公路桥梁下部结构病害

我国现有的公路桥梁，除了近几年来新建的以外，以往修建的大部分设计荷载标准都比较低，基本上是以汽车一13级或汽车一15级荷载标准设计的。按照公路建设要求，主要干线上的桥梁的承载能力要求达到汽车一超2。级、挂车一120或汽车一20级、挂车一100的荷载标准;一般干线上的桥梁的承载能力达到汽车一20级、挂车一100的荷载标准。就我国现有桥梁的技术状况来说，都比较差，与规定标准要求相距较大，与当前运输不相适应的情况是相当严重的。主要表现为承载能力低，桥面宽度狭窄，年久失修，损坏严重，等等。改善目前这种状况的最好办法是拆除旧桥，修建新桥，这需要相当多的资金，材料用量也很大，显然这不可能使问题在短时间内很快得到完全解决。根据国内外的一些资料介绍，对一些修理加固后仍可使用的桥梁，所需的加固资金，大约为新建一座桥梁所需资金的20%左右。所以，从我国实际可能的情况出发，对现有的大多数公路桥梁的改善工作，都必须着眼于利用原桥，根据不同的情况采取相应的技术措施进行修理与加固，以提高其承载能力和通行能力，延长使用年限，以缓解当前交通运输的紧张状况。

近年来，国内外对桥梁的修理和加固技术都进行了大量的研究，并取得了一定的研究成果和实践经验。尤其是对桥梁的上部结构，对于不同的桥型，提出了多种不同的修理加固方案，一般来说，工程技术人员已掌握了一定的技巧和方法，也比较熟悉。而下部结构，由于处于地表下或水下的部分较多，加固麻烦，加固技术还是个薄弱环节。所以，本文就所了解的情况，对下部结构的修理和加固作一叙述。

1下部结构损坏的原因及表现情况

桥梁下部结构的损坏主要由软土地基的沉陷、位移、地震、洪水及船舶等的冲击碰撞，建筑材料长年累月之后的变化或损坏，长期超负荷运输引起结构变形等原因引起。一般有以下几种情况:

(1)修建在软土地基上的桥台，因地基土质软弱，连接桥梁的路堤填土过高

使得桥台产生过大的沉陷、位移或倾斜，严重的甚至发生下卧软土层的剪切滑移，使桥台连同路堤一起滑动倒坍。桥墩基础若落在软弱地基上，也同样会因为地基的不均匀沉降或大量值的沉降而产生变形。

(2)在砂砾河床上修建的墩台，若基础埋置太浅，发洪水时基础底下的砂砾

土被冲空，会使桥梁受到损坏。

(3)流冲刷使墩台身产生磨耗，特别是轻型空腹桥墩，因涡流作用，磨耗加

剧。

(4)由于地震时的特殊水平力作用和支座机能降低，或者基础由于地壳的运

动而发生振动和位移，从而使墩台身发生竖直方向的龟裂或断裂。

(5)因硷的干燥收缩和温度应力，台身产生纵横方向都有的龟裂。硷的碳化

反应，钢筋锈蚀发生的膨胀力也使硅产生裂缝。

(6)通航河流上，船只的碰撞，或发生洪水时漂浮物的碰撞，桥墩被碰伤甚

至撞断。

(7)由于设计标准过低，在交通量迅速加大的情况下，墩台基础承载能力不

够，长时期的超负荷引起墩台基础不正常变形，从而发生硅开裂、剥落，钢筋裸露、锈蚀等损坏状况。

2修理和加固

针对桥梁的不同损坏情况及不同的损坏原因，采用不同的修理方法。一般来说，都需进一步进行加固。

2.1墩台的沉陷和损坏

桥台若修建在软土地基上，桥头又为高填土路堤，则软弱下卧层难以承受桥台和高路堤的荷载压力，轻则使桥台出现沉陷和水平推移，重则使桥台断裂损坏，并与路堤一起坍人河中或沟内。

对于梁式桥，当桥台沉陷、位移一时不能稳定时，可采用台后加孔以减轻地基荷载来制止桥台的位移和沉陷的发展。由于台后高填土对软土地基的荷载重量很大，把台后高路堤挖除，改为修建小跨径引桥，一般为在台后增加1孔5一10m的简支板，这样，对地基的荷载将大为减轻，从而能有效地制止桥台的继续沉陷和位移。

当台后填土发生剪切滑动，把桥台向跨中推移，使台身及其基础断裂而破坏。在这种情况下，光加固桥台本身是无济于事的，应同时在台后增设防护工程以防止台后填土的继续滑移。修理加固的方法是:

(l)在桥台台身断裂处设置钢筋硅套箍，以修复并加固桥台。套箍的尺寸视台身损坏程度而定，一般为30一soem厚。

(2)台后加设挡土墙。在原台后打基桩，基桩的尺寸和数量由台后填土的水平推力及软土基的土质计算而定。在基桩上修建承台，再在承台上面砌筑挡土墙，并在其后一定距离打上若干根拉桩，或在其后一定距离设置锚旋板，然后用粗钢筋作拉杆拉住挡土墙。由于有挡土墙的存在，减小了对桥台的土压力，从而使桥台不再向跨中推移(图1)。

(3)对于两桥台间距离不大的小桥，可在桥台间增设钢筋硷支撑梁(图1)。

图1增设钢筋砼支撑梁

对于拱桥，当软土地基发生不均匀沉陷时，将使拱圈的拱轴线变形，局部构件损坏严重，一般来说，修理后也很难恢复到原设计承载能力。修理加固的目的主要是减轻地基荷载应力和制止桥台位移，同时修补损坏部分，从而恢复通行能力。一般采用以下方法:

(1)两端台后加设小跨径引桥，挖去台后填土，从而减小地基的荷载应力，

使软土基的沉陷得以制止。

(2)修建台后支撑梁，以抵抗桥台的水平推力，制止桥台继续向后水平位移。

两桥台支撑梁要求对称砌筑，以防在修理中发生桥台新的水平位移。

修建在软土地基上的拱桥的损坏，要害为拱座的水平位移超过了规范的允许值，使拱桥的跨径增大，拱轴线变形，并引起拱圈和拱上建筑的开裂损坏，降低了桥梁的承载能力，以致不能通车。因此，需要提出的是必须对拱圈进行修复。一般是采用顶推拱圈的方法，使拱轴线恢复到原来的拱轴线形，调整主拱圈内力，让拱顶、拱脚等截面的恒载应力较均匀地作用在整个截面上。同时，对拱脚部位出现的硷压碎、钢筋拉长等病害予以修补加强。

桥墩发生沉陷和损坏时，会使桥面不平整，若为超静定结构，则将引起很大的内力。首先得制止桥墩的继续下沉，修复其损坏部分，再针对上部结构的类型进行修整加固，使之恢复到原受力状况。制止沉陷，一般均采用加设桩基的方法。不论原基础是刚性扩大基础还是桩基础，均可在其四周加设基桩，再在新基桩上设置新承台，与原扩大基础或原承台连成一体。一般来说，通过这样的加固后，桥墩不会再出现明显的沉降。至于墩身部分的修复，则需视损坏状况的不同而采用不同的方法，见本文2.3。

2.2墩台基础被冲刷挖空

砂砾石河上的桥梁，发洪水时，墩台周围的水流，由于受到墩台的阻挡，产生涡流，直接冲刷河床砂砾，使墩台周围局部冲深，待冲到一定深度水流无法再冲动砂砾时，再稳定下来，如果墩台基础不是埋置在这一冲刷深度以下，则基础底下就被冲空。若还未造成墩台倾斜或倒坍的话，可在洪水过后加以修理防护，防止其再次被冲毁，从而保证桥梁的安全通行。修理和防护的方法，应视河床稳定状态和冲刷范围的大小而采用不同的方法。

(l)河床比较稳定，冲刷限于墩台周围，范围较小时，一般采用平面防护或立面防护的方法。

平面防护主要是桥墩周围冲刷坑内用块石、片石加以铺砌，以使发洪水时不会再被冲深。铺砌范围一般要比冲刷坑加宽50~100cm。如果是冲刷较严重的卵石河床，可以铅丝或钢筋制成石笼护基。石笼间要互相连锁，使其整体下卧。也可用钢筋硷预制块摊铺在冲刷范围的河床上，以防基础再被冲刷。为使预制块相互之间连成一个整体，在预制时需在预制块四周露出钢筋接头，铺砌时再进行焊接，并用水泥砂浆灌满接缝。

立面防护为在墩台基础的外围打一圈护桩，从立面深度来防护墩台基础的冲刷。防护桩必须深人局部冲刷的最大深度以下。也可在桥墩外围打板桩作围堰，堰内填砂卵石，表面用浆砌块片石铺砌层护基。立面防护一般应用于局部冲刷较深、较大，河床容易打桩的桥梁。

(2)河床不稳定，墩台基础埋置较浅，冲刷范围较大的，采用在整个桥孔下加铺块片石铺砌层的方法防护基础。铺筑块片石铺砌层时，应适当铺砌得低些，以增大桥梁的排水面积和能力。同时应清理桥孔上下流砂滩，使水流平稳进人桥孔，防止出现大的局部冲刷。

(3)若桥位处桥孔压缩河床过大，造成水流局部冲刷很大的，这时，除了用

上述铺砌防护方法外，还应在桥的上游设置导流堤坝等调治构造物，以引导水流平稳地从桥孔内通过。

(4)2.3墩台表面发生裂缝、龟裂建筑材料被磨耗、损坏墩台被碰伤、撞断等

对于墩台表面的裂缝、龟裂，或被磨耗损坏，裂缝较大时，通常用水泥砂浆或防水涂料修补;裂缝较小时，可用环氧树脂砂浆填充。若裂缝贯通整个截面，局部已有钢筋暴露，损坏较为严重时，应凿掉损坏部分一定范围的硅，加以接合钢筋用硷修复，或者用钢筋加固，用砂浆填充断面缺损处。

墩柱被碰伤撞断，一般均发生在排架柱墩上。柱式桥墩结构比较单薄，在通航河流上，如桥梁的跨径较小，很容易被船只碰撞折断，影响桥梁的安全通车。对于这种

事故，多采用的是设置钢筋硅套箍的方法进行修理和加固。对于跨河的桥梁，在设置墩柱套箍的同时，还须考虑到河流的过水面积问题，不要让套箍设置得太厚，造成阻水过大，也影响行船，易被船只再次碰撞。

2.4墩台承载能力不够

对于提高了荷载标准，并加固了上部结构的桥梁，若墩台的承载能力不够，则必须同时加固墩台，提高其承载能力。

提高墩台基础的承载能力，一般采用扩大基础加固法和增加基桩加固法。扩大基础法主要应用于原墩台基础为刚性扩大基础，且地基土质比较坚实的桥梁。在扩大基础面积后，使墩台基底的单位压力减小到地基土所能承受的允许应力范围以内，才能起到提高墩台承载能力的作用。扩大基础法施工较为简便，但必须使新老基础连成一体共同承受上部荷载。

增加桩基础法在本文2.1中已有叙述，对于承载能力不够的墩台，主要使用在原为桩基的墩台上。在原桩基础上增加基桩，增设承台，用新承台将老承台及老基桩连为一体，共同受力，以提高墩台承载能力(图2)。这种加固方法，新承台虽然连接了新老基桩，但对于这两者的连接形式不可能完全相同。新承台与老桩的连接其实就是套箍的形式。再者，新老桩浇筑时间不同，材料也不可能完全相同。因此，新老桩究竟如何共同受力，即新桩基能提高多少承载力，是一个很难确定的问题。这在加固设计时需作仔细认真的分析考虑。不过，在国内，用这种方法加固的几座桥，加固后运营情况一直很好，说明这种方法还是可行的。

对于由于交通量已经增加，而未及时加固，已经引起下部结构损坏的桥梁，则需在加固的同时，将损坏部分修复，以使原结构的承载能力恢复，能与新加固的结构共同受力。

对于墩台身的加固，一般采用加大原墩台身截面的方法，或在新基础顶面加设新的墩柱或台柱(图2)。