钢管约束混凝土在桥墩加固中的应用

宋 杨

（四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院， 四川 成都 610041）

0 前言

“5.12地震”后，震区公路桥梁受损严重，其中桥墩的受损状况比较复杂，受损原因多样，且对整桥危害性高，所以桥梁修复的第一个环节就应是加固其受损的桥墩。

1 桥墩病害介绍

1.1 K26+772.6顺河桥工程概况及主要病害

顺河桥桥位处于国道213（317）线映秀至草坡段中心桩号K26+772.6,上部结构为预应力空心板梁桥，跨径组合为 1×30+7×20，桥长 183.21m，桥面总宽 8.5米，桩柱式墩，0号桥台为桩柱式桥台，桩基础，8号桥台为重力式桥台，扩大基础。

桥墩主要病害为：第3号墩柱1号柱和第5号墩2#柱因被地震中从山体上滚落的飞石撞击完全剪断，露出钢筋，主筋弯曲，箍筋被拉断，砼缺损，缺损范围190×80cm。

1.2 蒙子沟中桥工程概况及主要病害

蒙子沟中桥桥梁全长85.5m。桥上纵坡1%，上部采用4×20米预应力砼空心板，下部桥台采用桩柱式桥台；桩柱式桥墩。支座采用板式橡胶支座；0，4号桥台分别设置一道 CD-60型伸缩缝。支座垫石高度 10cm。该桥都江堰侧部分位于R=110米缓和曲线上。

桥墩主要病害为：桥梁在地震力的作用下，桥墩根部随地壳发生位移，致使桥墩与竖直方向发生偏角，1#桥墩右墩柱墩顶向都江堰侧偏移30cm，2#、3#桥墩左右墩柱墩顶均向映秀侧偏移约20cm。

2 加固方案

2.1 K26+772.6顺河桥桥墩加固

因该桥为抢险救援车辆进入汶川“生命线”的重要组成部分。在桥墩受损后，虽然两桥所在路段实行了交通管制，但仍有施工车辆在桥上行驶，且震区余震不断，侧面山体时有滚石、滑坡等不良地质灾害发生，此桥存在极大安全隐患，为尽快解除安全隐患和及时抢通“生命线”，两受损最严重的桥墩需要紧急加固，这两个桥墩也是整条G213线上最先加固的桥墩。

由于之前没有此类桥墩加固的经验，所以当时首先提出了针对抢通路段的两个处治加固方案进行比选：

1、在受损墩柱所在盖梁下架设临时支墩；

2、充分利用原有墩柱，将受损墩柱分段外包钢套筒，上下层钢套筒采用对接焊缝连接，并用小石子混凝土填充钢板与原墩柱间的空隙。

经过研究讨论，方案一存在以下缺点：1、若采用钢管桩支墩，受损桥墩处被乱石包围打桩所必需的机具设备无法到达；2、若采用万能杆件支墩，清理巨石、挖掘基础所费工期太长，且落石时有发生，有再次击中支墩的危险。对比方案一，方案二在新增加截面的部分提高柱子承载力的同时，还因新增钢板箍的横向约束作用，使原混凝土柱产生良好的三向应力状态，因而可以大幅度提高柱子的承载力，而且具有材料充足、制作简单、安装方便、整体性强、可靠性高、依靠人力能实现、工期易控制等优点。所以，最后采用了将原墩柱外包钢板，并以小石子砼填充的第二种加固方案。

具体施工过程可分为以下几步：1.在未损坏的桥面上切割钢板到规定尺寸，同时将原墩柱表面混凝土凿毛，以增强新老混凝土的粘结；2.将切割好的钢板制作成半圆形的钢套管，加焊加劲肋；3.安装最底层的钢套管；4.将摆好的两片半圆形钢套管对拼成整圆，采用对接焊缝使其连接；5.按以上方法继续往上拼装钢套管到墩柱顶部；6.待外包的钢板圆筒拼装完毕，从上至下往套筒中灌注小石子混凝土，并通过不断敲打钢套筒以实现内注混凝土的振捣；7.完成灌注后，对桥梁实行交通管制，待混凝土达到强度后，方可使用。

2.2 蒙子沟中桥桥墩加固

蒙子沟中桥在震后第一次的抢通保通处治时，已针对病害采取了在桥面上架设321战备钢梁的抢通保通措施，而此次加固目的在于拆除321战备钢梁，以便进行桥梁的梁体复位，并保证整桥永久加固的顺利实施；而且，当时 K26+772.6顺河桥的桥墩加固方案已实施，效果良好。所以蒙子沟中桥的桥墩加固没有进行方案比选，是直接采用了和 K26+772.6顺河桥相同的加固方案——外包钢套筒，内填小石子砼。并在实施细节上，对之前顺河桥的方案进行了优化。

其具体实施步骤为：

①在1号墩和3号墩两侧搭设支架，临时支承主梁，对1号墩和3号墩进行卸载，使其恢复一部分弹性变形；

②清除柱身破碎混凝土，将原墩柱开裂处采用环氧树脂胶灌缝，原墩柱表面凿毛；

③承台顶面钻孔，安装法兰盘和第一节钢套筒；

④安装第二节钢套筒(先临时连接，后半熔透焊接)，灌注底节和第二节内微膨胀混凝土，并振捣密实；

⑤从下到上逐段安装钢套筒，灌注C30微膨胀混凝土，并充分振捣，注意竖焊缝每节段环向错开120°；

⑥安装最顶段钢套筒，灌注C30砼，并充分振捣。

⑦拆除钢板的环向加劲肋和三角加劲肋，钢板表面防腐处理。

钢板表面防腐选用：环氧富锌底漆 50 μm；环氧云铁中间漆 60 μm；聚氨酯面漆2×40 μm。

2.3 实施效果

K26+772.6顺河桥所和蒙子沟中桥采用的钢筋混凝土柱外包钢套筒、内填小石子砼的加固方案，用小石子混凝土少量增大柱子截面，并外包钢板套筒， 在新增加截面部分提高柱子承载力的同时，还因新增钢板箍的横向约束作用，使原混凝土柱产生良好的三向应力状态（所谓混凝土柱的三向应力状态是指，在轴心压力作用下，核心混凝土受外包钢板套筒的紧箍作用，而使混凝土纵向、径向和环向皆受压，与单向受压不同，此时混凝土的性能就发生了改变，抗压强度大大提高），因而可以大幅度提高柱子的承载力，而且具有整体性强，可靠性高等优点。

通过各方的共同努力，K26+772.6顺河桥和蒙子沟中桥两座桥墩受损严重桥梁于2008年底顺利修复完毕，并开始正常通车，至今仍运营良好，未见明显病害。

3 结束语

混凝土结构加固技术是一门新兴的学科，结构试验研究、理论分析及规范编制等基础理论工作，近年来均有很大进展。随着国民经济的发展和科学发展观的不断深入贯彻，设计者们越来越关注结构的耐久性问题，混凝土加固技术必将成为热门技术。此前，钢筋混凝土柱外包钢板的加固方法广泛应用于工民建的加固中，在公路桥梁的加固上还使用不多。此次在公路桥梁的震后受损桥墩加固中使用钢套筒约束混凝土不仅可省去施工模板，还能起到保护内部混凝土不受撞击破坏的作用，并且钢套筒约束混凝土具有空间占用较小，现场加固工艺简便，工期短，结构牢靠，对周围环境影响小的优点，值得在地震灾区桥墩受损严重的桥梁中广泛应用。