軟土是在江河海濱、內(nèi)陸湖塘盆地及多雨地區(qū)的坡谷和山間洼地等地區(qū)的近代水下沉積的一種飽和粘性土。它的物理力學(xué)特性非常差，主要表現(xiàn)為高含水率(ω>35%)、高孔隙比(e>1.0)、快剪內(nèi)摩擦角及粘著力小、強(qiáng)度低、高壓縮性、滲透系數(shù)小、沉降持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，它還具有觸變性和蠕變性。在這樣的軟土地區(qū)修建橋梁時(shí)，若設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周或施工中若不尊重科學(xué)將會(huì)帶來嚴(yán)重后果，特別是橋臺(tái)部分，若處之不當(dāng)，輕則影響橋臺(tái)樁基礎(chǔ)，造成橋臺(tái)樁基位移或開裂，重則橋毀人亡，多年來，我國在軟土地區(qū)修建了大量的橋梁，經(jīng)常碰到由于橋臺(tái)軟土地基處理不當(dāng)造成橋梁病害的問題。下面針對(duì)浙江某公路橋?qū)嵗瑢?duì)軟土地區(qū)橋梁的橋臺(tái)病害進(jìn)行原因分析及采取的幾種處理方法及處理效果進(jìn)行探討。
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.橋梁病害工程實(shí)例分析
1.1 工程概述及病害現(xiàn)狀
該橋跨越浙江某市一河溝,為三孔l6米空心板梁，該橋于1999年施工，建成于2000年7月，橋臺(tái)類型為樁柱式橋臺(tái)，臺(tái)后填土高度為5.5米，臺(tái)后接擋墻，運(yùn)行后逐漸出現(xiàn)以下病害：1.臺(tái)后擋墻下沉、前移，頂緊橋臺(tái)，空心板梁相互頂緊，局部橋面鋪裝起拱破裂。2.左右兩橋臺(tái)前墻出現(xiàn)裂縫；帽梁中間出現(xiàn)豎向裂縫一條。3.兩橋臺(tái)立柱出現(xiàn)三條橫向貫通裂縫。
1.2 病害原因分析
從病害現(xiàn)狀分析，造成病害發(fā)生的主要原因是：由于橋址處地質(zhì)條件差，橋臺(tái)及臺(tái)后擋土墻的基礎(chǔ)未能進(jìn)行有效的處理，在經(jīng)過路面活載及路基自重的作用造成臺(tái)后土體的下沉、滑動(dòng)引起擋墻滑動(dòng)前移，其基礎(chǔ)頂緊橋臺(tái)系梁，從而產(chǎn)生較大的水平力作用于橋臺(tái)，引起橋臺(tái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)角及水平位移，由于橋臺(tái)的水平位移，造成梁部之間及梁部與橋臺(tái)之間的梁縫縮小直至頂緊，對(duì)兩橋臺(tái)的耳墻產(chǎn)生反向水平頂推力，由于耳墻的水平抗力不夠造成耳墻的剪切破壞產(chǎn)生裂縫，同時(shí)在橋臺(tái)系梁底部由于受到河床地基的反向水平抵抗力，使得橋臺(tái)立柱成了梁的受力形式，這與設(shè)計(jì)時(shí)按照柱的受力形式考慮不一致，立柱由于受到較大彎矩的作用而產(chǎn)生裂縫。
1.3 加固方案及其比較：
根據(jù)橋址現(xiàn)場(chǎng)地形、地貌、地質(zhì)情況、周邊施工環(huán)境及交通要求等因素綜合考慮，本橋加固主要有橋面部分修補(bǔ)及橋臺(tái)基礎(chǔ)加固處理兩部分，其中橋面部分的修補(bǔ)需要在加固的橋臺(tái)沉降及位移穩(wěn)定后進(jìn)行，對(duì)梁部接縫處橋面鋪裝層拆除后修復(fù)，處理起來相對(duì)簡(jiǎn)單，因此本橋加固的主要工作是對(duì)橋臺(tái)部分病害進(jìn)行加固，根據(jù)病害產(chǎn)生原因，本文主要研究了如下兩個(gè)方案：
方案一：在橋臺(tái)前面進(jìn)行加固處理(見圖1)
本橋產(chǎn)生病害原因之一是由于臺(tái)后填土在自重及路面荷載作用下產(chǎn)生滑動(dòng)引起的，這是產(chǎn)生橋臺(tái)病害的外因，本加固方案的主要原理是根據(jù)這一病因，通過對(duì)產(chǎn)生橋臺(tái)病害的滑動(dòng)土體進(jìn)行處理，采用改善橋臺(tái)處地基的物理力學(xué)特性及逆向加載的方法來維持既有臺(tái)后的土體狀態(tài)的穩(wěn)定，防止病害進(jìn)一步加劇，減輕臺(tái)后水平作用力對(duì)橋臺(tái)結(jié)構(gòu)的影響，同時(shí)對(duì)既有橋臺(tái)本身進(jìn)行修補(bǔ)、加強(qiáng)以達(dá)到加固目的。具體實(shí)施方法為：先將橋臺(tái)前面河床底地基實(shí)施旋噴樁加固，形成復(fù)合地基，改善臺(tái)前地基土的物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)其抗滑能力，防止臺(tái)后填土產(chǎn)生的深層滑動(dòng)的加劇，減輕臺(tái)后填土深層滑動(dòng)對(duì)橋臺(tái)的影響，待旋噴樁施工完畢后在樁頂設(shè)框架式聯(lián)結(jié)承臺(tái)將各樁利用樁頭鋼筋聯(lián)結(jié)起來形成一個(gè)整體基礎(chǔ)，共同承受橋臺(tái)系梁傳遞的水平力，同時(shí)對(duì)橋臺(tái)立柱及橋臺(tái)帽梁產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)及鋼板加固處理，減輕外部環(huán)境對(duì)橋臺(tái)受力鋼筋的銹蝕及腐蝕作用，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，施工完畢后，在承臺(tái)頂部填土并夯實(shí)，對(duì)橋臺(tái)進(jìn)行反壓，在臺(tái)前產(chǎn)生反向水平土壓力，抵消臺(tái)后部分水平土壓力，減輕臺(tái)后水平力對(duì)橋臺(tái)的影響，同時(shí)臺(tái)前填土增強(qiáng)了對(duì)臺(tái)后滑動(dòng)土體的抵抗力，填土外部采用漿砌片石進(jìn)行鋪砌防止河水對(duì)土體的沖刷。另外對(duì)橋臺(tái)后擋土墻還需進(jìn)行注漿加固，減少臺(tái)后土體的沉降并產(chǎn)生對(duì)滑動(dòng)土體的抵抗作用，待兩個(gè)橋臺(tái)施工完畢后鑿除橋臺(tái)前墻鋼筋混凝土2厘米作為粱縫。最后對(duì)橋面進(jìn)行修補(bǔ)處理。
方案二：對(duì)橋臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理(見圖2)。
由于本橋設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)臺(tái)后水平力的考慮不足，加上臺(tái)后擋土墻的設(shè)計(jì)不合理，才造成目前的病害，這是產(chǎn)生橋臺(tái)病害的內(nèi)因。本加固方案的主要原理是根據(jù)這一病因，通過對(duì)既有樁柱式橋臺(tái)進(jìn)行加固，將樁柱式橋臺(tái)改變?yōu)槔甙迨綐蚺_(tái)，加強(qiáng)橋臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高橋臺(tái)的臺(tái)后水平抵抗力，同時(shí)對(duì)橋臺(tái)周圍地基進(jìn)行注漿改善其力學(xué)特性達(dá)到加固目的。具體實(shí)施方法為：在既有橋臺(tái)臺(tái)后增加一排4根ψ1.2米的鉆孔樁與既有橋臺(tái)對(duì)應(yīng)布置，加固樁基施工完畢后，在原橋臺(tái)樁基周圍進(jìn)行注漿加固，改善樁基周圍地基土的物理力學(xué)性質(zhì)，減少臺(tái)后回填土的后期沉降量。
然后將原橋臺(tái)樁基、加固樁基用承臺(tái)聯(lián)結(jié)形成群樁共同承受外力。并將原橋臺(tái)立柱用鋼筋混凝土墻包裹起來與承臺(tái)連為一體。同時(shí)在四個(gè)橋臺(tái)立柱后設(shè)置肋板進(jìn)行加強(qiáng)形成肋板式橋臺(tái)結(jié)構(gòu)，共同承受水平及豎向外力，大大的增強(qiáng)了橋臺(tái)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，能有效的減少基礎(chǔ)沉降及水平位移。本方案要求左右兩橋臺(tái)對(duì)稱施工，保證兩橋臺(tái)的施工進(jìn)度一致，以防止兩橋臺(tái)的受力不對(duì)稱造成破壞。在橋臺(tái)加固施工完畢后鑿除橋臺(tái)前墻鋼筋混凝土2厘米作為梁縫。最后對(duì)橋面進(jìn)行修補(bǔ)處理。
兩種方案的比較
以上兩種方案是根據(jù)橋臺(tái)產(chǎn)生病害的外因和內(nèi)因而采取的加固方案，分別采用了逆向加載減輕臺(tái)后土體滑動(dòng)對(duì)橋臺(tái)結(jié)構(gòu)的影響和增加橋臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的方法來進(jìn)行加固，都能達(dá)到加固目的，但其加固效果、對(duì)既有交通及周邊環(huán)境的的影響各有優(yōu)缺點(diǎn)。第一種加固方案的優(yōu)點(diǎn)是能保證車輛正常通行，施工影響面小，工期短，相對(duì)投資較少；缺點(diǎn)是壓縮了原有的河道，對(duì)河道的通航及行洪能力有較大影響，由于是在臺(tái)前進(jìn)行加固影響了橋梁的整體美感，不是一個(gè)徹底的解決方案；第二種方案在保證部分通行能力的條件下只能按照半幅施工半幅行車進(jìn)行施工。因此在施工時(shí)需要進(jìn)行施工防護(hù)，對(duì)既有道路的通行能力影響較大，同時(shí)地下管線的拆除及恢復(fù)對(duì)附近居民的生活影響也較大，其施工影響面大，工期長(zhǎng)，相對(duì)投資較大，但對(duì)河道的通航及行洪能力沒有影響，相對(duì)加固措施比較徹底一些。
2.對(duì)軟土地區(qū)橋臺(tái)設(shè)計(jì)的建議
由于軟土土質(zhì)軟弱，其抗剪強(qiáng)度不足，加上臺(tái)后填土性能不佳、填土速率過快、施工質(zhì)量較差或排水不良等因素的影響，致使橋頭路堤沿某一滑動(dòng)面滑移，同時(shí)使橋臺(tái)產(chǎn)生位移，這是軟土地區(qū)橋梁病害事故中發(fā)生最多的一種。因此在軟土地區(qū)修建橋梁，要充分考慮軟土力學(xué)特性差的缺點(diǎn)，在橋位選擇上要盡量避開深層軟土區(qū)。當(dāng)無法避開時(shí)需要采取必要的地基加固措施或采用水平抵抗力較強(qiáng)的橋臺(tái)及其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。目前采用較為成功的措施主要有臺(tái)前反壓，即在臺(tái)前設(shè)反壓馬道或護(hù)坡；延長(zhǎng)橋孔，避免臺(tái)后填土過高；橋頭地基進(jìn)行砂井預(yù)壓，碎石樁、旋噴樁、粉噴樁等加固處理；臺(tái)后填土采用比重小、內(nèi)摩擦角大的輕質(zhì)材料，減輕臺(tái)后土體的滑動(dòng)所帶來的影響；橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式宜采用整體性好的輕型橋臺(tái)，如框架式橋臺(tái)、肋板式橋臺(tái)等；橋臺(tái)基礎(chǔ)一般宜采用樁基礎(chǔ)，但需充分考慮其水平抗力。所有這些措施的核心就是盡量減小橋臺(tái)臺(tái)后填土對(duì)橋臺(tái)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平力和增強(qiáng)橋臺(tái)結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。當(dāng)一種措施難以滿足要求時(shí)，可采用多種措施進(jìn)行綜合處理。
3.結(jié)語
軟土地區(qū)橋梁設(shè)計(jì)及施工中，橋臺(tái)部分的處理是一個(gè)需要特別注意的問題，除在設(shè)計(jì)中要對(duì)其處理措施進(jìn)行充分考慮外，施工時(shí)更需要重視其施工質(zhì)量，特別是臺(tái)后土的回填，是橋梁附屬工程施工的一道必要工序，但長(zhǎng)期以來一直不受到重視，施工質(zhì)量難以得到保證，經(jīng)常造成由于橋頭沉降引起橋頭跳車的病害，這是公路建設(shè)中是一個(gè)比較普遍的現(xiàn)象，而軟土地基路段更顯得尤為突出，若沉降過大可致使橋梁橋臺(tái)至基礎(chǔ)或下部構(gòu)造開裂，如何處理好橋梁軟基橋頭，顯得尤為重要。通過對(duì)本文所講的橋臺(tái)病害實(shí)例分析及加固措施，我們應(yīng)該從中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，軟土的性質(zhì)雖極為惡劣，只要在設(shè)計(jì)中充分考慮各種不利因素的影響，針對(duì)軟土的特性做好橋式方案的設(shè)計(jì)，在施工中采用正確合理的方法，是完全可以避免類似病害發(fā)生的。鑒于本橋的加固尚未實(shí)施，篇中未采用具體的地名及橋名請(qǐng)見諒。對(duì)于軟土地區(qū)橋梁橋臺(tái)產(chǎn)生病害的原因及加固方法很多，國內(nèi)外對(duì)于橋梁加固的技術(shù)日益成熟，以上只是針對(duì)具體某一位置的加固方案提出自己的見解，供大家參考。
