刘志华
(辽宁省交通规划设计院有限责任公司公路养护技术研发中心 沈阳市 110122)
摘要： 某公路桥梁结构下部桩柱在施工中出现了较大偏位,由于河床不断受到冲刷,该施工缺陷随之暴露出来,经过计算分析,原结构已不能满足规范要求,继续运营将给结构和行车安全带来极大隐患。通过对该桥桩柱的检测与分析,制定了有针对性的维修改造加固方案,实践证明,该方案可提高结构的承载能力和耐久性,达到了维修加固预期目的。
关键词： 下部结构；检测；桩柱偏位；维修加固
对于过去的公路桥梁养护经验总结而言,桥梁结构工程师由于下部结构深埋于地下,如果河床冲刷较慢,下部结构病害暴露的相对较少,往往多重视上部结构的病害,多侧重于看得见的病害、问题进行整治处理。而近年来,原桥梁结构一些设计、尤其是下部结构施工上的缺陷随时间流逝也随之暴露出来,对于结构出现病害尤其可能危及到结构安全的,一旦中断交通,则会造成较大的社会影响,本文以对桥梁下部结构桩柱偏位病害检测分析为例,提出一些相应的处置方法措施,希望起到抛砖引玉的作用。
某上部结构采用装配式预应力混凝土预制空心板梁式桥,为先简支后桥面连续结构,梁高为0.9m。下部结构为钢筋混凝土双柱式墩，柱径1.0m,桩基础,桩径1.2m,钢筋混凝土肋板台,桩基础。跨径布置为14×20m,桥梁全长284.4m,设计交角90°。桥梁全宽为25.5m,桥面净宽2×11.25m,内外侧均设置0.5m的混凝土护栏。设计荷载等级：公路—Ⅰ级。桥位区地貌为河流冲洪积阶地、漫滩、河床,地势较平坦。桥位处设计流量为1979.5m3/s，设计流速1.81m/s。桥位处土层从上到下分别为砂砾、粉质粘土、砂砾、卵石、强风化花岗岩和中风化花岗岩。结构设计安全等级：二级。设计洪水频率：1/100。
目前该桥上、下游河道内,由于当地建筑工程需要非法挖砂难以得到有效控制,河床变化较大,导致目前河道个别孔局部冲刷严重,目前位于主河槽的第8、9、10孔,部分桩严重外露近2m。露出的9-1、9-2下部基础、墩柱存在桩柱严重不同心病害(见图1、图2)。
图1 墩柱偏位不同心(一)
图2 墩柱偏位不同心(二)
为了解该桥其它墩柱是否存在有类似病害,而目前现役桥梁结构桩柱缺陷检测技术,从无损的检测结果都较不理想,依据以往的对下部结构的检测经验看,为保证检测结果真实可靠,所以决定对该桥全桥范围内桩柱偏心情况采用局部开挖的方法检测处理。
桩柱偏心检查结果见表1。
表1 桩基偏心检查结果表
桩基编号现场是否开挖是否偏心实测横向偏心(cm)实测纵向偏心(cm)1-2、1-32-2、2-35-36-2、6-37-2、7-3否---4-3是是12.08.04-4是是11.010.09-1是是12.325.509-2是是9.508.109-3是是0.5024.609-4是是7.5019.501-1、1-42-1、2-43-1、3-2、3-3、3-44-1、4-25-1、5-2、5-46-1、6-47-1、7-48-1、8-2、8-3、8-410-1、10-2、10-3、10-411-1、11-2、11-3、11-412-1、12-2、12-3、12-413-1、13-2、13-3、13-4是否--
从上述数据中可以看出,本桥墩柱偏心主要出现在第4、9号墩柱,现场照片见图1、图2，偏位情况见图3、图4。
图3 9号墩柱与桩基轴线偏位情况图
图4 4号墩柱与桩基轴线偏位情况图
经测量,4-3号墩柱的倾斜度为0.09%H,4-4号墩柱倾斜度为0.13%H,均在0.0%H～0.3%H之间且小于20mm,在规范允许的范围内。测量结果见表2所示。
表2 墩柱偏倾斜度测量结果表
墩柱编号柱顶偏移量(mm)墩柱高度(m)倾斜度4-33.053.290.09%H4-44.233.150.13%H
经对9号墩桩柱结合处混凝土强度采用钻芯法进行测试,9-1、3、4号墩桩柱结合处混凝土强度评定标度均为1,9-2号墩桩柱结合处混凝土强度评定标度为2,桩柱结合处混凝土强度状况较好,详细测试结果见表3所示：
表3 9号墩桩柱结合处混凝土强度测试结果表
柱编号抗压强度(MPa)设计强度评定标度9-1号墩柱26.7C2519-2号墩柱23C2529-3号墩柱30.7C2519-4号墩柱31.2C251
考虑到该桥目前实际运营车辆荷载及远景交通量,且经计算下部结构满足公路-I级荷载等级的要求,进行结构强度验算,结果见表4、表5。
表4 墩柱验算结果
验算工况加固维修前轴力(kN)弯矩(kN·m)最大弯矩效应值39512551抗力值36172372最大轴力效应值46082249抗力值50842511
最大弯矩工况下,桩柱结合处截面承载能力不能满足规范要求。
桩基最大弯矩值在最大冲刷线以下2.23m,桩的计算长度为10.1m,弯矩值为1371kN,轴力值为4873kN,桩截面强度满足规范要求。
表5 桩最不利截面验算结果
验算工况加固维修前轴力(kN)弯矩(kN·m)最大弯矩效应值48731582抗力值96323063
(1)经现场检查,4-3号墩柱与桩基轴线横向偏位为12cm、纵向偏位为8cm；4-4号墩柱与桩基轴线横向偏位为11cm、纵向偏位为10cm；其余桥墩未发现偏位现象。
(2)4-3号墩柱的倾斜度为0.09%H,4-4号墩柱倾斜度为0.13%H,均在0.0%H～0.3%H之间且小于20mm,在规范允许的范围内。
(3)9-1、3、4号墩桩柱结合处混凝土强度评定标度均为1,9-2号墩桩柱结合处混凝土强度评定标度为2,桩柱结合处混凝土强度状况较好。
(4)9号墩柱不满足现行规范要求,要及时对9号墩柱采取必要维修加固措施。
依据上面的计算分析可知,为解决桩柱结合处结构强度不足问题,最简单直接的办法经专家一致论证认为,采取在原结构外部加大断面(见图5),通过植筋使加大断面与原结构紧密结合,使之参与到原结构受力,目前看该方案是切实可靠、安全行之有效的解决办法。
(1)外包混凝土最小厚度按150mm进行控制。外包混凝土高度满足原桩柱结合处高度加上两端分别考虑受压钢筋的锚固长度原则；即桩基处考虑40d的受压区锚固长度和墩柱处考虑35d的锚固长度,外包总高度约为4m。
(2)钢筋按加厚截面墩柱与桩钢筋直线布置,使其在参与受力过程中保证传力路径最短,局部混凝土保护层过大部位要相应配筋,防止后期受温度和收缩影响开裂。
对9-1、2、3、4桩柱进行维修加固处理。
(1)凿除9-1、2、3、4号墩桩柱结合部以上1.5m范围内的墩柱钢筋保护层60mm。
(2)凿除9-1、2、3、4号墩桩柱结合部以下2.5m范围内的桩基钢筋保护层80mm。
(3)9-1、2、3、4号墩桩柱结合处5.2m高度范围内外包C40混凝土维修,外包直径为1900mm。
(4)外包完的墩柱要在外侧及时进行抛石做石笼防护处理,避免基础继续冲刷扩大。
图5 墩桩柱加固一般构造图
见表6。
表6 维修后验算结果
加固维修后验算工况轴力(kN)弯矩(kN·m)最大弯矩效应值39512372抗力值135238183最大轴力效应值46081961抗力值193728253
经计算,维修加固后桩柱结合处截面满足规范要求。
(1)对原桥桩柱混凝土的凿除施工,必须在桥梁完全封闭交通下进行。
(2)对原桥桩柱混凝土凿除施工中,首先对凿除部位进行准确定位放线,再用凿岩机人工进行凿除,不可用切割机进行切割放样,避免损伤原桩柱中的钢筋。凿除时严禁采用大型机械设备凿除。
(3)新旧混凝土结合面必须凿毛成凹凸差不小于6mm的粗糙面,保证新旧混凝土结合可靠,结合界面涂抹界面剂。
对于下部结构基础部分病害,由于其先天的隐蔽性,会运营很长时间都不会暴露出来,但一旦出现将是致命的。因此对于类似结构病害问题,要求对结构进行全面检测,做到系统性地排除风险,在掌握结构主要病害后,分析产生的原因,做出针对性强、合理可靠、切实可行的维修方案。该桥下部结构加固通过外包混凝土、增加主筋,且将主筋与原钢筋骨架联系起来,通过植筋将新增断面与原结构紧密联系在一起,使新旧结构受力成为一个整体,达到了期望的加固效果。
参考文献
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LIU Zhi-hua
(Liaoning Provincial Communication Planning and Design lnstitute Co., Ltd. for Highway Maintenance Technology R&D Center, Shenyang 110122,China)
Abstract The lower pile of a highway bridge structure has large deviation in the construction. Due to the fact that the riverbed is continuously scoured, the construction defects appear accordingly. Through the computational analysis, the original structure cannot meet the standard requirement, and continual operation will bring great potential hazard to the structure and driving safety. The targeted maintenance and reconstruction and reinforcement scheme is formulated by performing the inspection and analysis on the bridge pile. The practice proves that this scheme can improve the carrying capacity and durability of the structure and achieve the expected goal of maintenance and reinforcement.
Key words Lower structure; Inspection; Pile deviation; Maintenance and reinforcement
中图分类号： U445.7+2
文献标识码： B
文章编号： 1673-6052(2018)01-0027-04
DOI：10.15996/j.cnki.bfjt.2018.01.008
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