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，對該橋墩加固方案進(jìn)行分析研究。文中首先說明了橋墩的病害和檢測情況，通過病害分析研究了橋墩加固措施;隨后對加固設(shè)計的外套混凝土厚度和植筋長度進(jìn)行了計算，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】U445.7+2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

隨著我國高速鐵路項目相繼竣工投入使用，由于橋梁在設(shè)計、施工或者使用過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的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響，對病害的橋墩進(jìn)行檢測和加固是十分必要。

目前國內(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，對橋墩現(xiàn)狀及病害進(jìn)行了檢測分析，提出了對應(yīng)的加固措施及方案，并計算了相應(yīng)的加固參數(shù)值，為以后的鐵路橋墩加固設(shè)計提供了寶貴的經(jīng)驗。

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535.7 m，橋梁孔跨布置形式為16×32 m簡支整孔箱梁，梁部采用移動模架施工，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體橋墩。

5號橋墩高22 m，承臺頂設(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)計為柱樁，8根1.25 m樁徑梅花形布置，樁長23 m，樁基穿過溶蝕破碎帶，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

根據(jù)第三方檢測報告， 5號墩共發(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，裂縫長最大達(dá)6 m，且有進(jìn)一步發(fā)展趨勢。裂縫示意如圖1所示。

1.2.2 墩身強(qiáng)度檢測

根據(jù)第三方檢測報告，某橋5號橋墩墩身混凝土強(qiáng)度在15.85～55.26 MPa之間。5號橋墩混凝土強(qiáng)度檢測報告見表2。

2 加固設(shè)計方案

2.1 橋墩現(xiàn)狀計算

根據(jù)檢測報告，分析5號墩結(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號橋墩墩身原設(shè)計為C35混凝土，相應(yīng)軸心抗壓強(qiáng)度為23.5 MPa，根據(jù)檢測報告，9組試件強(qiáng)度檢測，去掉超過40 MPa值，在15～30 MPa值間取其平均為19.99 MPa，對應(yīng)混凝土標(biāo)號為C30，則5號橋墩混凝土強(qiáng)度按C30進(jìn)行檢算。

5號橋墩環(huán)向裂縫第9號檢測深20 cm，但實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，實際裂縫深度在25 cm左右，則5號橋墩按墩身縱向截面尺寸減小40 cm、50 cm、60 cm三檔計算，分析墩身內(nèi)部受力，其結(jié)果見表3。

5號橋墩設(shè)計為實體墩，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號裂縫深度影響，墩身截面減小40 cm時（即開裂深度20 cm時），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（即開裂深度25 cm時），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)檢測報告，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，以及長期高速行車、橋位處氣候長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

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，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提高墩身剛度。根據(jù)5號墩現(xiàn)狀，采用外套混凝土的方式不僅是對墩身裂縫處理，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)計橋墩混凝土相差過大，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算確定。以下為各種厚度值計算情況（表4）。

考慮施工過程中的模板架立、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，需要對基礎(chǔ)進(jìn)行重新計算，以下為樁基礎(chǔ)計算結(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]。

從計算結(jié)果可知，單樁設(shè)計承載力增加了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)計要求，因此樁基礎(chǔ)基礎(chǔ)無需加固處理。

3.4 植筋設(shè)計

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)計值公式：

l≥ψψl

式中：ld為植筋錨固深度設(shè)計值（mm）;ls為植筋的基本錨固深度（mm）;ψN為考慮各種因素對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)計規(guī)范》15.2.5公式選用。

植筋錨固深度設(shè)計值為：

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號墩右側(cè)電纜上下橋槽道及電纜盒，或臨時

架空保護(hù)，利用橋墩加固整治搭設(shè)的腳手架固定。

（2）清除承臺頂渣土。

（3）對墩身混凝土表面進(jìn)行鑿毛清洗處理。

（4）對墩身上所有裂縫先壓漿封閉，墩表受影響范圍（承臺以上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

本橋墩加固已于2019年12月完成施工，目前行車運(yùn)營情況良好。對于這種復(fù)雜病害橋墩加固，應(yīng)先對存在病害的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)檢測，再對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)計算分析，提出合理可行的加固方案，并完成相關(guān)的計算與設(shè)計。本橋墩加固設(shè)計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。

參考文獻(xiàn)

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[5]曹興，魏洋，李國芬，等.鋼筋混凝土橋墩加固與修復(fù)技術(shù)研究[J]. 施工技術(shù). 2011（15）：60-64.

[定稿日期]2021-04-27

[作者簡介]陳龍（1982～），男，本科，工程師，從事橋梁設(shè)計工作;陳航（1991～），男，碩士，工程師，從事橋梁設(shè)計工作;王小兵（1982～），男，本科，高級工程師，從事橋梁設(shè)計工作。