U型橋臺的病害分析和防治對策
2015-09-22
U型橋臺是由支承橋跨的前墻與連接路基的兩翼墻所組成, 是橋梁工程中采用最多的一種重力式橋臺。但是在實際施工中，由于設(shè)計、施工等方面的原因，常常在橋臺投入運行后出現(xiàn)較多的病害，如側(cè)墻傾斜外移、前墻發(fā)生裂紋、錐坡沉陷坍塌、橋臺基礎(chǔ)被掏空等等，之所以出現(xiàn)這種問題，除少數(shù)由于自然災(zāi)害或人為破壞外, 其主要原因是設(shè)計考慮不周和施工方法不當(dāng)，其中設(shè)計的因素往往又是最重要的。下面就將常見病害發(fā)生的原因及設(shè)計施工的對策和改進(jìn)意見分述如下。
一、U型橋臺的病害分析
1、側(cè)墻病害分析
一般，在U型橋臺的設(shè)計中，常常是將前墻和兩側(cè)側(cè)墻連接起來，作為一個整體進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算的，如果分別進(jìn)行計算可能會產(chǎn)生較大的誤差，在前墻和側(cè)墻整體計算中，側(cè)墻不是重要的結(jié)構(gòu)部分，設(shè)計人員往往會對側(cè)墻進(jìn)行簡化，如將界面頂寬取為50cm-80cm，外坡做為垂直狀，內(nèi)坡4:1，翼尾設(shè)計成一個8:1的倒坡，形成一個倒懸臂。
有些設(shè)計人員認(rèn)為：側(cè)墻的外側(cè)作為錐坡，可以用來平衡一部分土壓力，其實用錐坡來做土壓力平衡是不恰當(dāng)?shù)?，因為錐坡本身是作為防護(hù)工程的，受到影響因素眾多，對土壓力的平衡起到的作用甚微，一旦用錐坡，可能會危及側(cè)墻的安全。
在對U型橋臺的側(cè)墻進(jìn)行受力分析時，為了保證側(cè)墻的安全，可以將側(cè)墻簡化成為一根一端固定一端自由的桿件；若在臺腔內(nèi)土壓力的作用下，側(cè)墻也可以簡化為一根一端固定一端自由的桿件，并且基礎(chǔ)頂面為固定端，墻頂為自由端。從簡化的力學(xué)模型中可以看出側(cè)墻翼尾的頂部是最容易出現(xiàn)變形和位移的地方，工程實踐中也有力地證明了這一點。
2、前墻的病害分析
前墻是U型橋臺的主要受力部分，設(shè)計人員一般較重視，在寬度不大的U型橋臺中前墻出現(xiàn)質(zhì)量問題的可能性不大。但在寬度較大的城市道路，U型橋臺前墻出現(xiàn)裂縫也不少見。例如在城市道路中,其寬度有許多達(dá)到50-60m，甚至上百米，在這樣寬闊的道路上修建U型橋臺，若仍按整體的U型考慮，不在其間設(shè)置必要的變形縫，橋臺前墻會由于基礎(chǔ)的不均勻下沉及溫度變化引起的脹縫而產(chǎn)生豎向裂縫，將橋臺的前墻分裂為若干段。
3、錐坡的病害分析
錐坡坡度越坦，側(cè)墻長度越長。設(shè)計時，為縮短側(cè)墻長度，常將錐坡前坡比設(shè)計成1∶1，成為錐坡失穩(wěn)的因素之一。錐坡為1/4橢圓錐體。表面用片石砌筑，但施工中，因工作面小，重型機械難入填土面上充分壓實。因此其錐心填土壓實度較差，易吸水軟化、坍落。
錐坡下部多處于設(shè)計水位以下，當(dāng)被洪水浸淹時，錐體內(nèi)填土易飽和，液化坍塌。坡頂易受橋面水侵害，未排出的橋面水沿橋臺翼尾灌入坡頂，使錐體內(nèi)填土吸水軟化。錐坡基底的地質(zhì)條件未引起足夠重視，地基強度達(dá)不到要求，產(chǎn)生較大沉降導(dǎo)致錐坡失穩(wěn)、坍陷。
4、橋臺前移病害分析
橋臺前移也是U型橋臺常見病害。建造在軟土地基上的重力式U 型橋臺，由于軟基處理不當(dāng)或基礎(chǔ)經(jīng)常受到河水的沖刷以及河床疏浚開挖等因素影響，往往造成地基失穩(wěn)，產(chǎn)生塑性流動，使橋臺前移。其病害主要表現(xiàn)為：伸縮縫寬度減小、伸縮縫裝置被擠壓破壞，前移量大時背墻與梁端互相擠壓，嚴(yán)重時將導(dǎo)致梁端局部壓屈或背墻破壞，以及支座變形甚至破壞。
5、其他通病分析
?。?）U型橋臺常見病害之一是產(chǎn)生裂縫，其原因主要是：①橋臺基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降、臺后土壓力太大、施工質(zhì)量差以及結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸不合理等，如橋臺過高過寬、恒載過大將造成前墻線剛度過小、傾覆力矩過大；②地基土強度不均勻，如部分為巖石地基、部分為碎石土地基或軟弱地基；③地基土強度降低，如在橋臺基礎(chǔ)施工中未能及時切斷地下水源、地下水位升高、河流沖刷淘蝕，地基土受水侵蝕后變軟；④在我國北方冬季施工中U型橋臺中空填土部分容易積水，冰凍后產(chǎn)生膨脹。
?。?）對于混凝土或片石混凝土U型橋臺，常見病害還有施工過程中產(chǎn)生的溫度裂縫和施工縫?；炷翝仓跗? 水泥水化產(chǎn)生大量水化熱, 由于混凝土表面散熱快, 內(nèi)部散熱慢,當(dāng)該拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時, 表面就產(chǎn)生裂縫。施工縫是由于技術(shù)和組織方面的原因，混凝土不能一次連續(xù)澆筑完畢，其間歇時間超過允許時間而形成的一個對結(jié)構(gòu)抗剪、整體性和防水都不利的混凝土縫。
二、防治措施
1、側(cè)墻病害的防治
側(cè)墻的前端因與前墻連接而具有較好的穩(wěn)定性，但其后端的頂部卻是自由的，容易變形，與前端的距離越大，其自由強度就越大，最后逐步趨近于完全喪失前端對其的嵌固影響而漸變?yōu)橐华毩⒌膿跬翂?，因此設(shè)計時應(yīng)略偏于安全考慮，作為一幅獨立的擋土墻計算，其作用荷載為墻背土壓力加設(shè)計活載或壓路機活載。
2、前墻病害的防治
在設(shè)計超寬的U型橋臺時，應(yīng)每隔15~20m布設(shè)一條變形縫。在這種情況下，如果仍然用整體U型橋臺圖式計算內(nèi)力及應(yīng)力，就不能正確地反映其實際受力情況，容易導(dǎo)致發(fā)生質(zhì)量問題。
橋臺前墻的前坡一般多設(shè)計成垂直坡，在一般情況下這是適宜的，但在較高的梁式橋臺及超寬橋臺被分隔的中間段落，前墻前邊的墻身和地基的應(yīng)力較大。為了改善這種應(yīng)力分布狀況，最好能設(shè)置一個8∶1或10:1的前坡，且適當(dāng)加大基礎(chǔ)襟邊，使其受力更合理，更具穩(wěn)定性。
3、錐坡病害的防治
(1)為保證錐坡的牢固穩(wěn)定，基礎(chǔ)應(yīng)置于堅實的持力層上，保證地基強度要求，避免設(shè)計成高度很大的錐坡；在高度很大時把順橋向坡度設(shè)計成1∶1.2~1∶1.5。
(2)錐心填土避免采用易吸水膨脹軟化的粘性土，宜采用水穩(wěn)性良好的砂性上。有條件者最好選用砂礫，并做到充分振搗、壓實。
4、橋臺前移病害處理
在軟土地基上修建橋梁時，墩臺基礎(chǔ)宜采用深基礎(chǔ)，如樁基礎(chǔ)。后臺填土應(yīng)采用透水性好的輕質(zhì)骨料，減輕臺后土壓力，而且施工時分層松鋪厚度應(yīng)≤20cm，壓實度應(yīng)達(dá)到有關(guān)規(guī)范要求。橋臺周圍一定范圍內(nèi)的軟基也應(yīng)進(jìn)行加固處理。在橋臺底部設(shè)置支撐梁以直接抵抗水平推力。此外，也可改良地基，一般采用的方法有：塑料板排水法、排水砂樁法、灌漿加固法、換填法、石灰樁法等。
5、質(zhì)量通病的處理
橋臺施工實踐中常采用的控制溫度裂縫和施工縫的方法有以下幾種。
（1）選擇合適的澆筑方案。因為U型橋臺混凝土澆筑工作面比較小、方量較大，選擇合適的澆筑方案顯得尤為重要。大體積混凝土可采用全面分層、分段分層、斜面分層澆筑方案。U形橋臺澆筑常采用斜面分層，此方法適用于結(jié)構(gòu)長度超過厚度3倍的情況，斜面坡度一般為1∶3，施工時從澆筑層下端開始，逐漸上移。
?。?）選擇合適的混凝土配合比。如：選用水化熱較低的水泥，摻緩凝劑、粉煤灰等外摻料，采用中粗砂和大粒徑且級配良好的石子、減少水泥和水的用量。
（3）控制溫度。降低混凝土入模溫度、澆筑層厚度和澆筑速度，必要時在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管以降低混凝土溫度。嚴(yán)格控制混凝土內(nèi)外溫差，加強混凝土保溫、保濕養(yǎng)護(hù)。
三、結(jié)束語
由于設(shè)計、施工等各種原因，U型橋臺在工程實踐中的病害較多。但只要在設(shè)計和施工過程中對U型橋臺的病害有一個充分的了解，把好設(shè)計和施工這兩個重要環(huán)節(jié)，是可以減少以上這些常見病害和多發(fā)病害的。
