形橋臺、背撐式橋臺、箱型橋臺等。

輕型橋臺一般采用鋼筋混凝土澆筑,其重量輕、剛度小,有一定的彈性變形。

橋臺大致分為柱、墻、梁、板、框架等鋼筋混凝土構件。各種鋼筋混凝土構件所具有的病害,它們也可能有,加固方法大致相同。

1.2.1常見病害

(1)柱式橋臺的臺帽或蓋梁向橋孔前傾,臺背處的伸縮縫被頂緊,或支座嚴重歪斜。柱式橋臺雖然一般采用埋置式,即有前錐坡,但如果臺高、柱又少的話,臺后土壓力仍會將橋臺推斜。

如果沒有前錐坡,臺帽下的擋土墻可能前傾或開裂,臺柱出現水平裂縫,嚴重時擋墻還會局部坍塌。

(2)橋臺蓋梁出現豎向裂縫,這要根據裂縫發展的方向、上部結構的受力情況、蓋梁跨度或懸臂長度、基礎是否有不均勻沉降等因素,判斷裂縫是由于受力引起的還是基礎下沉引起的。柱式橋臺如果設有兩側墻擋土作為獨立的擋土墻,也會出現因土壓力過大引起外傾、開裂等現象。

1.2.2加固方法

(1)對于橋臺向橋孔前傾的情況,可類似于加固重力式U形臺前墻前傾那樣,更換臺后破壞棱體長度內的填料為砂礫石、碎石或干砌、漿砌片石。有前錐坡的橋臺應挖到前錐坡頂面偏下附近,沒有前錐坡的應挖到臺底面處。還可增設或加長搭板。

(2)當路堤高而坡度大時,可考慮改路堤為橋孔,或在臺后增設一擋土墻高度,視有無前錐坡而定。或在臺前加斜支撐梁、支撐肋等針對橋臺蓋梁出現的豎向開裂。如果是基礎不均勻沉降引起的應先加固地基。

蓋梁的加固采用粘貼鋼板或纖維復合材料、體外預應力、增大截面高度、中間加柱等方式。

橋墩病害及其加固方案

橋墩的定義:橋墩是支承橋跨結構并將恒截和車輛活載傳至地基的亞筑物。橋臺設在橋梁兩側,橋墩則在兩橋臺之間。

橋墩的作用是支承橋跨結構: 面橋臺支撐起支承橋跨結構的作用外,還要與路堤銜接并防止路堤滑場。為保護析臺和路堤填士,析臺兩側常做一些防護和導流工程。

橋墩主要可以分為以下幾類:1、重力式橋墩;2、空心式橋墩;3、樁式墩;4、柱式墩;5、柔性墩;6、薄壁墩。等,除了重力式橋墩,大多數橋墩可歸類為輕型橋墩

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2.1 重力式橋墩

重力式橋墩體積大、自重大、抗推剛度也大,一般采用片石混凝土。由于材料價廉,地基好時常用。

2.1.1 常見病害

(1)墩身豎向裂縫,一般是基礎橫向不均勻沉降引起,若裂縫由下而上,說明基礎中部的沉降大于兩端;若裂縫由上而下,說明基礎兩端的沉降大于中部。

(2)墩身水平裂縫,對梁式橋,一般是砌筑質量或混凝土澆筑質量不良引起;墩身水平裂縫,對于拱式橋,也有可能是相鄰兩跨的水平力相差過大引起。

(3)若墩身出現網裂,主要是砌縫砂漿不飽滿或砂漿強度降低引起,也可能是日照溫差應力或水位頻繁漲落引起。

(4)墩帽中部出現縱向裂縫,或支座四周出現放射形裂縫主要是墩帽尺寸不夠,特別是厚度或邊緣寬度不足,或墩帽水平鋼筋網配置不足,混凝土強度降低,在局部壓應力大時引起開裂。

2.1.2 可選加固方法

(1)對墩身豎向開裂,如果是基礎橫向不均勻沉降引起,沉降未停止,應先加固地基,再用水泥漿或砂漿灌縫封閉后,采用封閉型鋼筋混凝土圍帶,或型鋼箍,或外包鋼筋混凝土加大墩身截面加固。

(2)對墩身水平裂縫,如果開裂不嚴重并已基本穩定,可灌注高強度水泥漿封閉。如果開裂嚴重或仍在發展的,除了灌漿封閉外,還應外包鋼筋混凝土。

(3)對大面積網裂也是如此。墩帽出現的裂縫,視縫寬的大小,采用環氧膠或環氧砂漿灌縫,如果開裂嚴重,則需要墩帽加封閉形鋼筋混凝土圍帶或鋼箍。

2.2 輕型橋墩

輕型橋墩的形式很多,特別是城市立交橋的橋墩花樣更多,如薄壁墩、柱式墩、T形墩、V形墩、柔性排架墩、空心墩等。

墩身一般采用鋼筋混凝土,如果橋較寬,墩帽或蓋梁常采用預應力混凝土。輕型墩剛度小,可有一定的彈性變形。橋墩可大致分為柱、梁、墻、斜撐等鋼筋混凝土構件,柱、梁、墻、斜撐為偏心受壓構件,一般作為墩身,墩帽或蓋梁可作為簡支梁、懸臂梁或連續梁。

2.2.1 常見病害

(1)橋墩蓋梁的跨中出現由上而下的豎向裂縫,一般為基礎橫向不均勻下沉引起。

(2)如果蓋梁的受拉區出現豎向開裂,說明蓋梁抗彎能力不足。

(3)如果墩柱附近出現斜裂縫,則說明抗剪能力不足。

(4)蓋梁一般較寬,很少會出現斜裂縫,但如果蓋梁承受剪力較大,斜筋配置不足時也可能出現。

(5)不等高蓋梁或墩帽的內角隅處出現豎向裂縫,嚴重時部分混凝土剝落露筋,主要是蓋梁水平配筋不足,截面尺寸不合理,由局部應力所致。

(6)墩柱歪斜,一般是基礎發生了水平位移,如基礎受單側軟基擠壓,相鄰兩跨上部結構的水平力嚴重不平衡,車、船撞擊等原因造成的。

(7)墩身出現水平裂縫,一般是墩身承受較大彎矩所致,如相鄰兩孔上部結構水平力嚴重不平衡,特別是獨柱固結墩在荷載偏心或上部結構為彎橋受扭時,傳給墩柱的橫向彎矩過大引起。

(8)T形墩的墩帽中部上方出現豎向裂縫,或墩帽出現斜裂縫,主要是墩帽懸臂過長,或預應力施加不足,造成抗彎、抗剪能力不夠所致。

(9)墩身出現豎向裂縫并伴有沿縫破碎現象,一般是主鋼筋生銹所致。如果墩身出現網裂、脫皮等,是日照溫差應力或水位頻繁漲落及腐蝕引起。

2.2.2可選加固方法

(1)對蓋梁或墩帽出現的各種豎向裂縫和斜裂縫,可在受拉區兩側面采用粘貼鋼板或纖維復合材料、施加體外預應力、增加梁高、提高抗彎剛度。

(2)對懸臂或跨度過長的蓋梁或墩帽,還可考慮在蓋梁或墩帽下加柱等加固。

(3)對不等高蓋梁局部應力裂縫,可采用灌環氧膠封閉后,兩側粘貼塊形鋼板,嚴重開裂時,應鉆孔后穿入錨桿錨固。

(4)對于墩柱歪斜,如果是地基引起的,應首先加固地基,而后無論何種原因引起的歪斜,都可采用增大墩柱截面修正,增加新的墩柱、增加斜撐,替換等方式加固。

(5)對墩柱出現的水平裂縫、豎直裂縫及網裂等,如果水平開裂是由于彎曲受扭過大引起的,首先要盡量削減恒活載扭矩,如改變支座設置、釋放墩梁固結為橫向可活動的支座,在上部結構的腹板側面縱向張拉體外預應力,改獨柱墩為兩柱或三柱墩等。

墩柱本身的加固可采用外包鋼筋混凝土套箍,外貼多道或全高范圍粘貼鋼板或纖維復合材料箍及加斜撐、加柱等方式加固。

結論

總的來說橋梁加固方案的選擇應充分考慮實施可行性的論證,對加固過程證可能出現的危及結構安全的隱患,應提出臨時性措施,盡量減少對橋上交通的影響,做到橋梁加固技術先進、安全可靠、經久耐用、經濟合理和有利于環保的要求。

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