墩台和基础作为桥梁的重要承重结构,直接承受上部结构的作用(包括恒荷载和活荷载),并将荷载传递给地基,其状态好坏直接影响桥梁的承载能力和正常使用。部分桥梁承载能力的降低和主要病害的产生是由墩台和基础的病害引起的,因此,桥梁墩台和基础的加固改造也是非常重要的。
(一)常见病害
1.墩台典型病害
墩台的主要形式有桩柱式墩台和重力式墩台。桩柱式墩台常见病害有盖梁弯曲裂缝、剪切开裂、立柱环状开裂、立柱竖向开裂、桥台背墙开裂、混凝土剥落等。重力式墩台常见病害主要有台帽竖向裂缝、台身开裂、桥台渗水及台帽钢筋锈胀等。桥梁墩台裂缝除了由配筋设计不足、施工期养护不当及超载车辆作用等原因引起外,也与基础不均匀沉降、土压力不平衡有关。
2.基础病害
基础的主要形式有桩基础、扩大基础、沉井基础等。桩基础主要病害有基础冲刷、桩颈出现缩颈、桩身出现钢筋锈蚀、桩基础开裂等。扩大基础主要病害有基础掏空、基础开裂、基础不均匀沉降等。沉井基础的主要病害有基础底部冲刷悬空、基础倾斜、基础开裂等。
(二)加固改造方法
1.扩大基础加固
当基础承载力不足或不均匀沉降变形过大时,可采用增大基础面积的方法进行加固(图4-3-16)。在刚性实体基础的周围补加石砌圬工或混凝土,以增大基础的承载面积,提高基础承载能力,抑制沉降。对冲刷过大的基础,可采用周边抛石、砌石、设置导流坝等方法进行防护。
■图4-3-16 扩大基础加固示意图
1—新增基础;2—新旧结合措施;3—榫卯结构等
2.桩基础加固
桩基础加固法有多种,可在桩基础的周围补加钻孔桩,也可打入预制桩或静压桩,并增设承台或扩大原有承台,以此提高基础的承载力、增加基础的稳定性(图4-3-17)。
■图4-3-17 桩基础加固示意图
3.墩台加固(www.daowen.com)
桥墩加固方法主要有增大截面、粘贴钢板、外包套箍、增设预应力、增强构件联系、增加支撑点等方法;桥台加固方法主要有台后(换填或加孔)卸载、增设拉杆、增设支撑墙(挡土墙)、增大截面等方法,如图4-3-18所示。
■图4-3-18 墩台加固示意图
(三)工程示例
1.桩基础加固
某桥桥墩受水流冲刷严重,承台及桩基出现了钢筋外露、锈蚀现象,冲刷导致桩基直径小于设计桩径。
因原设计桩径仅为1m,且受冲刷损伤较大,故采用新增桩基、加大承台的方法进行加固。新增桩基为直径1.5 m的摩擦桩,进入原桩基持力层内。新增承台主体位于原承台之下,将老承台托住且设置阶梯式构造进行包裹,并采用植筋方式与老承台进行有效连接。
为保证新增承台混凝土浇筑质量,施工时,在新老承台结合面预留多处压浆管,新浇混凝土距老承台底一定缝隙时停止浇筑,等待至混凝土初凝前立即灌入灌浆料,确保界面密实后,再继续浇筑至老承台侧面。图4-3-19所示为新增桩基加固示意图和实例。
■图4-3-19 桩基础加固工程示例
2.桥墩横向振动加固
桥梁双柱式高墩是设计常用的桥墩形式,但其自身横向刚度相对较差,横向振动幅度比实体桥墩大很多,在车辆荷载作用下会发生明显的横向振动。
某公铁两用长江大桥铁路引桥为双柱式桥墩,随着列车的不断提速,桥梁横向摇摆幅度不断加大,不仅影响旅客的乘坐舒适感,甚至影响列车行车安全。
针对上述状况,铁路部门委托专业机构进行了评估分析与加固处置。分析认为,随着列车速度的增加,墩梁系统的自振频率与车辆通过引发的频率不断接近,进而产生共振现象是使得高墩振幅较大的主要原因。提高墩梁系统的自振频率即提高桥墩横向刚度是解决问题的关键。
根据该桥双柱墩的实际情况,在吸取其他线路双柱墩加固实践经验的基础上,最终确定采用在两柱间增设预应力混凝土横梁的方案,横梁设置数量根据墩身高度而定。这样的加固方法实施后取得了良好的效果,相比于将双柱整体联结为实体墩的方案,具有显著的经济效益和美观性。图4-3-20为双柱式高墩横向振动加固示例。
■图4-3-20 双柱式高墩横向振动加固示例
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