建筑论文

桥梁墩台与基础的维修加固

时间：2023-07-03 08:36 所属分类：建筑论文 点击次数：

　　摘 要：简要论述了墩台与基础在桥梁工程中的重要性及其在整个桥梁使用周期中所能遭受到的不利因素，提出了墩台与基础常见的病害类型及其维修加固方案，最大限度的降低了桥梁运营安全风险，体现了新时期以人为本的基本理念。对养护单位、设计单位及施工单位均有一定的参考价值。

　　关键词：墩台与基础;维修加固;综合修整;承载能力。

　　0 引言

　　墩台和基础是桥梁的重要组成部分，是直接承受桥梁上部结构的荷载，同时将荷载传递给地基的受力结构。在长年使用过程中，不仅要抵抗受到永久作用、可变作用、偶然作作用和地震作用，还要抵抗耐久性因素产生的影响，经过多年使用后，将会出现不同程度的损坏，产生各种缺陷，必须及时进行维修加固。

　　1 墩台基础的维修

　　墩台的维修主要包括：清除墩台顶面污秽和防止顶面积水;对砌缝砂浆脱落处进行勾缝，处理风化表面;修补局部表面破损，修整镶面;处理裂纹;处理因砂浆流失而造成的内部空洞现象;对风化、破损和裂纹等病害进行综合修整;修整损坏的支承垫石;墩台变位的观测和处理;改善台后排水设备等。

　　1.1 勾缝

　　圬工砌体墩台身出现砌缝砂浆松散脱落的病害时，就需要重新勾缝。勾缝时，可用手凿或风动凿子凿去已破损的灰缝，深3～5cm，用压力水彻底冲洗干净，然后用水泥砂浆重新勾缝。勾缝前先刷一层纯水泥浆使砂浆与砌石能很好地结合。勾缝宜用凹形缝，以抵抗风化较为耐久。

　　1.2 表面局部修补

　　当圬工表面局部损坏、脱落不太严重时，可以将破损部分清除，凿毛洗净，然后用水泥砂浆分层填补至需要厚度，并将表面抹平。当损坏深度和范围较大时可在新旧混凝土结合处设置牵钉，必要时挂钢筋网，立好模板浇灌混凝土。

　　1.3 镶面石修理

　　墩台身镶面石破损时，可以个别更换或换以预制混凝土块。如镶面石仅松动而没有破碎，可采用捣垫半干硬性水泥砂浆的方法进行整治。如镶面石更换的面积很大，为了使它能很好地和原有圬工结合牢固，可在原圬工上安装带倒刺的套扣，用锚钉或爪钉与套扣相连来承托新的镶面石。

　　1.4 表面风化的整治

　　圬工表面风化、剥落、蜂窝麻面可加M10水泥砂浆防护，如用手工抹浆，则先将风化剥落表层彻底凿除，并将表面凿毛，用水冲洗干净并保持湿润，然后分层抹浆，每层为10～15cm，总厚度一般为20～30cm。压力喷浆适用于面积较大的抹面。将圬工表面处理冲洗后，在原有圬工面上每隔30～80cm 插入牵钉，挂上钢丝网，钢丝直径2.4mm，网格5～10cm，钢丝网与表面间至少应保持10mm 的距离，然后用喷浆机喷浆。

　　1.5 墩台裂纹整治

　　对于微细而数量较多的裂纹，可用喷浆或抹浆的方法来处理，也可涂二层环氧树脂涂料封闭。涂刷前应用钢丝刷去除裂纹附近圬工表面上的污秽、油漆和灰尘，并用丙酮擦洗(如用水冲洗，则须待干燥后才能涂环氧树脂涂料)。

　　对于一般的表面裂纹，可采用环氧树脂砂浆或环氧腻子腻补。

　　2 基础局部冲空或破损的修补

　　位于水下部位破损基础的修补，应根据水深和地质情况采用不同的修补方法。

　　2.1 水深较浅的基础采用草袋围堰隔水，将基础周边的水抽干后，直接浇注混凝土或砌石填补冲空和破损部分，恢复基础的整体性。

　　2.2 水深较大的基础一般采用不抽水直接浇注水下混凝土的维修方法。

　　首先，将预制拼装的钢筋混凝土薄壁套箱围堰下沉到损坏处附近河底，然后在套箱与桥墩间浇注水下混凝土，以包裹损坏或冲空处，恢复基础的整体性。水深在3m 以上时，亦可采用以麻袋盛装干硬性混凝土(每袋装置量为麻袋容积的2/3)，通过潜水作业将袋装混凝土分层填塞冲空部分，后加的袋装混凝土的堆积宽度要比原基础宽0.2～0.4m。

　　当基础置于风化岩石上，基底外缘已被冲空时，应及时清除表面严重风化部分。在浅水时，填以混凝土，并将周围风化地基用水泥砂浆封闭。在深水时，要采取潜水作业，并铺以袋装干硬性混凝土。

　　2.3 钢筋混凝土灌注桩和打入桩基础受水冲刷、侵蝕时，应首先检查桩身损伤程度，并用水泥砂浆修补到原来状态;如桩身有空洞，可灌注水泥混凝土进行修复;当出现钢筋外露锈蚀、桩身缩颈时，应采用外包混凝土进行加固补强;同时，在被冲刷的桩基周围抛填大块石、石笼护底或铁筋混凝土石块防护，以免继续冲刷。

　　当河床受到水流冲刷而危及桥梁墩台基础时，必须采取防护措施。根据河床地质情况及冲刷范围的不同，选择可靠的防护方法。

　　3 墩台基础的加固

　　基础加固的常用方法有：扩大基础加固法、增补桩基法(打入桩或钻孔灌注桩)和人工地基加固(改良地基)法等。

　　3.1 扩大基础加固法

　　对于基础承载力不足、埋置深度太浅或沉降变形过大的石砌和混凝土刚性基础，一般采用在基础周围加宽扩大基础的承载面积的方法进行加固。

　　扩大基础底面积应由地基强度验算确定。当地基强度满足要求而缺陷仅仅表现为不均匀沉降变形过大时，采用扩大基础底面积的加固，主要由地基变形计算来加以选定。

　　扩大基础加固法可按下列顺序进行施工：

　　1)通常在须加宽的范围内先打板桩围堰，桥梁墩台基底土壤不好时，尚应作必要的加固处理;

　　2)挖去堰内土壤;

　　3)在堰内把水抽干后，铺砌石块(浆砌)或浇筑混凝土加宽基础;

　　4)要注意新旧基础的牢固结合，必要时应设置锚固连接钢筋(植筋或膨胀螺栓)，将新旧基础牢固地结合成整体。

　　3.2 补桩基加固

　　对于承载能力不足的桩基础，一般采用在桩基础的周围补加钻孔桩或打入预制钢筋混凝土桩，并扩大原有承台，以提高基础的承载力，增加基础的稳定性。

　　增补桩基法加固墩台基础的优点是不需要抽水筑坝等水下施工作业，且加固效果显著。其缺点是需搭设打桩架和开凿桥面，对桥头原有架空线路及陆上、水上交通均有影响。

　　对单排架桩式桥墩采用打桩(或钻孔灌注桩)加固时，如原有桩距较大(在4～5倍桩径时)，可在桩间插桩。如原有桩距较小且通航净跨允许缩小时，可在原排架两侧增加桩数，成为三排式的墩桩。

　　如在桩间加桩，可凿除原有盖梁并浇筑新盖梁，将新旧桩顶连接起来。但此时必须检查原有盖梁在加桩顶部能否承受与原来方向相反的弯矩，如不能承受则必须加固原有盖梁或重新浇筑盖梁。加固原有盖梁时，可在盖梁顶部增设钢筋。

　　当桥台垂直承载力不足时，一般可在台前增加一排桩并浇筑盖梁，以分担上部结构传来的压力。打桩(或钻孔桩)时可利用原有桥面作脚手架，在桥台上开洞插桩。增浇的盖梁可单独受力，也可联结在一起，使旧盖梁、旧桩及新桩一起受力。

　　3.3 人工地基加固

　　基础下面的天然土基松软，或上层土壤虽好，但深层土质不良可能引起基础沉陷时，可采用人工地基加固方法，以提高地基的承载能力。人工地基加固方法很多，一般常用的有砂桩法和注浆法等。

　　1)砂桩法

　　当软弱的地基层较厚时，可用砂桩法改善地基的承载能力。加固施工时首先将钢管或木桩打入基础周围的软弱土层中，将桩拔出后形成孔道，然后向孔中灌注经过干燥的粗砂，进行捣实，形成砂桩，使土的密实度提高，间接达到加固地基的目的。

　　2)注浆法

　　注浆法是向基础下面土层灌注水泥浆，通过水泥浆凝固硬化将松散的土层固结为具有一定强度的整体，以达到提高土基承载能的目的。施工时首先在基础下面土层中钻孔(直孔和斜孔)或打入管桩，形成注浆孔道，然后，通过注浆孔道，向土层注入水泥浆。

　　4 桥台滑移倾斜的处理

　　4.1 支撑法加固

　　1)对因桥梁墩台的尺寸不足，难以承受台背土压力，向往桥孔方向产生倾斜或滑移的埋置式桥台，可采取修筑撑壁法进行加固处理。

　　2)对于单孔小跨径的桥台，为防止桥台滑移，可在两台之间增设水平支撑。

　　4.2 增建辅助挡土墙加固

　　对于因桥台台背水平土压力过大而引起的桥台倾斜，可在台背加建辅助挡土墙，以增强桥台的挡土能力。

　　4.3 减轻荷载法

　　筑于软土地基上的桥台，由于填土较高而受到较大侧向土压力作用，使桥台产生前移，以致发生倾斜。一般采用更换台背填土，减小土压力办法，减轻桥台基础所受荷载。

　　5 桥梁墩台身的加固

　　5.1 实体墩台身的加固

　　1)当桥梁墩台出现贯通裂缝时，为防止裂缝的继续发展，一般采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。加固时，在墩身上、中、下分设三道围带;其间距应大致相当于桥墩侧面的宽度。每个围带的宽度，则根据裂缝分夯情况而定，一般为墩台高度的1/10左右，厚度采用10～20cm。为加强围带与墩台的连接，应在墩身内应设置锚固连接钢筋(植筋或膨胀螺栓)。将围带内设置的钢筋网与锚固连接钢筋绑扎，然后立外模板，浇筑混凝土。

　　2)当墩台损坏严重，如有严重裂缝及大面积表面破损、风化和剥落时，可采用围绕整个墩台设置钢筋混凝土护套的方法进行加固。

　　5.2 桩柱式墩台的墩柱加固

　　對于承载力不足或出现严重裂缝的钢筋混凝土圆形截面墩柱，一般采用缠绕粘贴高强复合纤维布(碳纤维或芳纶纤)的方法加固。

　　用于缠绕纤维约束加固的胶粘剂应符合混凝土结构加固设计规范对碳纤维复合材浸渍/粘贴用胶粘剂安全性能要求。对圆形墩柱环向围束的纤维织物层数应不少于2层;环向围束上、下层之间的搭接宽度不应小于50mm，纤维织物环向断点的延伸长度不应小于200mm，且各条带搭接位置应相互错开。

　　5.3 抗冻、抗盐腐蚀维修加固

　　对于水位变化处因冻融循环造成的混凝土腐蚀剥落破坏的墩柱，应采用具有抗冻性的引气混凝土进行修补。必要时还应采用缠绕纤维约束加固进行补强，提高墩柱的抗压承载力。

　　在海洋大气及海(盐)水环境的混凝土防腐蚀采用高耐久性、高抗氯离子渗透性、高强度以及良好工作性的高性能混凝土是基本措施，另外在混凝土表面尚可采用防腐涂层。其涂层涂装范围为表湿区(浪溅区及平均潮位以上的水位变动区)和表干区(大气区)。涂层系统的设计使用年限应不少于10 年;涂层施工时混凝土龄期应不少于28天，并通过验收合格。

　　防腐蚀涂料应具有耐碱性、附着性和耐蚀性，底层涂料尚应具有良好渗透能力，表层涂料尚具有耐老化性，表湿区防腐涂料应具有湿固化、耐磨耐冲击和耐老化等性能。涂层与混凝土粘结力不小于1.5MPa。

　　涂层系统应由底层、中间层和面层或底层和面层配套涂料涂膜组成，配套上下层涂料间应具有相溶性。

　　6 结语

　　墩台与基础习惯上称为桥梁的下部结构，而且大部分位于地面线以下，默默背负所有的重量。一旦下部结构有安全风险，那么上部结构的安全风险就会数倍的增长，所以，必须不惜代价保证下部结构的安全运营。对下部结构特别是对基础的检查过程中，一定要严格按照规范详细检查，不可因为复杂的环境条件而缺项、漏项，甚至麻痹大意。然后根据本文中详细描述的维修加固方案进行针对性的维修加固，保障桥梁工程安全运营，同时也保障了人民的生命和财产安全，有重要的社会意义。

　　参考文献

　　[1]中交公路规划设计院，JTG 3363—2019，交通部标准，公路桥涵地基与基础设计规范，北京，人民交通出版社，2019年.

　　[2]中交第一公路勘察设计研究院有限公司，JTG/T J22—2008，交通部标准，公路桥梁加固设计规范，北京，人民交通出版社，2008年.

　　[3] 中交公路规划设计院，JTG D61—2005，交通部标准，公路圬工桥涵设计规范，北京，人民交通出版社，2005年.

　　[4]张树仁，王宗林.桥梁病害诊断与改造加固设计. 人民交通出版社，2006.