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U形桥台

发布时间:2022-04-16 23:54

1介绍

U形桥台为就地浇筑的整体式重型结构,主要靠自重平衡背后的土压力,多数台身为石砌圬工或砼。因其具有结构简单、基础底承压面积大、基地应力小等特点,被广泛应用于各式梁桥和拱桥的下部结构。U形桥台构造简单、基底承载面大、应力小,抵抗水平推力能力强,适用于填土高度为3~ 12 m的单孔或多孔桥梁,尤其是拱式桥梁。但U形桥台圬工体积大,在使用过程中,由于设计考虑不周、台后高填土、地基承载力不足等,U形桥台会产生台身开裂、桥台基础下沉、台身倾斜、台后路面下沉等病害。对于已产生病害的桥台,若拆除重做不仅工期长、工程量大、资金消耗大,且严重影响通车。因此,对病害桥台应首先考虑能否通过维修加固而继续使用。

2病害分析

3桥台病害

U形桥台主要是由浆砌片石砌筑而成的,由于浆砌片石技术不复杂,且价格经济,在20世纪公路建设中曾被广泛使用。由于浆砌片石桥台整体性差,受基础变形影响较大,容易发生安全隐患。其规律性病害表现如下。(1)台身开裂。桥台的前墙、侧墙均存在不同程度的开裂现象。前墙台帽下产生裂缝、前倾;侧墙裂缝多为竖向或斜向,并伴有错位现象。(2)台身浆砌片石砂浆脱落,局部有空洞。由于施工质量差、管理不到位,往往造成桥台砌体砂浆不饱满,砌筑的片石间极易形成空洞。(3)桥台基础下沉。由于地基承载力不足,造成基础不均匀下沉。

4原因分析

(1)台后填土土质较差,含有黏性土且压实度未达到设计与规范要求。经车辆荷载反复作用,台后填料产生下沉,进而造成路面严重开裂;而雨水经裂缝渗入填料中无法排出台腔外,并随温度变化不断产生膨胀与收缩,对桥台侧墙产生推挤作用,导致桥台前墙或侧墙开裂。(2)台后路面开裂下沉,造成桥台处车辆跳车对台帽产生较大的冲击力,导致桥台前墙产生斜裂缝。(3)桥台地基承载力较低。由于重型车辆多沿外侧主行车道行驶,桥台前墙局部受竖向力作用较大,致使侧墙顶部在车辆通行时呈受拉状态,在车辆荷载的长期、反复作用下,前墙与侧墙相交处出现开裂,甚至错位。(4)浆砌片石在施工时,可能存在砌浆不完全饱满,加上长时间经受雨水的冲蚀,浆砌片石的整体性和砌浆的饱满性受到进一步的削弱,是引起桥台病害的内在原因之一。(5)地基的不均匀沉陷造成台身附加力,往往会导致台身出现剪切裂缝。(6)随着经济的发展,重型车辆不断增加,部分运输车辆载重已完全超出设计荷载。当车辆行驶在桥台上时,台腔填土对桥台侧墙产生的土压力水平分力增大,也是引起台身开裂的主要原因之一。

5建议

良好的耐久性结构设计是保证桥梁耐久性的关键。桥台设计时,应充分考虑到现阶段的施工、管理水平和材料工艺水平,采用适当的设计方法来保证桥梁的使用性能。

(1)建立安全至上的设计理念,确保结构尺寸满足实际荷载要求。

(2)注重材料选择的合理性,桥台选材最好选用混凝土或片石混凝土。

(3)加强地质钻探工作和对软弱地基的处理。

(4)台后填料尽量选用砂性土,并做好台后防排水设施。

(5)环保与美观的设计原则。

6技术研究

U形桥台的病害不同,加固方式也多种多样,而针对填料积水、受冻胀所导致 U 形台开裂的加固处理方法也有多种,主要有更换填料法、高压旋喷注浆法和框架对拉锚杆法,另外还有圈梁法、扁担梁加固法和现浇整体盖板法等。

7更换填料法

更换填料法,就是将原有渗水性差、易冻胀的填料挖除,换成粗骨料或渗水性好的填料(如中、粗砂等)。若需减轻调料的自重,还可更换为轻质又渗水性强的材料(如炉渣、矿渣或陶粒砼等)。通过更换填料达到透水性强、不易冻胀的目的,再辅以 U 形桥台现有病害加固或限制其发展的措施,也不失为一种简单易行的 U 形桥台加固方式。该法多用于受力简单的梁桥。但是对于建筑高度大、对桥台又有推力的拱桥而言,由于大量开挖填料和台后路基对原结构扰动较大,是否会导致结构失稳而引起新的病害是不可忽视的问题。

8注浆法

高压旋喷注浆法的原理就是利用水泥浆,靠高压液流的冲击力破碎土层并与土体混合构成新的固结体,使得填料的整体强度提高,压缩性减小,从而达到不易冻胀而稳定桥台的目的。高压旋喷注浆法施工时,喷嘴边旋喷边旋转并提升,具有施工简单、成本较低、对原结构破坏小、加固效果好等特点,近些年在桥梁下部结构加固中得到了很好的应用,特别适宜在施工场地狭窄、不能中断行车或不能影响邻近建筑物时采用。该法对于砂类土、黏性土、黄土和淤泥等都能进行喷射加固,解决了小颗粒土不易注浆加固的难题。但对于砾石直径过大、砾石含量过多及有大量纤维质腐殖土,其旋喷质量差,有时甚至还不如静力注浆的效果。对于建筑高度较大的结构,其注浆效果往往不易保证。

9对拉锚杆法

框架对拉锚杆法是一种新型桥台加固技术。加固后的桥台是一种被动受力结构,其特点是通过提高自身的结构刚度和强度被动地承受土压力,限制土体的变形,从而达到保持结构安全、稳定的目的。框架对拉锚杆加固技术主要由钢筋砼框架、对拉锚杆、侧墙及土体等组成。侧墙的作用是挡土,主要发挥挡土板的功能,它与钢筋砼框架刚性连接而形成连续板;框架的立柱为侧墙的支座,横梁将两侧的侧墙连接成整体保持侧墙的稳定;对拉锚杆的外端与框架连接,使填土的土压力通过对拉锚杆传递给框架,再通过框架和侧墙传递给填土,使得侧墙在横向成为一个自平衡体系。该法实际上是对桥台进行了自稳定处理,施工并不复杂,若锚杆强度不足,还可以施加预应力,提高其抗力,对于建筑高度较大的桥台其加固效果不错。但是桥台宽度太大时加固效果不是太好,因此桥台太宽时不适宜采用。

10其他加固方法

桥台加固方法还有因其本身强度不足而采用加厚砼层的方式,因加固范围和位置不同,主要有圈梁法、扁担梁加固法和现浇整体盖板法等。更换填料法、高压旋喷注浆法和框架对拉锚杆法、圈梁法、扁担梁加固法和现浇整体盖板法等各有其优缺点,适用于不同的桥梁结构。现通过泾口大桥 U 形桥台加固实践,进一步阐述框架对拉锚杆加固技术在加固拱桥中的应用。

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