软土地基桥梁病害与加固技术

王锦荣

（安徽省休宁县县乡公路管理所，安徽 休宁 245400）

0 引言

我国在软土理论研究上已有数十年历史，对软土的物理力学性质有了基本了解。对于桥梁工程，更多的是关注于桩基强度是否满足要求等，而往往忽视台后填土，特别是台身较高的桥台填土对桥台结构的影响。在实际工程中，与之相关的工程病害时有发生，确实值得深思和探讨。本文结合软土条件下桥梁整体结构受力特点，分析病害的成因，并对加固设计方案进行了介绍，为同类问题的桥梁设计提供参考。

1 工程简况

皖南山区某桥跨径组成为：5×16m，上部采用先简支后连续的先张预应力混凝土空心板，下部采用钢筋混凝土圆形双柱墩，两岸桥台均为肋板式桥台，每座桥台两片肋，肋厚度80cm，0＃台台高为7m（至台帽顶），5＃台台高为8m（至台帽顶）。

2 主要病害

本桥施工过程中，在桥台台背填土时发现台帽沿道路中心线向左、右两侧分离，左、右幅桥台肋板出现水平裂纹。经现场检测情况，该桥存在主要病害如下：

（1）桥梁墩台支座均发生不同程度的剪切变形，其中以桥台支座变形最为严重，主要表现在支座剪切变形量大，防震锚栓被拔出。支座剪切变形的最大角度超过350，剪切位移量超过2.9cm。

（2）桥墩墩柱侧面出现水平裂缝，裂缝大部分都位于地面以上2m范围内，最长裂至圆柱半个周长，裂缝宽度在0.1mm～0.25mm范围内，个别达到0.3mm，并且裂缝呈现两端窄、中间宽的形态。其中1＃～38＃墩裂缝发生在大桩号侧半圆柱面，而48＃墩裂缝发生在小桩号侧半圆柱面。

（3）桥墩竖直度检测共发现6根墩柱纵向竖直度超出评定标准允许值，最大竖直度达到0.4%；共4根墩柱横向竖直度超出评定标准允许值，最大竖直度达到0.4%。一方面，该偏差应为施工误差产生，另一方面，可以推断桥墩墩顶发生了纵、横向变位。1＃、2＃、3＃桥墩横向变位均表现为方向向左，4＃桥墩则大部分表现为方向向右；1＃、2＃、3＃桥墩墩顶纵桥向变位表现为方向向0＃桥台，4＃桥墩墩顶表现为方向向5＃桥台，从变位情况所判定的墩柱受力状态与结构表现出的病害基本吻合。

（4）桥台混凝土肋板出现横向的水平裂缝，尤其以5＃桥台最为严重。裂缝分布及形态主要表现为由每片肋板左、右侧面开始延展至肋板台前立面，并在肋板台前立面中部会合，裂缝宽度表现出两侧面裂缝起始处宽，至肋板台前立面会合处最窄的规律。同时，从左幅右侧肋和右幅左侧肋台前立面可见裂缝左侧宽、右侧窄，最大裂缝宽度有5mm，最大裂缝长度贯通整个肋板的横断面。

（5）通过桥梁长度以及桥台纵向、高差及横向的变位测量结合目前桥梁所发生的病害情况可以推断，本桥桥台已经发生变位，主要体现在桥台的纵向移位、倾斜以及基础的不均匀下沉。

3 桥台变位计算

通过桥台变位计算分析，总结了在桥台台后土压力作用下结构的内力和变形趋势。材料参数严格按原施工图设计图纸进行取值。

施工阶段简化为3种工况：

工况一：桥台施工完毕，未架梁；

工况二：上部架梁，仅考虑上部竖向力；

工况三：上部架梁，考虑上部竖向力和支座摩阻力。

通过计算发现，桥台在台后土压力等外荷载的作用下发生了纵向变形，由于上部主梁通过支座对桥台有约束作用，导致肋身在台帽底以下2m处发生了较大弯矩，与肋身出现的最大水平裂缝位置基本一致。

4 病害成因分析

本桥桥址处于软弱地基，地质条件较差，受软基蠕变的影响，台后路基填土竖向力及主动土压力作用下引起软基塑形流动及软基压密下沉，从而使桥台向河心方向变位。桥台通过防震锚栓和支座带动主梁变位，但桥台变位大于主梁变位，因而使桥台支座发生朝河岸方向的剪切变形。主梁通过防震锚栓和支座带动桥墩变位的同时，桥墩亦受软基蠕动影响发生变位，造成墩顶支座剪切变形。承台以下基础部分在土弹簧作用下形成一定的水平约束，桥台台身形成“弓弦状”受力状态，加上不均匀沉降因素的影响，台身肋板混凝土产生开裂。同上述原因，桥梁墩柱墩底一定范围内，也产生较大的弯矩和应力，造成墩柱混凝土开裂。

5 加固设计方案

目前桥梁所反映的病害已对桥梁的结构安全构成了较大的威胁，影响了后续施工及正常运营使用的要求。因此，应及时对桥梁的病害进行维修处治，消除桥梁的安全隐患。根据结构存在的病害及实际受力状况，提出以下4种方案供参考。

5.1 方案一：对原桥实施加固处理

（1）针对桥台肋板出现的开裂情况，采用对该桥台拆除重建的方案。新建桥台基础采用砂性土填高3m，再构筑新桥台。新建桥台台高（台帽顶至承台底）较原桥台台高由8m降低至5m，同时增加桥台肋板截面尺寸，采用4根1.2m的桩基础以承担桩顶反力。

（2）对桥墩墩柱混凝土裂缝分布的区域、整体进行高压水枪冲洗至竖向主筋外露，并采用增设钢筋与原竖向主筋帮焊，帮焊后重新浇注聚合物混凝土进行修复以提高桥墩墩柱承载力。在每座桥墩桩基纵向前后共增加4根桩基础，新增桩基形成后，利用原桩基桩头与系梁通过植筋、布置受力钢筋、浇注混凝土构筑桩基承台。

（3）对0＃桥台肋板采用外包混凝土的方法进行处治，处治范围为每道肋板台帽底至承台顶的整个台身。在每座肋台基底纵向前、后共增加4根桩基础，新增桩基形成后，再接长、加宽原桩基承台。

（4）针对本桥支座剪切变形的病害，采用更换支座的方式进行处治。

（5）针对桥台周边的软基，采用预应力混凝土管桩进行处治。

方案优点：

（1）通过对受损墩台构件进行重建或加固，提高了桥梁自身的刚度及承载能力，增加了桥梁抵抗因台后软土地基造成的不利影响。

（2）针对既有病害进行处治，基本解决了软土地质情况对基础产生的不利影响。增设桥、墩台桩基后，承载力有较大程度提高，增加了安全储备。

（3）施工周期短，桥梁大部分构件能够利用，避免浪费，降低造价。

方案缺点：

（1）由于桥台基础仍处于软土地基，外因没有得到根治，桥梁运营时存在发生病害的潜在风险。

（2）施工工序复杂。

5.2 方案二：延长桥长，降低台高

由于本桥5＃桥台处于软土地基范围内，病害较为严重，拟采用将5＃台后208m长路基改成桥梁方案，即在原桥的基础上，增加跨径13m×16m的装配式预应力混凝土空心板。

方案优点：

（1）延长桥孔后，桥台高度降低，台后土压力减小且避开了台后软土地质的不良影响，彻底根治了5＃桥台存在的病害。

（2）对原桥加以利用，避免浪费。

方案缺点：

（1）该方案相比方案一造价高，施工周期长。

（2）原桥仍需加固，施工工序复杂。

（3）0＃桥台填土高度仍然很高，后期运营时仍存在发生病害的潜在风险。

5.3 方案三：调整路线高度，桥梁高度随之降低

由于原路线线位较高，拟采用对桥址处原路线2km范围内的设计高程进行调整，按照降低路线设计高度约2.5m的原则重新拟定纵坡，以降低桥梁高度。

方案优点：

（1）降低桥址所在区段的路线设计高度，大大降低了桥台的高度，且避开了台后软土地质的不良影响，彻底根治了桥梁病害。

（2）桥梁病害得到根治，彻底排除了安全隐患。方案缺点：

（1）该方案相比方案一造价高，施工周期最长。

（2）对现有构造物影响最大。

5.4 方案四：墩台基础设置支撑梁

在桥墩、台基础处采取措施，利用在基础处产生的阻力来抵消桥台的水平力。根据此加固设计思路，拟采用对桥、墩台基础设置支撑梁，即在墩台及墩承台处设置支撑梁，直接抵抗水平推力，同时采取其他适当的施工方法相配合，如重新填筑台后填土应控制施工速度，采取合理的施工顺序等。

方案优点：

（1）防止了桥墩、台进一步滑动，增强了桥墩、台的稳定性，有效地抑制了桥台的前移。

（2）原结构基本得到利用，造价相对较低。

方案缺点：

（1）对于原桥已经出现的墩台移位情况难以实现有效纠偏。

（2）桥台基础仍处于软土地基，外因没有得到根治，桥梁运营时存在发生病害的潜在风险。

6 结论与建议

本文从位于软土地基的某桥梁病害着手，通过病害发展趋势、结构计算分析总结桥梁结构的病害成因，从外因判断与台身较高、台后土压力较大以及施工填土速率相关，从内因判断应为软土地基下受软基蠕变影响、桥位处软基塑性流动及软基压密下沉有关。据此病害成因，本文提出4种切实可行的加固设计方案，可供同行参考。

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［2］邵旭东，程翔云，李立峰.桥梁设计与计算［M］.北京：人民交通出版社，2007.

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