陳龍　陳航　王小兵

【摘 要】文章以滬昆線既有某病害橋墩工程為背景，對(duì)該橋墩加固方案進(jìn)行分析研究。文中首先說(shuō)明了橋墩的病害和檢測(cè)情況，通過(guò)病害分析研究了橋墩加固措施;隨后對(duì)加固設(shè)計(jì)的外套混凝土厚度和植筋長(zhǎng)度進(jìn)行了計(jì)算，介紹了具體的施工方法;最后總結(jié)了橋墩加固的效果，為既有橋梁橋墩混凝土病害的處理提供借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】滬昆線; 病害; 加固; 措施

【中圖分類號(hào)】U445.7+2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

隨著我國(guó)高速鐵路項(xiàng)目相繼竣工投入使用，由于橋梁在設(shè)計(jì)、施工或者使用過(guò)程中等各種因素的影響，橋墩在使用多年后，將出現(xiàn)各種不同的病害[1]。為了減少拆除重建帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，對(duì)病害的橋墩進(jìn)行檢測(cè)和加固是十分必要。

目前國(guó)內(nèi)根據(jù)造成橋墩病害的原因采用不同的處理加固措施。文獻(xiàn)[2]討論采用鋼筋混凝土套箍進(jìn)行加固，并對(duì)比加固前后橋墩的應(yīng)力及變形;文獻(xiàn)[3]研究了考慮水流沖刷影響的橋梁基礎(chǔ)，對(duì)增補(bǔ)樁基和外包鋼筋混凝土加固既有橋墩的方法;文獻(xiàn)[4]概述了國(guó)內(nèi)混凝土橋梁下部結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的主要病害， 討論了養(yǎng)護(hù)加固方法;文獻(xiàn)[5]研究總結(jié)了國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)常用的加固修復(fù)技術(shù)。

本文以滬昆線某既有橋墩為例，對(duì)橋墩現(xiàn)狀及病害進(jìn)行了檢測(cè)分析，提出了對(duì)應(yīng)的加固措施及方案，并計(jì)算了相應(yīng)的加固參數(shù)值，為以后的鐵路橋墩加固設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 既有橋梁狀況

滬昆線既有某橋，位于直線上，全橋長(zhǎng)535.7 m，橋梁孔跨布置形式為16×32 m簡(jiǎn)支整孔箱梁，梁部采用移動(dòng)模架施工，全橋鉆孔樁基礎(chǔ)，樁徑1.25～1.5 m，本橋除3、8、10號(hào)墩為摩擦樁外，其余均為柱樁基礎(chǔ)。橋墩采用雙線圓端形實(shí)體橋墩。

5號(hào)橋墩高22 m，承臺(tái)頂設(shè)置1 m厚墊塊，墩頸縱向尺寸2.3 m，墩身縱橫向坡比為45∶1?；A(chǔ)設(shè)計(jì)為柱樁，8根1.25 m樁徑梅花形布置，樁長(zhǎng)23 m，樁基穿過(guò)溶蝕破碎帶，嵌固于角礫狀白云巖夾角礫狀灰?guī)r弱風(fēng)化層中，容許承載力700 kPa。該墩單樁設(shè)計(jì)承載力5 751 kN，容許承載力6 326 kN，線剛度667 kN/cm。

1.2 橋墩病害及現(xiàn)狀

1.2.1 墩身裂縫檢測(cè)

根據(jù)第三方檢測(cè)報(bào)告， 5號(hào)墩共發(fā)現(xiàn)較大裂縫9條，其中豎向6條，環(huán)向裂縫3條。各裂縫檢測(cè)值摘錄見表1。

環(huán)向裂縫主要集中在距墩底8 m處墩周身，環(huán)向裂縫深度5.2～20 cm，裂縫寬0.12～0.15 mm;豎向裂縫集中在8 m以上墩兩側(cè)，豎向裂縫深度33.5～46.1 cm，裂縫寬最大達(dá)5 mm，裂縫長(zhǎng)最大達(dá)6 m，且有進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)。裂縫示意如圖1所示。

1.2.2 墩身強(qiáng)度檢測(cè)

根據(jù)第三方檢測(cè)報(bào)告，某橋5號(hào)橋墩墩身混凝土強(qiáng)度在15.85～55.26 MPa之間。5號(hào)橋墩混凝土強(qiáng)度檢測(cè)報(bào)告見表2。

2 加固設(shè)計(jì)方案

2.1 橋墩現(xiàn)狀計(jì)算

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，分析5號(hào)墩結(jié)構(gòu)破壞最不利位置，模擬混凝土強(qiáng)度降低、墩身因裂縫后縮小墩身尺寸情況下墩身受力檢算。

5號(hào)橋墩墩身原設(shè)計(jì)為C35混凝土，相應(yīng)軸心抗壓強(qiáng)度為23.5 MPa，根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，9組試件強(qiáng)度檢測(cè)，去掉超過(guò)40 MPa值，在15～30 MPa值間取其平均為19.99 MPa，對(duì)應(yīng)混凝土標(biāo)號(hào)為C30，則5號(hào)橋墩混凝土強(qiáng)度按C30進(jìn)行檢算。

5號(hào)橋墩環(huán)向裂縫第9號(hào)檢測(cè)深20 cm，但實(shí)際考慮到墩身表面混凝土保護(hù)層已被敲掉，護(hù)面鋼筋已外露，實(shí)際裂縫深度在25 cm左右，則5號(hào)橋墩按墩身縱向截面尺寸減小40 cm、50 cm、60 cm三檔計(jì)算，分析墩身內(nèi)部受力，其結(jié)果見表3。

5號(hào)橋墩設(shè)計(jì)為實(shí)體墩，且按素混凝土理念考慮，屬于小偏心受壓構(gòu)件，其正常情況下在墩底處墩身內(nèi)最大壓應(yīng)力是2.8 MPa?？紤]9號(hào)裂縫深度影響，墩身截面減小40 cm時(shí)（即開裂深度20 cm時(shí)），墩身內(nèi)最大壓應(yīng)力達(dá)3.42 MPa（墩高11 m處），墩身截面減小50 cm時(shí)（即開裂深度25 cm時(shí)），墩身內(nèi)最大壓應(yīng)力達(dá)3.64 MPa（墩高12 m處），依據(jù)TB 10092-2017《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，均小于規(guī)范中偏心受壓容許值10 MPa，也小于中心受壓容許值8 MPa，橋墩結(jié)構(gòu)基本安全。

2.2 病害分析

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，雖然從橋墩取芯的情況看，墩身混凝土最小強(qiáng)度能達(dá)到15 MPa，但是墩身表面混凝土開裂嚴(yán)重，以及長(zhǎng)期高速行車、橋位處氣候長(zhǎng)期凍融影響及混凝土老化等因素，造成橋墩縱、橫向剛度降低、振幅變大，進(jìn)一步使墩身裂縫向擴(kuò)大、變深發(fā)展。

3 橋墩加固設(shè)計(jì)

3.1 方案確定

橋墩的剛度可以理解為，當(dāng)墩頂發(fā)生單位位移時(shí)，所需要外力的大小，亦稱為線剛度，其大小與墩身截面慣性矩成正比。因此，可以考慮增大墩身截面來(lái)提高墩身剛度。根據(jù)5號(hào)墩現(xiàn)狀，采用外套混凝土的方式不僅是對(duì)墩身裂縫處理，還能提高整體剛度。外套混凝土與原墩身混凝土連接，采用植筋方式，并增加護(hù)面鋼筋網(wǎng)，以減少墩身表面因拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫的可能。

3.2 外套混凝土厚度確定

外套混凝土強(qiáng)度不宜與原設(shè)計(jì)橋墩混凝土相差過(guò)大，因此仍采用C35混凝土。結(jié)合裂縫位置、深度、寬度影響，考慮外套混凝土厚度35 cm、40 cm、50 cm，模擬為薄壁空心墩形式計(jì)算確定。以下為各種厚度值計(jì)算情況（表4）。

考慮施工過(guò)程中的模板架立、鋼筋綁扎及混凝土振搗等因素，外套混凝土厚度選擇50 cm，墩身截面如圖2所示。

3.3 樁基礎(chǔ)檢算

經(jīng)計(jì)算增加50 cm厚外套混凝土后，墩身增加混凝土170.3 m3，需要對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行重新計(jì)算，以下為樁基礎(chǔ)計(jì)算結(jié)果：

（1）墩頂位移：

dY=0.726 cm，[dY]=2.828 cm

dY<[dY]

（2）單樁承載力：

P=6006.42 kN，[P]=6454.40 kN

P<[P]。

（3）樁側(cè)土壓力：

σmax=16.47 kPa，[σ]=1561.66 kPa

σmax<[σ]。

從計(jì)算結(jié)果可知，單樁設(shè)計(jì)承載力增加了255 kN，達(dá)到了6 006.42 kN，樁身容許承載力6 454.40 kN，單樁承載力富裕7.50 %，而且墩頂位移、樁側(cè)土壓力均滿足設(shè)計(jì)要求，因此樁基礎(chǔ)基礎(chǔ)無(wú)需加固處理。

3.4 植筋設(shè)計(jì)

為使外套混凝土鋼筋網(wǎng)與原墩身較好地結(jié)合，采用比較成熟的植筋技術(shù)，即外套混凝土鋼筋網(wǎng)與既有墩身植入短筋連接。短筋擬采用直徑25 mm鋼筋。植筋錨固深度設(shè)計(jì)值公式：

l≥ψψl

式中：ld為植筋錨固深度設(shè)計(jì)值（mm）;ls為植筋的基本錨固深度（mm）;ψN為考慮各種因素對(duì)植筋受拉承載力影響而需加大錨固深度的修正系數(shù);ψae為考慮植筋位移延性要求的修正系數(shù)。

以上參數(shù)按GB50367-2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》15.2.5公式選用。

植筋錨固深度設(shè)計(jì)值為：

l≥ψψl=1×1.1×379=417 mm

施工錨固深度選用取值：450 mm，植筋示意圖如圖3所示。

3.5 施工方案

（1）移除5號(hào)墩右側(cè)電纜上下橋槽道及電纜盒，或臨時(shí)

架空保護(hù)，利用橋墩加固整治搭設(shè)的腳手架固定。

（2）清除承臺(tái)頂渣土。

（3）對(duì)墩身混凝土表面進(jìn)行鑿毛清洗處理。

（4）對(duì)墩身上所有裂縫先壓漿封閉，墩表受影響范圍（承臺(tái)以上3 m至墩頂以下5 m段）的墩身表面涂刷一層環(huán)氧樹脂。

（5）墩身植短筋。

（6）綁扎外箍鋼筋網(wǎng)。

（7）立模澆筑外包混凝土，同時(shí)預(yù)埋電纜上橋的槽道。

（8）拆除模板，恢復(fù)電纜上橋電纜槽并固定，拆除腳手架。

4 結(jié)束語(yǔ)

本橋墩加固已于2019年12月完成施工，目前行車運(yùn)營(yíng)情況良好。對(duì)于這種復(fù)雜病害橋墩加固，應(yīng)先對(duì)存在病害的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，再對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析，提出合理可行的加固方案，并完成相關(guān)的計(jì)算與設(shè)計(jì)。本橋墩加固設(shè)計(jì)可以為以后類似既有橋梁橋墩混凝土病害的處理提供借鑒。

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[定稿日期]2021-04-27

[作者簡(jiǎn)介]陳龍（1982～），男，本科，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作;陳航（1991～），男，碩士，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作;王小兵（1982～），男，本科，高級(jí)工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。