1 工程案例

1.1 項(xiàng)目基本情況

某高速公路橋地質(zhì)病害處治工程，在2019 年已經(jīng)產(chǎn)生地質(zhì)病害，2020 年7 月當(dāng)?shù)剡M(jìn)入雨季，連續(xù)強(qiáng)降雨讓原本已存在的地質(zhì)病害進(jìn)一步加重，路基產(chǎn)生沉降、滑移等現(xiàn)象，墩柱也產(chǎn)生嚴(yán)重病害。 大橋的左幅長(zhǎng)度為222 m，右幅長(zhǎng)度為192 m。其上部結(jié)構(gòu)的左幅為4×30 m+3×30 m 的預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁，右幅為3×30 m+3×30 m 的預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁， 以先簡(jiǎn)支后連續(xù)的模式進(jìn)行橋體建設(shè)。 橋墩為圓柱墩、樁基礎(chǔ)均使用雙柱模式，橋臺(tái)為U 形臺(tái)與擴(kuò)大基礎(chǔ)。

1.2 病害原因分析

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)構(gòu)得知橋梁主要病害表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

1）橋面系：護(hù)欄在6 號(hào)橋臺(tái)和7 號(hào)臺(tái)處錯(cuò)位，在左幅7 號(hào)臺(tái)處橋跨側(cè)護(hù)欄相對(duì)橋臺(tái)側(cè)護(hù)欄向左側(cè)移動(dòng)錯(cuò)位； 在右幅6號(hào)橋臺(tái)處橋臺(tái)側(cè)護(hù)欄相對(duì)橋跨側(cè)護(hù)欄向左側(cè)移動(dòng)錯(cuò)位。

2）主梁：主梁在6 號(hào)橋臺(tái)右側(cè)與擋塊抵?jǐn)n。

3）支座：右幅6 號(hào)橋臺(tái)處支座上下鋼板橫向錯(cuò)位，下鋼板相對(duì)上鋼板往左側(cè)錯(cuò)位。 左幅7 號(hào)橋墩處支座上鋼板與下鋼板錯(cuò)位，上鋼板相對(duì)下鋼板向左側(cè)錯(cuò)位。 左幅6 號(hào)墩支座上鋼板與支座下鋼板橫向錯(cuò)位，支座下鋼板相對(duì)上鋼板向左側(cè)錯(cuò)位。

4）橋墩：左幅6 號(hào)墩1 號(hào)柱右側(cè)墩頂環(huán)向裂縫，6 號(hào)墩地系梁豎向裂縫。 左幅5 號(hào)墩1 號(hào)墩墩底右側(cè)環(huán)向裂縫，地系梁豎向裂縫。 如圖1 所示。

圖1 6 號(hào)橋墩工程地質(zhì)斷面（單位：m）

結(jié)合勘察報(bào)告、 橋梁檢測(cè)報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)踏勘得出以下病害原因。

1）右幅6 號(hào)橋臺(tái)為擴(kuò)大基礎(chǔ)，6 號(hào)橋臺(tái)在滑坡體推動(dòng)下向左側(cè)移動(dòng)，主梁受5 號(hào)墩球型支座限位保持橫向不動(dòng)，造成6號(hào)臺(tái)右側(cè)擋塊抵?jǐn)n，支座橫向錯(cuò)位。

2）左幅6 號(hào)墩受右幅6 號(hào)橋臺(tái)橫向推移影響，向左側(cè)整體移動(dòng)，造成6 號(hào)墩支座橫向錯(cuò)位，同時(shí)6 號(hào)墩帶動(dòng)第7 跨主梁向左側(cè)移動(dòng)，造成7 號(hào)橋臺(tái)處支座橫向錯(cuò)位；左幅6 號(hào)墩在橫向受主梁支座和嵌巖部分樁基限位， 造成墩頂右側(cè)環(huán)向裂縫， 由于6 號(hào)墩較矮， 推測(cè)在滑動(dòng)范圍內(nèi)樁基左側(cè)有開(kāi)裂情況；同時(shí)由于6 號(hào)墩1 號(hào)柱位于凌空面，坡度較陡，在橫向滑移過(guò)程有豎向沉降， 造成左幅6 號(hào)墩地系梁左側(cè)下部和右側(cè)頂面開(kāi)裂。

1.3 項(xiàng)目6 號(hào)橋墩加固改造方案

從兩個(gè)方面對(duì)6 號(hào)墩進(jìn)行加固改造處理：（1）橋墩加固。6號(hào)橋墩增加2 根樁基與1 個(gè)承臺(tái)（見(jiàn)圖2）。 新樁基直徑設(shè)置2 m，并以新樁基直徑的2 倍作為新樁基與原樁基的間距，即4 m。 承臺(tái)設(shè)計(jì)為多邊形，其頂面要比原樁基頂面高出0.5 m。利用地系梁與樁基表面植筋兩種方法， 對(duì)新樁基與承臺(tái)進(jìn)行加固處理，確保6 號(hào)橋墩的豎向荷載可以正常傳遞。 （2）墩柱加固。 使用外包鋼護(hù)筒+ 內(nèi)置鋼筋籠+ 灌注混凝土方式進(jìn)行墩柱加固處理。 使用Q355C 鋼板制備直徑2 m、壁厚1 cm 的鋼護(hù)筒，并向內(nèi)部灌注C40 的混凝土。使用環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+ 氟碳樹(shù)脂面漆， 對(duì)鋼護(hù)筒表面做三重防腐處理。 在鋼護(hù)筒安裝作業(yè)前，須對(duì)墩柱做鑿毛處理，深度至少為6 mm。 向墩柱植入環(huán)向8 根的φ16 mm（HRB400）鋼筋，植入深度為25 cm， 要求豎向間距控制在1.5 m， 呈梅花狀進(jìn)行布設(shè)。施工時(shí)要避免碰撞到柱墩鋼筋。將鋼筋籠安裝到鋼護(hù)筒與墩柱的空間中，要求鋼筋籠的主筋為φ20 mm（HRB400），螺旋筋為φ10 mm（HPB300），保持20 cm 的豎向間距。

圖2 6 號(hào)橋墩加固平面（單位：cm）

2 高速公路橋梁下部結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計(jì)

通過(guò)提煉案例工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)參考文獻(xiàn)，對(duì)橋臺(tái)、橋墩、樁基礎(chǔ)的病害進(jìn)行充分研究后，設(shè)計(jì)如下加固改造設(shè)計(jì)方案。

2.1 橋臺(tái)加固改造設(shè)計(jì)

2.1.1 重力式橋臺(tái)

對(duì)于臺(tái)身前墻前傾病害，則要根據(jù)其傾斜幅度，采用全部或部分填料作業(yè)。 建議將棱體進(jìn)行破壞，將橋臺(tái)挖出來(lái)后再進(jìn)行填料更換作業(yè)，可以使用砂礫石、碎石等側(cè)壓力偏小材料，也可以增加前墻厚度，或是在橋臺(tái)后部橋孔。 如果拱橋橋臺(tái)受到推力影響，出現(xiàn)向橋臺(tái)后方滑動(dòng)、傾斜等病害，則要以橋臺(tái)周邊地形、地質(zhì)情況，對(duì)側(cè)墻進(jìn)行加厚處理，要求加厚部分和橋臺(tái)緊密結(jié)合，起到提升橋臺(tái)自身重量的效果。 也可以在側(cè)墻的后部增加鋼筋混凝土擋板， 讓側(cè)墻和土體產(chǎn)生更大面積的接觸，提升側(cè)墻的土體抗性。 在橋臺(tái)沒(méi)有過(guò)大的跨徑，且不擁有足夠的橋下空間時(shí)，建議在墩臺(tái)之間增加鋼拉桿，利用鋼拉桿承載橋臺(tái)的部分水平推力，避免出現(xiàn)大幅度的水平位移。 如果橋臺(tái)后方?jīng)]有開(kāi)挖條件，但是前方有合適的條件，也可以在橋臺(tái)前方設(shè)置支撐墻、支撐肋等。 條件允許時(shí)，建議將重力式橋臺(tái)改造為埋置式橋臺(tái)， 并在橋臺(tái)身上額外增設(shè)多道鋼筋混凝土水平U 形箍，達(dá)到加固橋臺(tái)的效果。在臺(tái)帽下方出現(xiàn)裂縫病害，可以使用砂漿進(jìn)行灌注封閉。 如果影響因素為支座，則要對(duì)支座進(jìn)行更換。 在橋臺(tái)前墻上出現(xiàn)豎向裂縫，如果影響因素是基礎(chǔ)橫向不均勻沉降，同時(shí)基礎(chǔ)仍處于沉降狀態(tài)，則要先對(duì)地基進(jìn)行加固處理，再使用砂漿進(jìn)行灌注封閉，采用鋼筋混凝土圍帶進(jìn)行加固處理。 如果臺(tái)身出現(xiàn)大規(guī)模的開(kāi)裂、破損病害，可以使用外包鋼筋混凝土套箍方式，對(duì)臺(tái)身做加固處理[1]。

2.1.2 輕型橋臺(tái)

如果出現(xiàn)橋臺(tái)向橋孔位置前傾病害，可以使用加固重力式U 形臺(tái)前墻前傾方案，對(duì)橋臺(tái)后方的棱體填料進(jìn)行更換，使用砂礫石、碎石等進(jìn)行重新填充。 如果存在前錐坡的橋臺(tái)，則需要開(kāi)挖到其頂面偏下的位置，沒(méi)有前錐坡的橋臺(tái)，則要開(kāi)挖到臺(tái)底面位置。 如果路堤較高，同時(shí)坡度偏大，可以將路堤改造成橋孔，或是在橋臺(tái)的后方修建擋土墻，其高度則根據(jù)橋臺(tái)是否擁有前錐坡進(jìn)行調(diào)整， 也可以在橋臺(tái)前方增加臺(tái)斜支撐梁或支撐肋[2]。 對(duì)于橋臺(tái)蓋梁的豎向開(kāi)裂病害，可以考慮對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，如使用粘貼鋼板、中間加柱等方法進(jìn)行加固處理。 如果柱式橋臺(tái)的擋土墻出現(xiàn)傾斜病害，也可以參考重力式U 形橋臺(tái)的臺(tái)身加固作業(yè)。 又因?yàn)楦鱾€(gè)擋墻擁有相對(duì)獨(dú)立的特性，所以在實(shí)際作業(yè)中，可以考慮重新建設(shè)出現(xiàn)病害的擋墻。

2.2 橋墩加固改造設(shè)計(jì)

2.2.1 重力式橋墩

如果墩身出現(xiàn)豎向開(kāi)裂病害， 明確是受到基礎(chǔ)橫向不均勻沉降影響，而且其沉降還在進(jìn)行，需要及進(jìn)對(duì)地基進(jìn)行加固處理，并使用砂漿灌縫封閉作業(yè)，后使用封閉型鋼筋混凝土圍帶，提升墩身面截面積，并進(jìn)行加固處理。 如果是墩身的水平裂縫病害，先觀察其開(kāi)裂影響程度。 如果開(kāi)裂幅度較小，并且可以保持穩(wěn)定狀態(tài)，可以通過(guò)灌注高強(qiáng)度水泥漿進(jìn)行封閉處理。 如果開(kāi)裂幅度過(guò)大，或是其開(kāi)裂病害仍處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，不僅需要做常規(guī)的灌漿封閉處理，還需要通過(guò)外包鋼筋混凝土方式，做進(jìn)一步的加固處理。 在墩帽位置出現(xiàn)裂縫病害，則要根據(jù)裂縫的寬度規(guī)格，使用環(huán)氧膠或是環(huán)氧砂漿進(jìn)行灌縫處理。 如果裂縫寬度過(guò)大，則要使用封閉形鋼筋混凝土圍帶進(jìn)行加固改造。

2.2.2 輕型橋墩

如果輕型橋墩的蓋梁、墩帽出現(xiàn)豎向裂縫或是斜裂縫，建議在受拉區(qū)的側(cè)面使用粘貼鋼板， 或是施加體外預(yù)應(yīng)力等方法加固處理。 如果蓋梁、墩帽存在較長(zhǎng)的懸臂或跨度，也可以在其下方通過(guò)增加柱體數(shù)量方式進(jìn)行加固。 在墩柱發(fā)生歪斜病害時(shí)，如果影響因素是地基，則要做好地基的加固處理。 在之后產(chǎn)生的各種形式的歪斜病害， 均可以通過(guò)提升墩柱截面積、增設(shè)新墩柱等方式進(jìn)行加固作業(yè)。

2.3 樁基礎(chǔ)加固改造設(shè)計(jì)

樁基礎(chǔ)加固改造可以采用以下兩種方式。

1）針對(duì)樁基的下沉、傾斜、斷樁等病害，可以使用增加鉆孔樁的方式，讓新建承臺(tái)與原承臺(tái)進(jìn)行緊密結(jié)合。 如果是單排樁，也可以在原承臺(tái)基礎(chǔ)上，朝縱向增設(shè)新樁，構(gòu)建三排樁基礎(chǔ)模式。 需要注意，如果在增設(shè)新樁過(guò)程中，施工空間不足，需要對(duì)橋面進(jìn)行開(kāi)鑿處理。 但在上部結(jié)構(gòu)為空心板時(shí)，會(huì)對(duì)上部結(jié)構(gòu)造成一定程度的損傷。 如果選擇在原有的兩樁中間進(jìn)行插樁作業(yè)，不僅需要開(kāi)鑿蓋梁，還需要拆除原有的兩樁中間上部結(jié)構(gòu)，也會(huì)增加工程的復(fù)雜程度。

2）可以使用人工地基加固方式，處理樁基下沉、傾斜病害。通過(guò)鉆孔技術(shù)，深入承臺(tái)下方，進(jìn)行靜壓注漿作業(yè)?；蛘咴跇吨?chē)M(jìn)行鉆孔作業(yè)，使用直徑為250 mm 的砂樁，以垂直、斜向等模式進(jìn)行設(shè)置。 如果擁有垂直放置條件，則建議使用垂直放置，從而提升砂樁周邊土體的密實(shí)度。 對(duì)于摩擦樁，則不建議使用高壓旋噴技術(shù)進(jìn)行樁基礎(chǔ)加固[3]。 因?yàn)樵谑┕るA段，摩擦樁周邊土體平衡會(huì)受到影響，導(dǎo)致部分摩擦阻力喪失，讓樁基產(chǎn)生更大幅度的下沉或傾斜病害。 如果是柱樁，可以通過(guò)高壓旋噴技術(shù)進(jìn)行加固處理，利用樁側(cè)土固結(jié)方式，獲得更大的摩擦阻力，達(dá)到樁基礎(chǔ)加固效果。

3 結(jié)語(yǔ)